CN207459729U - 分布式智能馈线电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种分布式智能馈线电压控制系统，包括：馈线电压调节模块：用户通过云端的软件系统设定馈线调节电压的预定值，对电压实行闭环控制；传感器测量模块：定期采集外部数据，帮助用户自动检测并显示整个馈线的电压运行情况，及由配网变压器和现场馈线调压装置组成的分布式子系统运行情况；无线通讯模块：该系统作为免费的终端信息采集设备，及时或按需将本地数据提供给终端用户，用户通过云端的软件系统随时查看控制效果及本地数据。本实用新型能够解决馈线电压沿馈线逐步降低及动态负载所引起的电压跌落，还可以配合用户需求，在最需要的时候，最需要的地点，灵活自主地打开或关闭对任何节点的调控，从而实现电压无功优化、峰值控制。

Description

分布式智能馈线电压控制系统

技术领域

本发明涉及一种馈线电压控制系统，特别是涉及一种分布式智能馈线电压控制系统。

背景技术

高压10千伏系统无功补偿设备一般安装在变电站内采用集中补偿调节方式，但高压10千伏馈线支路分散且较长，导致线路末端控制效果差。随着非线性负载的普遍应用，分布式能源的接入，及用户负载的不均衡性等因素，致使电网系统的实际瞬时无功始终处在高频变化中，无法实现全局优化，导致整体电能质量下降。

为解决智能配电网中的电能质量控制问题，国内外也开发了许多提高电网质量的设备，如先进的电压/无功优化(VVO)，节能降压(CVR)计划，峰值需求管理，采用分布式智能微电网和智能配电网。但是这些新技术和分布式电网都是以广泛的网络数据采集与监控系统、通信和服务器等硬件设施为前提的。另外智能配电网需要对配电电缆(馈线)，配电变压器，地方变电站等实行在线实时监测。所有这些都需要大量的设备更新，软件系统集成。从电力运输和分配角度来说，输电线路中还需要安装传感器以及一些数字设备，在用户端用户还需要安装智能仪表、智能电表来实时追踪用电情况，所有这些都需要巨大的一次性投资。

自动调压AVC（automatic voltage control）系统是目前国内电压无功优化方面比较新的技术。目前市场上常用的VQC（Voltage Quality Control）电压无功控制系统基本上是以九区领域图及其衍生态进行单厂站的电压无功控制系统。九区图本质上是一种信息孤岛控制，不能实现全网无功电压最优控制。

集中式AVC系统：采用集中控制系统将中心控制系统所计算出的投切控制指令，借助调度自动化系统，依靠远程通讯系统来在线调节有载调压变压器分接开关及其他投切设备。该方案不能实时在线调节。

分布式AVC系统：分布式AVC系统采用通过遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算，由此实现分层、分级的复杂的分布式递阶优化控制问题，其依靠精确的数学模型，优化运算量大。随着分布式系统的扩大，所开发的系统复杂度及运算量会呈几何级增大。代表性的中国发明专利如：专利号为200610044008（名称为“分布式实时电压无功优化控制方法”）的中国发明专利利用SCADA系统组成的上下位机进行控制，但系统依赖于先进的无线通讯系统，不可能实时地进行在线调节。专利号为200920224190（名称为“分布式在线电压无功控制系统”）的中国发明专利采用以太网及远程通讯系统来实现在线闭环优化系统，但同样是一种基于通讯系统的模型控制，系统部署成本高，不适合通讯系统薄弱的地区。专利号为201510021036.2（名称为“分布式无功补偿系统的无功补偿控制方法”）的中国发明专利采用基于总线连接的主从模块进行无功补偿。通过动态构建补偿网络，该系统可以提高系统的可靠性。但本质上仍依赖于通讯系统，对待安装地区的通讯系统有最低要求。

便携式VVC装置：专利号为201310650588.0（名称为“便携式无功电压就地补偿装置”）的中国发明专利提出了一种便携式无功电压调节装置，可以对电网无功功率进行就地补偿。但该装置是一种被动式解决方案，所采用的自耦变压器不能实现对馈线电压的精准控制，适合于偏远地区的粗调，不具有通用性和普遍适用性。

在充分了解国内外智能电网改造，研究和分析了各种智能电网的先进技术和适用范围，结合我国国内电网，尤其是广大农村电网和边远地区电网的实际情况，才产生了本发明这个具有成本低、实用性强的智能自主型电网馈线电压无功优化设备（AutonomousFeeder Voltage and VAR Optimizer (AFVVO)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式智能馈线电压控制系统，其能够解决馈线电压沿馈线逐步降低及动态负载所引起的电压跌落，还可以配合用户需求，在最需要的时候，最需要的地点，灵活自主地打开或关闭对任何节点的调控，从而实现电压无功优化、峰值控制。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，其包括：馈线电压调节模块：用户通过云端的软件系统设定馈线调节电压的预定值，各分布式调节装置将把采集到的本地馈线电压与用户设定值进行比较，对电压实行闭环控制；

传感器测量模块：定期采集外部数据，帮助用户自动检测并显示整个馈线的电压运行情况，及由配网变压器和现场馈线调压装置组成的分布式子系统的运行情况；

无线通讯模块：该系统作为免费的终端信息采集设备，及时或按需将本地数据提供给终端用户，用户通过云端的软件系统随时查看控制效果及本地数据；

通讯接口模块：随时将本地数据上传给控制模块；

自稳定控制模块：运行核心控制算法，作为整个控制系统的子系统模块，内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制，自主地调节各个子系统的切换，从而实现全局及局部最优。

优选地，所述馈线电压调节模块沿馈线分布式配置，并在多负载区按需配置，从而使配电网用户末端电压保持稳定。

优选地，所述馈线电压调节模块内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制。

优选地，所述传感器测量模块检测到电压震荡，馈线电压调节模块将延时输出控制信号，从而抑制震荡。

优选地，所述核心控制算法是自稳定控制算法，能够自主地调节各个子系统的切换，从而实现全局及局部最优。

优选地，所述自稳定控制模块采用多智能体技术构架、多数据和多通道控制的WEB发布工作站。

本发明的积极进步效果在于：

（1）分布式电压调节设备及配套的软件系统提供了解决馈线电压沿馈线逐步降低及动态负载所引起的电压跌落的一种分布式解决方案。分布式调压设备可以沿馈线分布式配置，并在多负载区按需配置，从而使配电网用户末端电压保持稳定。所配备的控制装置将利用现有的配网设备，安装在配网变压器的副边侧，不需额外的电源设备和安装空间。

（2）不需远程通讯系统的指令，通过自主研发的自稳定控制系统，可以自主地调节馈线电压及无功补偿，并可实现全局最优及局部最优的结合。

（3）配有自带的无线通讯设备，可以作为免费的终端信息采集设备。

（4）配有各种通讯协议及通讯接口，可以方便地集成到现有的无功

补偿系统中。

（5）采用分布式便携式设备，可以分布式部署及移动安装。

（6）本发明是一种模块化控制系统，可以根据现场需要扩容或减容。

（7）本发明将接在配网变压器二次侧，装有一个交流开关，可断开与馈线电路的连接。具有失效安全（fail-safe）从而达到故障障保险的目的。

（8）本发明Homeostatic Control (自稳定控制) 是一种大规模系统通过自协调而实现整体平衡的自适应系统。不需复杂且耗时的在线优化系统，产品的性价比较高。

（9）本发明可以和现有的集中式SVC和SVG优势互补，采用分式方案，达到对配网电压的动态控制。

附图说明

图1为本发明在配网系统中的安装示意图；

图2为本发明的无线通讯示意图；

图3为本发明的核心控制系统模块图；

图4为本发明的馈线电压控制系统图；

图5为本发明的自稳定质控响应曲线图；

图6为本发明的馈线电压的阶跃响应仿真结果图。

图2中ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，又称紫蜂通信；

WEB为蜘蛛网和网的意思；

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图5所示，本发明分布式智能馈线电压控制系统包括：

馈线电压调节模块：用户通过云端的软件系统设定馈线调节电压的预定值，各分布式调节装置将把采集到的本地馈线电压与用户设定值进行比较，对电压实行闭环控制，可以就近对馈线电压进行实时控制和调节；馈线电压调节模块可以沿馈线分布式配置，并在多负载区按需配置，从而使配电网用户末端电压保持稳定。馈线电压调节模块内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制。

传感器测量模块：定期采集外部数据，可以帮助用户自动检测并显示整个馈线的电压运行情况，及由配网变压器和现场馈线调压装置组成的分布式子系统的运行情况；传感器测量模块检测到电压震荡，馈线电压调节模块将延时输出控制信号，从而抑制震荡。

无线通讯模块：该系统作为免费的终端信息采集设备，及时或按需将本地数据（馈线温度、馈线电压、馈线电流等）提供给终端用户，用户通过云端的软件系统随时查看控制效果及本地数据；

通讯接口模块：随时将本地数据上传给控制模块；

自稳定控制模块：运行核心控制算法，作为整个控制系统的子系统模块，内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制，自主地调节各个子系统的切换，从而实现全局及局部最优。核心控制算法可以是自稳定控制算法，能够自主地调节各个子系统的切换，从而实现全局及局部最优。

自稳定控制模块采用多智能体技术构架、多数据和多通道控制的WEB发布工作站。

如图6所示，馈线电压调节模块采用以下电压调节方法，该电压调节方法包括以下步骤：

步骤一，首先根据方程式（1）和方程式（2）进行积分环节的控制。如下：

……（1）

……（2）

其中Kp, Ki 是PID调节参数，是测量电压，是设定电压。是两者之间的误差值，是控制电压。

步骤二，根据自稳定非线性曲线图进行计算；

步骤三，设计自稳定控制算法采用如下式（3）：

……（3）

代表输出电压，代表上次测量电压，代表延迟时间，

e代表数学常数，就是自然对数的底数，近似等于 2.718281828，t 代表当前时间，t₀代表上一次采样时间。

步骤四，电压设定值远远大于测量电压值，快速积分控制就会优先切入多个子模块：电压设定值和实际测量电压在一定范围之内，自稳定控制模块会根据所设计的控制算法平滑地切入或切出子模块系统。

所述自稳定控制模块自主地调节本地馈线电压及无功补偿，并实现全局最优及局部最优的结合。

综上所述，本发明能够解决馈线电压沿馈线逐步降低及动态负载所引起的电压跌落，本发明可配合用户需求，在最需要的时候（用电高峰期），最需要的地点（可再生能源频繁并网的区域），灵活自主地（不需配套软件进行远程控制）打开或关闭对任何节点的调控，从而帮助电网公司实现电压无功优化、峰值控制、基于用户需求的控制、新能源集成等工作。本发明不需要运行复杂的优化算法，只需从云端软件系统设定各个子系统的电压预定值，该控制系统就可自主地调节馈线电压到设定值。本发明既可作为一个单独的系统解决方案，也可与现有的其他电压无功优化方案集成实现优势互补。本发明并不依靠远程通讯系统的指令来工作，而是通过自主研发的自稳定控制系统，自主地调节本地馈线电压及无功补偿，并可实现全局最优及局部最优的结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，其包括：

馈线电压调节模块：用户通过云端的软件系统设定馈线调节电压的预定值，各分布式调节装置将把采集到的本地馈线电压与用户设定值进行比较，对电压实行闭环控制；

传感器测量模块：定期采集外部数据，帮助用户自动检测并显示整个馈线的电压运行情况，及由配网变压器和现场馈线调压装置组成的分布式子系统的运行情况；

无线通讯模块：该系统作为免费的终端信息采集设备，及时或按需将本地数据提供给终端用户，用户通过云端的软件系统随时查看控制效果及本地数据；

通讯接口模块：随时将本地数据上传给控制模块；

自稳定控制模块：运行核心控制算法，作为整个控制系统的子系统模块，内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制，自主地调节各个子系统的切换，从而实现全局及局部最优。

2.如权利要求1所述的分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，所述馈线电压调节模块沿馈线分布式配置，并在多负载区按需配置，从而使配电网用户末端电压保持稳定。

3.如权利要求1所述的分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，所述馈线电压调节模块内部嵌有自稳定控制器，从而实现整个系统的分布式自稳定控制。

4.如权利要求1所述的分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，所述传感器测量模块检测到电压震荡，馈线电压调节模块将延时输出控制信号，从而抑制震荡。

5.如权利要求1所述的分布式智能馈线电压控制系统，其特征在于，所述自稳定控制模块采用多智能体技术构架、多数据和多通道控制的WEB发布工作站。