CN205921387U - 配电网分层电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种配电网分层电压控制系统，包括：实时量测装置，采集馈线上的量测数据并上传；本地自治电压控制设备，与单根馈线上的实时量测装置连接，接收量测数据，并输出电压调整指令，还输出告警信号；无功设备，设于单根馈线上，与本地自治电压控制设备连接，接收并响应于电压调整指令而启动、关闭或进行控制调整；区域协调电压控制设备，与一定区域内的全部本地自治电压控制设备连接，接收告警信号而生成上级调整指令；全局无功设备，设于该一定区域内的总馈线上，与区域协调电压控制设备连接，响应于上级调整指令而启动、关闭或进行控制调整。分级实现配电网快速电压恢复，降低实现成本，提高电压恢复效率。

Description

配电网分层电压控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能电网电压控制技术领域，特别涉及的是一种配电网分层电压控制系统。

背景技术

配电网中各类型间歇式能源接入严重加剧了电网中的电压波动，IEEE1547标准规定了输出电压发生波动时切除分布式电源的最长动作时间。随着间歇式能源渗透率的不断提高，使分布式电源更好地发挥效益而尽量避免其在电压波动时退出运行，需要更高的电压控制水平综合利用配电网的可控元素(包括可控分布式电源、储能装置及新型DFACTs(distribution flexible AC transmission system，配电系统柔性交流输电)设备等)始终维持电压在正常范围内，或限制电压波动的时间不超过最长动作时间。然而中压配电网出于投资成本考虑，很少有在馈线上配置无功补偿装置及电压调节装置；同时，中压配电网目前的自动化水平不高，三遥比例较低，并不具备可观测性，很多有效的控制装置都因为没有数据保障而无法应用于配电网中。

目前，配电网电压控制设备通常有两种类型：

(1)分散式电压控制设备，如就地式的电容器控制装置或分布式电源功率限制装置，这类设备通常基于就地电压信息直接对电容器组和分布式电源进行控制；

(2)以电压越限恢复为出发点的集中式电压控制设备，如现在我国比较常见的基于九区图的自动电压控制装置，这类型装置根据实时采集到的值，通过一定的控制逻辑直接触发预定的控制流程来进行电压越限恢复。

(3)以电压优化为出发点的集中式电压控制设备，这类型设备通常布置于主站内，其控制方式是根据实时采集到的值，同时兼顾考虑网络结构等特点，通过一定的算法先统一输出所有控制设备的动作方式，随后再进行控制指令的下发。

但是现阶段所述三种控制设备都存在相当的约束，分散式电压控制设备基于就地信息进行电压控制，在分布式电源接入后由于无法考虑分布式电源带来的电压升高影响容易导致误动作。以电压越限恢复为出发点的集中式电压控制设备，动作死区范围难以选择。灵敏度过高会导致设备发生反复震荡，死区范围设定过大，将导致部分间歇式能源波动导致的短时电压越限等情况不能及时做出反应。以电压优化为出发点的集中式电压控制设备需要加设大量传感器、遥控、布置通信网络，同时要保证SCADA(supervisory control anddataacquisition，监控和数据采集)信道的可靠性，在三遥比例较低的中压配电网实施具有相当的难度，从而在相当程度上增加控制成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种配电网分层电压控制系统，分级实现配电网快速电压恢复，降低实现成本，提高电压恢复效率。

为解决上述问题，本实用新型提出一种配电网分层电压控制系统，包括：

至少一实时量测装置，用以采集馈线上的量测数据并上传，所述量测数据至少包括电压、有功功率和无功功率；

至少一本地自治电压控制设备，与单根馈线上的实时量测装置有线或无线连接，接收所述量测数据，并输出根据量测数据与基准电压比较而生成的电压调整指令，还输出告警信号；

至少一无功设备，设于所述单根馈线上，与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接，接收并响应于所述电压调整指令而启动、关闭或进行控制调整；

区域协调电压控制设备，与一定区域内的全部本地自治电压控制设备无线或有线连接，接收所述告警信号而生成上级调整指令；

全局无功设备，设于该一定区域内的总馈线上，与所述区域协调电压控制设备有线或无线连接，响应于所述上级调整指令而启动、关闭或进行控制调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述全局无功设备包括：变压器档位控制装置，与所述区域协调电压控制设备有线或无线连接，接收所述上级调整指令而生成档位调整信号；及变压器，所述变压器的有载调压变压器分接头连接并受控于所述变压器档位控制装置，在档位调整信号的控制下调节开关档位。

根据本实用新型的一个实施例，所述区域协调电压控制设备与所述变压器档位控制装置之间通过网线实现10/100Base-TX以太网连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述无功设备包括电容器控制装置和电容器组，所述电容器控制装置与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接、接收所述电压调整指令而控制所述电容器组启动、关闭或进行控制调整；还包括分布式电源控制装置和分布式无功出力电源，所述分布式电源控制装置与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接、接收所述电压调整指令而控制分布式无功出力电源启动、关闭或进行控制调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述本地自治电压控制设备与所述电容器控制装置、及所述本地自治电压控制设备与所述分布式电源控制装置之间，通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述实时量测装置为FTU或RTU。

根据本实用新型的一个实施例，所述本地自治电压控制设备与管辖馈线范围内的FTU或RTU通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。

根据本实用新型的一个实施例，还包括分别为所述本地自治电压控制设备和区域协调电压控制设备供电的供电装置。

根据本实用新型的一个实施例，所述区域协调电压控制设备及所述本地自治电压控制设备的外壳均采用六面全封闭结构，防护等级达到IP40。

根据本实用新型的一个实施例，外壳的左、右侧板为单肋形铝型材，以增大散热面积。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：

1)综合考虑了配电网量测不足的特点，基于有限量测量来判断配电网的电压状况，充分利用配电网的可控资源实现快速电压恢复；与现有方式相比，可以有效避免电压控制需要加设传感器、遥控、布置通信网络等导致的成本提高；

2)以分层的架构进行电压越限恢复，可以有效提高电压越限恢复效率，尽量利用距离电压越限点较近的无功设备完成馈线的电压恢复，避免长距离无功输送导致的能量损失；

3)通过本地自治电压控制设备、区域协调电压控制设备交互，使得电压越限恢复灵活性显著增加，当配电网二次扩建时，仅需要在新增分布式电源或无功设备到本地自治电压控制设备的连线，可以较为方便的实现设备升级。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的配电网分层电压控制系统的结构框图；

图2为本实用新型另一实施例的配电网分层电压控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本实施例的配电网分层电压控制系统，包括：至少一实时量测装置3，至少一本地自治电压控制设备1，至少一无功设备4，区域协调电压控制设备2和全局无功设备5。配电网上包括总馈线和分支馈线，每个本地自治电压控制设备1面向一分支馈线，区域协调电压控制设备2面向变电站层级，影响变电站下属所有馈线。

每个实时量测装置3连接在馈线上，用来实时采集馈线上的量测数据，并将量测数据上传给本地自治电压控制设备1，其中，量测数据至少包括电压、有功功率和无功功率，还可以包括电流等。

每个本地自治电压控制设备1与单根馈线上的实时量测装置3有线或无线连接，接收实时量测装置3上传的量测数据，输出根据量测数据与基准电压比较而生成的电压调整指令，还输出告警信号。根据量测数据通过分区域配电网电压估计算法或其他电压估计算法可以估算出该馈线上的电压水平，电压水平例如是当前的最低电压值。电压水平和基准电压比较后便可得知馈线当前电压是超过上限还是低于下限，从而根据比较结果生成相应的电压调整指令，电压调整指令用来控制该馈线上的无功设备的启动、关闭(投入或断开)或进行控制调整，从而调整该单根馈线上的电压。告警信号是在无功设备4启动、关闭或进行控制调整后反馈生成给本地自治电压控制设备1投入不足信息或断开不足信息而生成的，用来告诉区域协调电压控制设备2投入不足或断开，以在变电站层级进行调整投入或断开，进一步调整电压。

本地自治电压控制设备1可以综合调度本馈线范围内的分布式发电单元、无功补偿装置(SVC、电容器)以及可控负载等，进行就地电压控制调节。

无功设备4设于该单根馈线上，与本地自治电压控制设备1有线或无线连接，接收并响应于电压调整指令而启动、关闭或进行控制调整，若超过上限则进行关闭，若低于下限则进行启动。无功设备4还可以将启动、关闭或进行控制调整的情况反馈给本地自治电压控制设备1。

区域协调电压控制设备2与一定区域内的全部本地自治电压控制设备1无线或有线连接，接收各本地自治电压控制设备1的告警信号，而生成上级调整指令，区域协调电压控制设备2控制全局无功设备的启动、关闭或进行控制调整，若从本地自治电压控制设备1获得的信息为投入不足则控制全局无功设备5投入，若从本地自治电压控制设备1获得的信息为断开不足，则控制全局无功设备5关闭，总馈线的电压变化影响分支馈线的电压。

全局无功设备5设于该一定区域内的总馈线上，与区域协调电压控制设备2有线或无线连接，响应于上级调整指令而启动、关闭或进行控制调整。在投入不足时，全局无功设备5在上级调整指令控制下投入到总馈线，在切断不足时，全局无功设备5在上级调整指令控制下断开于总馈线。

参看图1和图2，在一个实施例中，全局无功设备5可以包括：变压器档位控制装置51和变压器52。变压器档位控制装置51与区域协调电压控制设备2有线或无线连接，接收上级调整指令而生成档位调整信号。变压器52上具有有载调压变压器分接头，变压器52的有载调压变压器分接头连接并受控于变压器档位控制装置51，在档位调整信号的控制下调节开关档位，从而调节总馈线上的电压，以影响分支馈线上的电压。全局无功设备5例如可以是OLTC(on load tap changer，有载调压开关)。

区域协调电压控制设备2与变压器档位控制装置51之间可以通过网线实现10/100Base-TX以太网连接，当然也可以通过无线局域网连接。通过10/100Base-TX以太网RJ45端口及直连网线/交叉网线连接，每个RJ45端口都具有自适应功能，支持自动MDI/MDI-X连接。以太网RJ45端口支持IEEE802.3x自适应，自动选择传输模式(半双工或全双工)和数据速率(10Mbps或100Mbps)。

在一个实施例中，无功设备4可以包括电容器控制装置41、电容器组42、分布式电源控制装置43和分布式无功出力电源44。电容器控制装置41与本地自治电压控制设备1有线或无线连接、接收电压调整指令而控制电容器组42启动、关闭或进行控制调整。分布式电源控制装置43与本地自治电压控制设备1有线或无线连接、接收电压调整指令而控制分布式无功出力电源44启动、关闭或进行控制调整。

本地自治电压控制设备1与电容器控制装置41、及本地自治电压控制设备1与分布式电源控制装置43之间，通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。

实时量测装置3可以为FTU或RTU。本地自治电压控制设备1与管辖馈线范围内的FTU或RTU通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。本地自治电压控制设备1通过10/100Base-TX以太网RJ45端口或RS232/RS485串口与管辖馈线范围内的实时量测装置连接。本地自治电压控制设备1与馈线终端装置(FTU)、远程终端单元(RTU)分别连接。

在一个实施例中，配电网分层电压控制系统还可以包括分别为本地自治电压控制设备的供电装置6和区域协调电压控制设备供电的供电装置7。供电装置具有可靠的过流、过压保护以及EMC保护功能，以适用于各种工业环境；采用降级独立设计的架构，可以利用一个供电装置为多台本地自治电压控制设备或区域协调电压控制设备供电，降低使用成本，同时使得控制单元本省可以设计得更小，减少占用空间。供电装置采用24V直流或48V直流电源，具有强大的抗扰动能力，24V直流供电时电压最大允许波动范围为9～36V，48V直流供电时电压最大允许波动范围为36～72V。具有两路电源冗余输入功能，提高系统的可靠性。

较佳的，区域协调电压控制设备2及本地自治电压控制设备1的外壳均采用六面全封闭结构，防护等级达到IP40。进一步的，外壳的左、右侧板为单肋形铝型材，以增大散热面积。整机工作时产生的热量利用单肋形铝型材散热表面，通过辐射与对流的形式高效地向环境中释放，从而大大提高了设备的耐高温性能，可使其可靠地工作在-40～85℃的环境中。摒弃了传统的流风散热形式，降低整机功耗的同时也提高了系统的稳定性。同时，全金属机身的设计使得其抗电磁干扰能力很强。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种配电网分层电压控制系统，其特征在于，包括：

至少一实时量测装置，用以采集馈线上的量测数据并上传，所述量测数据至少包括电压、有功功率和无功功率；

至少一本地自治电压控制设备，与单根馈线上的实时量测装置有线或无线连接，接收所述量测数据，并输出根据量测数据与基准电压比较而生成的电压调整指令，还输出告警信号；

至少一无功设备，设于所述单根馈线上，与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接，接收并响应于所述电压调整指令而启动、关闭或进行控制调整；

区域协调电压控制设备，与一定区域内的全部本地自治电压控制设备无线或有线连接，接收所述告警信号而生成上级调整指令；

全局无功设备，设于该一定区域内的总馈线上，与所述区域协调电压控制设备有线或无线连接，响应于所述上级调整指令而启动、关闭或进行控制调整。

2.如权利要求1所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述全局无功设备包括：变压器档位控制装置，与所述区域协调电压控制设备有线或无线连接，接收所述上级调整指令而生成档位调整信号；及变压器，所述变压器的有载调压变压器分接头连接并受控于所述变压器档位控制装置，在档位调整信号的控制下调节开关档位。

3.如权利要求2所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述区域协调电压控制设备与所述变压器档位控制装置之间通过网线实现10/100Base-TX以太网连接。

4.如权利要求1所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述无功设备包括电容器控制装置和电容器组，所述电容器控制装置与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接、接收所述电压调整指令而控制所述电容器组启动、关闭或进行控制调整；还包括分布式电源控制装置和分布式无功出力电源，所述分布式电源控制装置与所述本地自治电压控制设备有线或无线连接、接收所述电压调整指令而控制分布式无功出力电源启动、关闭或进行控制调整。

5.如权利要求4所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述本地自治电压控制设备与所述电容器控制装置、及所述本地自治电压控制设备与所述分布式电源控制装置之间，通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。

6.如权利要求1所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述实时量测装置为FTU或RTU。

7.如权利要求6所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述本地自治电压控制设备与管辖馈线范围内的FTU或RTU通过网线实现10/100Base-TX以太网连接、或者通过RS232或RS485串口连接。

8.如权利要求1所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，还包括分别为所述本地自治电压控制设备和区域协调电压控制设备供电的供电装置。

9.如权利要求1所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，所述区域协调电压控制设备及所述本地自治电压控制设备的外壳均采用六面全封闭结构，防护等级达到IP40。

10.如权利要求9所述的配电网分层电压控制系统，其特征在于，外壳的左、右侧板为单肋形铝型材，以增大散热面积。