CN211018279U - 一种低压配电网电能质量综合优化控制装置 - Google Patents

一种低压配电网电能质量综合优化控制装置 Download PDF

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谢百明
文屹
吕黔苏
徐长宝
林呈辉
马文磊
刘兵
代奇迹
文立军
欧家祥
高吉普
李博文
王蓝苓
王扬
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Abstract

本实用新型公开了一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，它包括：系统优化控制器，所述系统优化控制器通过无线通讯与有源表箱化电能质量治理功能单元连接；所述有源表箱化电能质量治理功能单元数量大于一台，分别安装在低压配电线路的支路节点上；实现了系统能够自动选择最优工作模式，在保证治理效果的同时尽可能实现系统损耗最小的目标要求。

Description

一种低压配电网电能质量综合优化控制装置
技术领域
本发明属于低压配电网电能质量治理技术，尤其涉及一种低压配电网电能质量综合优化控制装置。
背景技术
在低压配电网，尤其是在农网低压配电网系统，用电负荷多为单相负荷，低压配网用电负荷特性种类增多，出现了一些新的用电特点也出现了一些新的用电问题，低压电网各负荷用电时间差异性等因素影响，三相不平衡问题客观实时存在，在部分低压配电台区，三相不平衡问题严重制约变压器出力以及供电质量，造成低压配电线路损耗的增大；而且随着经济发展，非线性负荷越来越多，谐波以及无功问题也越来越突出；电力电子技术对于低压配电网电能质量问题治理，具有绝对的技术优势，但是基于电力电子技术的电能质量优化治理系统损耗大，在优化低压配电网电能质量问题的同时，造成了低压配网系统损耗率的增大，这是配电网所不允许的，存在技术缺陷。
中国专利申请号201710279465.9提出一种采用有源电力滤波器与换相开关解决配电网电能质量问题，有源电力滤波器主要解决谐波问题以及无功问题，有源电力滤波器容量相对较大，满足低压配电网的无功补偿以及谐波的需求，系统的损耗将会较大。
中国专利申请号 201610622366.1提出一种通过补偿无功以及换相开关调节实现低压配电线路末端低电压问题，针对感性无功以及三相不平衡治理从而实现解决低电压的问题，但是随着分布式新能源大规模接入低压配电网，有可能造成高电压的出现以及非线性负荷，所以无法有效实现容性无功的补偿实现电压合格，而且分布式新能源接入潮流双向流动造成电容器投切异常等问题欠考虑。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：提供一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，以实现系统能够自动选择最优工作模式，在保证治理效果的同时尽可能实现系统损耗最小的目标要求。
本发明技术方案：
一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，它包括：系统优化控制器，所述系统优化控制器通过无线通讯与有源表箱化电能质量治理功能单元连接；所述有源表箱化电能质量治理功能单元数量大于一台，分别安装在低压配电线路的支路节点上。
所述系统优化控制器包括采样单元、通讯单元和控制单元；采样单元通过三相电流互感器采集系统首端三相电流实时数据以及系统各功能单元上传给系统控制器各负荷数据；控制单元将以上各数据量进行计算，得出不平衡度、功率因数和各次谐波相关参量；将运算数据作为系统控制的输入，通过控制算法得出相应的控制方法；通讯单元通过微功率方式与有源表箱化电能质量治理功能单元连接。
有源表箱化电能质量治理功能单元为三相四线三相桥式有源补偿单元，它包含三电平三相桥式功率变换单元，三电平三相桥式功率变换单元的直流母线中点与电网系统N线连接，三电平三相桥式功率变换单元连接逆变电感器以及滤波电感器并网连接低压400V配电网，在并网端形成LCL型滤波网络，在滤波支路与电容器串联有阻尼电阻。
所述的一种低压配电网电能质量综合优化控制装置的控制方法，它包括：
步骤1、低压线路上1～n各有源表箱化电能质量治理功能单元分别将各单元数据上传至系统优化控制器；
步骤2、系统优化控制器检测低压台区首端用电数据，并提取出电能质量指标；
步骤3、系统优化控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足要求，如果满足要求则跳转至步骤1，不满足则执行步骤4；
步骤4、根据1～n各有源表箱化电能质量治理功能单元输出，分类成满容量输出组以及欠容量输出组，同时基于在低压线路上的空间位置，欠容量输出组有源表箱化电能质量治理功能单元增大输出，且增大的输出是就近有源表箱化电能质量治理功能单元不足的治理容量；
步骤5、系统优化控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足指标，若满足则跳转至步骤1；不满足则跳转至步骤4。
本发明的有益效果：
本发明提出的分散化应用的有源表箱化电能质量优化治理，无需依据低压线路用电数据，只需要根据首端用电数据，确定台区治理需求的补偿容量，具备补偿不平衡、消除无功、滤除谐波功能。有源表箱化电能质量治理单元分散安装于低压配电线路，且各有源表箱化电能质量治理单元跟优化系统控制器之间进行微功率无线通讯，跟安装节点的有源表箱化电能质量优化治理单元，将各节点的运行电压、网测电流、设备输出电流等数据上传至系统优化控制器，由优化控制器协调控制各有源表箱化电能质量治理单元输出大小，对已经满容量输出，但容量不足的缺额部分由输出未饱和的就近单元弥补，最终实现系统的最优化；实现了系统能够自动选择最优工作模式，在保证治理效果的同时尽可能实现系统损耗最小的目标要求。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明流程示意图；
图3为本发明有源表箱化电能质量治理功能单元结构示意图。
具体实施方式：
一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，它包括有源表箱化电能质量治理功能单元、系统优化控制器；有源表箱化电能质量治理功能单元基于电力电子技术高功率密度小体积（243mm×167mm×88mm）便携式模块，具备谐波治理、无功补偿、以及三相不平衡调节功能，有源表箱化功能模块容量为10kVA（10A谐波补偿能力、10kvar无功补偿能力、7A负序补偿能力）。
系统优化控制器：是整个系统的核心控制器，协调控制各有源表箱化电能质量治理功能单元的协调控制运作。系统优化控制器包含：采样单元、运算单元、通讯单元、控制单元；采样单元通过三相电流互感器采集系统首端三相电流实时数据，以及系统各功能单元上传给系统控制器各负荷数据；运算单元将以上各数据量进行计算，得出不平衡度、功率因数、各次谐波等相关参量；通讯单元主要是通过微功率方式优化系统控制器与各功能系统进行数据通讯以及控制策略参数的下发和指令下发；控制单元，将运算单元运算数据作为系统控制的输入，通过控制算法，得出相应的控制策略，在优化治理系统电能质量问题的前提下，实现系统的高效节能目标。
有源表箱化电能质量治理功能单元为三相四线三相桥式有源补偿，包含三相桥式功率变换单元，功率单元采用Sic-mosfet，该Sic-mosfet具有开关频率高，通态损耗小的优势，已达到系统高效节能的目标。直流母线中点与电网系统N线连接，三电平三相桥式功率变换单元连接逆变电感器以及滤波电感器并网连接低压400V配电网，在并网端形成LCL型滤波网络，在滤波支路与电容器串联有阻尼电阻，不仅可以有效滤除开关纹波，而且避免与系统发生谐振风险。该三相四线三电平有源补偿单元可以治理三相不平衡、无功、谐波等多种电能质量问题。
如图3所示，有源表箱化电能质量治理功能单元包含二极管钳位三电平三相桥式功率变换单元，直流母线中点与电网系统N线连接，三电平三相桥式功率变换单元连接逆变电感器以及滤波电感器并网连接低压400V配电网，在并网端形成LCL型滤波网络，在滤波支路与电容器串联有阻尼电阻，不仅可以有效滤除开关纹波，而且避免与系统发生谐振风险。该电能质量有源补偿单元可以治理三相不平衡、无功、谐波等多种电能质量问题。电能质量有源补偿单元接受由系统控制器下发的运行控制使能信号，同时上传运行状态和故障信号。
电感器L1、L2、L3一端与电网连接，另外一端连接逆变电感器L4、L5、L6；电阻器R1、R2、R3分别与电容器C1、C2、C3串联连接，电感器L7、L8、L9与电容器C7、C8、C9分别连接，电阻与电容串联单元与电感器与电容器的串联单元并联连接；电容器的另外一端连接N线，电阻器的另外一端连接两个串联电感器的中点；电感器L4、L5、L6另外一端与三电平逆变器中点连接；电容器组C5x、C6x分别是多个电容器并联构成的电容器组，C5x与C6x串联，电容器组的另外一端分别于逆变器的正负直流母线连接；每个逆变桥臂由sic-mosfet单管（Tv1、Tv2）/（Tv3、Tv4）/（Tv5、Tv6）构成一只桥臂。
控制方法如下图2所示：它包括：
步骤1、低压线路1～n各有源表箱化电能质量治理单元分别将各单元数据上传至系统优化控制器；
步骤2、系统优化控制器检测低压台区首端用电数据，并提取出主要的电能质量指标；
步骤3、系统优化控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足要求，如果满足跳转至步骤1，否则如步骤4所示；
步骤4、根据1～n各有源表箱化电能质量治理单元输出，将其分类成满容量输出组以及欠容量输出组，同时基于在低压线路上的空间位置，欠容量输出组有源表箱化增大其输出，且增大的输出是就近治理单元不足的治理容量；
步骤5、系统优化控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足指标，若满足则跳转至步骤1；不满足则跳转至步骤4。

Claims (3)

1.一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，它包括：系统优化控制器，其特征在于：所述系统优化控制器通过无线通讯与有源表箱化电能质量治理功能单元连接；所述有源表箱化电能质量治理功能单元数量大于一台，分别安装在低压配电线路的支路节点上。
2.根据权利要求1所述的一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，其特征在于：所述系统优化控制器包括采样单元、通讯单元和控制单元；采样单元通过三相电流互感器采集系统首端三相电流实时数据以及系统各功能单元上传给系统控制器各负荷数据；控制单元将以上各数据量进行计算，得出不平衡度、功率因数和各次谐波相关参量；将运算数据作为系统控制的输入；通讯单元通过微功率方式与有源表箱化电能质量治理功能单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种低压配电网电能质量综合优化控制装置，其特征在于：有源表箱化电能质量治理功能单元为三相四线三相桥式有源补偿单元，它包含三电平三相桥式功率变换单元，三电平三相桥式功率变换单元的直流母线中点与电网系统N线连接，三电平三相桥式功率变换单元连接逆变电感器以及滤波电感器并网连接低压400V配电网，在并网端形成LCL型滤波网络，在滤波支路与电容器串联有阻尼电阻。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110601218A (zh) * 2019-10-25 2019-12-20 贵州电网有限责任公司 一种低压配电网电能质量综合优化控制系统及控制方法
CN110838717A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 国网湖南综合能源服务有限公司 一种低压配电网电能替代高效节能控制系统及其应用方法

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