一种以串并联无功补偿智能组件为基础的电网集散控制系统及其实现方法
【专利摘要】一种以串并联无功补偿智能组件为基础的电网集散控制系统及其实现方法，它包括：一个或若干个智能组件和上位机组成。智能组件可以单独使用,它有三相电力系统的三相电流、三相电压采样电路、控制器和由其控制的包括若干个投切开关和无功补偿器件。其特征是功率控制器根据采样结果对电力系统的三相无功补偿单元中各个开关进行分别控制，使其既能实现串联补偿，也能实现并联补偿。以此构成可靠性高的集散控制系统，本发明不仅可以提高电网的电压改善电网的稳定度，还能在补偿无功的同时，调整有功的不平衡。
【专利说明】—种以串并联无功补偿智能组件为基础的电网集散控制系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统的无功补偿领域。特别涉及调整电网三相有功不平衡领域和电力自动化领域。
【背景技术】
[0002]现有技术采用无功补偿智能装置一般只能进行串联补偿或并联补偿，中国专利号为申请号为01241526.X，名称为“高压电网无功补偿电路装置”，它只能补偿无功，但无法平衡有功。现在虽有串并联的补偿装置，中国专利号为200410009536.6，名称为“电能质量和无功补偿综合控制器”虽然能防止电压陷落但不能平衡有功并且线路复杂，成本高。而且是集中补偿，可靠性差。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为电力系统中提供一种既能通过补偿电网电压损失提高稳定度又能补偿无功同时调整有功的方法和智能组件。这些组件可以独立使用，也可构成无功补偿集散控制系统。这些组件可以对不同电压等级的电网也可对同一等级电压的电网进行分段分散补偿，通过通信协调控制集中管理，节能效果显著，补偿冗余能力增强，可靠性大大提闻。
本发明是通过以下技术方案实现的:它至少包括一个串并联补偿的智能组件，每个组件都具有通信功能，这些组件可以单独应用也可以方便的构成集散系统。串并联补偿的智能组件检测电力系统的三相电流检测电路、三相电压采样电路、有一个控制器和由控制器控制的一个或若干个不同补偿器件。每个智能组件都可以实现串联或并补偿的功能，通常在三相不平衡情况下首先进行并联补偿，这时供电系统电压降低时再进行串联补偿。
[0004]本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明智能组件中的控制器控制能通过对无功补偿器件的控制实现对电力系统的串联补偿和并联补偿，可以实现提高电力系统供电电压和平衡供电系统的三相不平衡。智能组件可以放在不同位置，应用灵活，节能效果显著。通过协调控制使无功补偿具有冗余功能，大大提高了无功补偿系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】:
图1:是分别具有串联和并联无功器件补偿智能组件的原理图 图2:是共用串并联共用补偿器件的补偿智能组件的原理图 图3:是以串并联补偿智能组件为基础构成的集散补偿系统的方框图。
[0005]【具体实施方式】:
实施例1
图1是分别设置串并联无功器件补偿智能组件的原理图:它至少包括三相电流采样电路、三相补电压采样电路、一个控制器、九个开关、六个补偿电容；所述的电流采样是由用于检测三相电流负荷的三个互感器La、Lb、Lc构成，它们的一端分别接在功率控制器的AI11、AI12、AI13输入端，另一端接在一起后，再接到功率控制器的O端子上。所述的电压采样电路，是通过电压互感器的一次侧分别接在供电电源的Ual、Ub1、Uc1、Ua2、Ub2、Uc2上和二次侧分别与控制器的AI1、AI2、AI3、AI21、AI22、AI23连接的检测回路。所述的控制器具有电压和电流的基波和高次谐波检测能力，并通过分析运算以此判断系统特性，通过控制来提高电网的稳定度。同时设有通信接口，以便沟通信息协调各个组件的工作。所述的补偿电容C的容量和耐压等级以及电容的数量由根据实际需要来决定。开关Jl、Jlab, Jlac, J2、J2ba、J2bc、J3、J3ca、J3cb可以是真空接触器,复合开关或无触点开关。当Jl断开时将电力电容Cls在A相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当Jlab闭合Jlac断开时，将电力电容Clp在A相与B相之间，这时可将A相的有功转移到与B相上；当Jlac闭合Jlab断开时，将电力电容Clp在A相与C相之间，这时可将A相的有功转移到与C相上。起到了调整有功补偿无功的作用。当J2断开时将电力电容C2s在B相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当J2ba闭合J2bc断开时，将电力电容C2p加在B相与A相之间，这时可将B相的有功转移到与A相上；当J2bc闭合J2ba断开时，将电力电容Cp2加在B相与C相之间，这时可将B相的有功转移到与C相上。这时可以起到调整有功补偿无功的作用。当J3断开将电力电容C3s加在C相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当J3ca闭合J3cb断开时，将电力电容C3p加在C相与A相之间，这时可将C相的有功转移到与A相上；当J3cb闭合J3ca断开时，将电力电容C3p加在C相与B相之间，这时可将C相的有功转移到与B相上。这时可以起到调整有功补偿无功的作用。本组件在进行电网不同电压等级分别补偿时可以在高压侧的不同位置设置只具有串联补偿功能的智能补偿组件，在低压侧设置只具有并联补偿功能的智能补偿组件。[0006] 实施例2
图2是串并联共用补偿器件的补偿智能组件的原理图:它包括一个壳体和壳内装有一个总开关、三路电流采样电路、三路补偿前的电压采样电路、三路补偿后的电压采样电路、一个功率控制器、十二个开关、三个补偿电容；所述的电流采样是由用于检测三相电流负荷的三个互感器La、Lb、Lc构成，它们的一端分别接在控制器的AI11、AI12、AI13输入端，另一端接在一起后，再接到功率控制器的O端子上。所述的电压采样电路，是通过电压互感器的一次侧分别与供电电源Ual、Ubl、Ucl、Ua2.Ub2.Uc2上和二次侧分别与率控制器的Al 1、AI2、AI3、AI21、AI22、AI23 连接的检测回路。开关 Jlp、Jls、Jlab、Jlac、J2p、J2s、J2ba、J2bc、J3p、J3s、J3ca、J3cb可以是真空接触器,复合开关或无触点开关。当Jlp、Jlab、Jlac断开，Jls闭合时将电力电容Cl加在A相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当Jlp、Jlab闭合Jls、Jlac断开时，将电力电容Cl加在A相与B相之间，这时可将A相的有功转移到与B相上；当Jlp、Jlac闭合Jls、Jlab断开时，将电力电容Cl加在A相与C相之间，这时可将A相的有功转移到与C相上。起到了调整有功补偿无功的作用。当J2p、J2ba、J2bc断开，J2s闭口时将电力电容C2加在B相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当J2p、J2ba闭合J2s、J2bc断开时，将电力电容C2加在B相与A相之间，这时可将B相的有功转移到与A相上；当J2p、J2bc闭合J2s、J2ba断开时，将电力电容C2加在B相与C相之间，这时可将B相的有功转移到与C相上。这时可以起到调整有功补偿无功的作用。当J3p.J3ca.J3cb断开，J3s闭口时将电力电容C3加在C相上对其进行串联补偿，以抵消供电线路的电感造成的压降，起到了提高系统电压的作用。当J3p、J3ca闭合J3s、J3cb断开时，将电力电容C3加在C相与A相之间，这时可将C相的有功转移到与A相上；当J3p、J3cb闭合J3s、J3ca断开时，将电力电容C3加在C相与B相之间，这时可将C相的有功转移到与B相上。这时可以起到调整有功补偿无功的作用。如何进行串联补偿是依据所检测的供电系统电压，当该检测值过低时进行串联补偿，当检测的三相电流不平衡时进行并联补偿，本实例中的补偿器件是电容，实际应用时可以是数个电容也可以是电感或和后面的实施例2进行组合应用。事实上串并联补偿可以用于不同电压等级的电网上进行补偿。如IOKV或35KV，串并联补偿也可以在不同电压等级上分别进行补偿，如串联补偿在35KV电网上补偿，并联补偿在IOKV电网上进行补偿等等。
[0007]其工作过程是这样的:当采样的三相电流和三相电压送入控制器后，它依此检测结果做出控制决策。控制输出是通过功率控制器的输出端输出的控制信号来完成对各个开关的投切控制。通常当检测的三相电流不平衡时则进行并联补偿，这时把补偿器件加在相与相之间，这时不但可以补偿无功，同时可以调整有功。补偿器件可以是电容也可以是电感，如何选择投切电容还是电感是根据电流和电压的相位差决定的。该相位差是根据功率控制器所检测的供电系统电流和电压瞬时值通过计算得到的。当检测的三相电压偏低时根据功率控制器所检测的供电系统电流和电压瞬时值通过计算进行串联补偿。串联补偿是抵消供电系统由于电抗造成的电压损失。上述实例中补偿器件是电容，这是因为实际应用时多数供电系统的电抗是感性的，反之补偿器件采用电感。所以本发明在实际应用中补偿器件可以是电容也可以是电感；可以是一个补偿器件，也可以是多个补偿器件；补偿器件可以电容或电感，也可以是其组合。可以采用实例I或实例2也可以是其组合。串联补偿和并联补偿器件的个数和容量由实际需要决定。投切电路的结构可以采取不同方式。串并联补偿智能组件可以在同一电压等级上进行，如在10KV，或35KV。也可以在不同等级下进行，如串联补偿对电网中的110KV、35KV和IOKV进行补偿，并联补偿对电网的IOKV和400V进行补偿；如串联补偿在35KV，并联补偿在IOKV等等。一般补偿原则是先有调整功平衡，再串联补偿，先低压，后高压。串联补偿的供电线路可以加手动开关，补偿器件两端也可加开关以便检修等等。本组件在实际应用时也可以简化为只具有串联或并联补偿功能的组件。本发明的串并联补偿只具有串联补偿功能的智能补偿组件具体实现电路有多种方式。例如，串并联补偿不但可以同时对高压电网进行补偿，也可以对中、低压电网进行串并联补偿，同时也可以在高压侧进行串联补偿，低压侧进行并联补偿。
[0008]实施例3
图3是以串并联补偿智能组件为基础构成的集散补偿系统的方框图:它包括对不同电压等级电网进行无功补偿的串并联无功补偿的智能组件，本例中串并联无功补偿的智能组件11至串并联无功补偿的智能组件In是对110KV电网进行无功补偿的串并联无功补偿的智能组件；串并联无功补偿的智能组件21至串并联无功补偿的智能组件2n是对IOKV电网进行无功补偿的串并联无功补偿的智能组件；串并联无功补偿的智能组件31至串并联无功补偿的智能组件3n是对0.4KV电网进行无功补偿的串并联无功补偿的智能组件。实际串并联无功补偿的智能组件可以对不同电压等级的电网进行补偿。如20KV、60KV、220KV等不同电压等级电压的电网进行无功补偿。它们之间可以互相通信，也可以与上位机之间进行通信。上位机完成通常上位机所能完成的一切功能。如记录、打印、报警等等。实际应用时，首先进行不平衡补偿，同时由于0.4KV电网的供电半径较小，因此在这种情况下多进行不平衡补偿，而很少进行串联补偿。反之在IOKV电压等级以上的电网由于供电半径较大一般都采用串联补偿。
[0009]本发明的主要技术特征是采用无源的补偿器件，以低廉的价格和灵活的配置实现对不同电压等级的电网实现串联补偿和并联补偿，达到既可以提高电力系统的电压和电网稳定度也可以平衡有功补偿无功目的。它们具有通信和谐波测量功能，协调能力强，响应快。各个智能组件可以独立工作，也具有通信功能，可以联网，可实现分散进行补偿控制集中管理，协调工作，使补偿系统的可靠性得到大大的提高，节能效果显著。
【权利要求】
1.一种以串并联无功补偿智能组件为基础的电网集散控制系统及其实现方法，智能组件包括:三相电力系统的三相电流以及三相电压米样电路、控制器和由其控制的一个或多个串并联补偿单元(由电容或电感或它们的等效电路及其投切开关构成)，其特征是功率控制器根据采样结果对无功补偿器件中各个开关进行分别控制，使之既可实现串联补偿，也可实现并联补偿；既能补偿电网压降，也能补偿无功平衡有功；以此组件为基础，可以方便的实现对不同电压等级的电网的无功补偿集散控制，2.各个智能组件具有通信功能，可以联网，分散进行补偿控制集中管理，协调工作，使补偿系统的可靠性得到大大的提高，节能效果显著。
2.根据权力要求I所述的集散控制系统，其特征是以智能组件为基础，其控制器通过检测电力系统的三相电流，来控制相应并联补偿器件的投切，调整电网的三相有功不平衡。
3.根据权力要求I所述的集散控制系统，其特征是以智能组件为基础，其控制器通过检测电力系统的三相电压，来控制相应串联补偿器件的投切，实现了对电网压降的补偿。
4.根据权力要求I所述的集散控制系统，其特征是以智能组件为基础，其控制器根据采样结果可以对无功补单元中的同一个无功补偿器件的开关进行分别控制，使之既可实现串联补偿，也可实现并联补偿。
5.根据权力要求I所述的集散控制系统，其特征是每个智能组件根据采样结果可以对无功补组件中的不同的无功补偿器件的开关进行分别控制，使之其中的部分补偿器件用于实现串联补偿，另一部分补偿器件用于实现并联补偿，串并联补偿可以在电网的同一电压等级上进行，也可以在不同电压等级下分别进行补偿。
6.根据权力要求I所述的智能组件，其特征是功率控制器根据采样的电流和电压及其谐波结果来对无功补组件中的补偿器件进行分别控制，以提高电力系统的稳定度。
7.根据权力要求I所述的智能组件，其特征是本发明公布的补偿器件，可以是电容或电感或它们的等效电路。
8.根据权力要求I所述的智能组件，其特征是所有的开关可以是有触点开关，也可是无触点开关或是复合开关，它们都由功率控制器来控制。
9.根据权力要求I所述的智能组件，其特征是功率控制器可以控制不同的无功等效电路，串并联等效补偿电路的补偿器件分别可以是一个或多个。
10.根据权力要求I所述的智能组件，其特征是具有通讯接口，可与以太网接口模块或Modem接口模块或GPRS接口模块和短信模块进行连接和电力载波通信装置连接，各组件之间的协调能力强，响应快，补偿系统可靠性高。
【文档编号】H02J3/16GK103633653SQ201310538802
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】周帅 申请人:周帅