负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法
【专利摘要】本发明提出一种负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，可以根据配电变压器的电流负载比η（负荷电流与配变额定电流之比）来判断当前配电变压器的负荷水平，据此选择相应的功率因数控制区间来确定电容器的投切，以提高10kV配电系统的降损效果和改善电压质量，提高无功补偿设备的利用率。该方案的具体步骤如下：测量电容器安装点的线电流和线电压；将测量得到的负荷电流数值除以变压器二次侧的额定电流，计算得出该负荷点的电流负载比η；根据η把负荷水平归类分属为轻载、常载或重载；依据负荷水平不同对无功补偿需求的差异性制定三组功率因数控制区间上下限；根据负载情况选择相应的功率因数区间，结合电压优先判据进行电容器的投切控制。
【专利说明】负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低压电容器的动态投切控制技术，具体涉及IOkV配电线路电容器根据负荷轻重变化而动态选择功率因数控制区间的方法。
【背景技术】
[0002]我国在十二五规划中提出了要降低单位国内生产总值能耗和减少主要污染物的排放总量。电能作为一种重要的能源，在电力生产运行中，尤其在配电网中推广和应用节能降损措施，对于实现总体的规划目标，促进经济的可持续发展，实现低碳和节能减排具有重要意义和显著效果。
[0003]据相关数据显示，我国低压输配电网络(包括线路、配电变压器)的损耗约占电力总产量的10%，造成了电能的巨大损失和浪费。而这损耗的相当一部分是由于配电网功率因数过低，无功补偿不足而造成的。另外，电压作为电力系统电能质量的重要指标之一，直接影响电网自身运行的安全性和经济性，而它主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理。因此，无功补偿在电网中的应用，起到减少无功在电网中流动、降低线路有功损耗、提高电压合格率和提高电网设备利用率等重要的作用。由于低压无功补偿与高压系统的无功补偿相比更加靠近负荷侧，更有利于系统调压，更有利于三相平衡，因此低压无功补偿引起了广泛的应用。
[0004]为了使得无功补偿适应负荷波动的变化，同时也便于操作管理，一般负荷侧的低压无功补偿设备都采用自动投切的方法，其中最典型的是根据功率因数来进行自动投切控制。按照现行的相关导则，负荷侧的电容器一般按照功率因数上下限固定在0.90?0.95之间投切，这种方法大部分情况下可以基本满足无功平衡和电压水平的要求，但是还存在以下几方面的问题:
[0005](I)固定功率因数上下限的控制方法只适用于无功负荷比较稳定的线路和网络，在负荷变动较大的情况下无法实现有针对性的补偿；
[0006](2)在负荷较轻的时候，投切电容器组会导致功率因数的大幅变化，固定0.90?
0.95的区间过于狭小，可能会导致反复投切损坏设备和造成电网不稳定等状况；
[0007](3)在负荷较重的时候，由于配变和线路都会产生更多的无功损耗，而现行办法一般不允许无功倒送，这部分的损耗还是依靠上层电网下送。因此负荷越重的时候，线路上流动的无功功率越多，网络损耗越严重，电压质量也越差，显然功率因数0.95的上限难以满足节能和优质供电的需求；
[0008](4)目前大部分地区的无功补偿装置按照配变总容量的20%?40%进行配置，而正常运行中按照0.90?0.95的功率因数范围则不需要投入全部设备，没有充分发挥已有补偿设备在配电网区域优化中的性能，造成无功补偿设备的闲置性浪费。
[0009]因此，作为电网无功优化的一个长远目标，进一步提高电网运行功率因数显得很有必要，而在不增加电源建设和设备投资的前提下，提高功率因数是用来稳定系统电压、降低网络损耗、提高供电能力的一种有效办法。但功率因数的定值运行还需要解决如何确定取值、如何应对负荷变化和反复投切等问题。
[0010]显然，线路在重载和轻载两种情况下所需要的无功补偿容量相差很大，不同的负荷状况采用统一固定的功率因数控制难以达到最有效的节能和降损效果。此外，由于当前的低压无功补偿控制策略不允许补偿设备倒送无功功率到中压系统，配电变压器和IOkV配电线路上的无功损耗只能从上层电网输送，这在负荷较重的时段必然存在较大的节能空间一如果允许负荷较重时低压无功补偿适当的无功倒送，则可以利用闲置的无功补偿设备在满足了本负荷点处的无功负荷需求后，还能够平衡邻近无补偿的台区的部分无功负荷以及IOkV系统的无功损耗，从而提高设备利用率、充分挖掘其节能效益。
[0011]从以上问题出发，本发明提出一种负荷相关的低压电容器自动控制方法，可以根据配电变压器的电流负载比n来判断当前配电变压器的负荷水平，据此选择相应的功率因数控制区间来确定电容器的投切控制。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供负荷相关的负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法。目前无功补偿难以对负荷变动进行匹配的现状，本发明根据电流负载比n的大小把当前时刻的负荷水平归类分属为轻载、常载或重载。依据负荷水平不同对无功补偿需求的差异性制定三组功率因数控制区间上下限，根据负载情况选择相应的功率因数控制区间，结合电压优先判据进行电容器的投切控制，从而提高IOkV配电系统的节能降损效果和改善电压质量，提高无功补偿设备的利用率。
[0013]本发明通过如下技术方案实现:
[0014]负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，其特征在于包括如下步骤:
[0015](I)测量电容器安装点的线电流和线电压；
[0016](2)将测量得到的负荷电流数值除以配电变压器二次侧的额定电流，计算得出该负荷点的电流负载比n；
[0017](3)根据η的大小把此时的负荷水平归类分属为轻载、常载或重载；
[0018](4)依据负荷水平不同对无功补偿需求的差异性制定三组功率因数控制区间上下限；
[0019](5)根据负载情况选择相应的功率因数控制区间，结合电压判据进行电容器的投切控制。
[0020]上述控制方法中，负荷水平轻时控制补偿在滞后的功率因数区间；负荷重时控制补偿在超前的功率因数区间，以倒送无功功率来补偿配电变压器和馈线的无功损耗以及邻近无补偿的台区的部分无功负荷。
[0021]上述控制方法中，步骤(3)所述的负荷水平的归类以及步骤(4)所述三组功率因数控制区间设定如下:
[0022](I)当η < 25时，判定归类为轻载，功率因数控制区间为滞后0.88~滞后0.97 ;
[0023](2)当25≤n ≤ 60时，判定归类为常载，功率因数控制区间为滞后0.96~超前
0.97 ；
[0024](3)当η >60时，判定归类为重载，功率因数控制区间为超前0.98~超前0.93。
[0025]进一步的，上述控制方法通过数据采集模块、计算和控制模块和输出投切模块实现，其中:
[0026]采集模块功能包括定时采集电容器安装点的线电流和线电压数值，配变二次侧的额定电流数据，以及进行A/D转换，以动态的数据更新为后面的计算和判断模块提供参考；
[0027]计算和控制模块依据不同时刻采集到的数据计算电流负载比η，确定当前应当采用的功率因数控制区间；同时，结合电压优先判据判断按当前区间投切电容器之后电压是否会有越限情况，综合判断得出当前应执行的操作指令并且传达给输出投切模块；
[0028]输出投切模块与低压电容器开关相连接，按照计算和控制模块的指令来动态更新进行投切电容器。
[0029]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0030](1)本发明采用的与负荷相关的低压电容器功率因数控制方法，可以根据负载的轻重有针对性地设置功率因数上下限从而控制电容器的投切，更好地实现无功平衡和减少网络有功损耗。
[0031](2)本发明提出允许适当的无功功率倒送，可以对配电变压器和线路上产生的无功损耗实现就地平衡，并且可以平衡邻近无补偿的台区的部分无功负荷，弥补无功补偿装置安装点不足的问题。
[0032](3)本发明提出的控制方法是基于现有的已安装设备基础上，不需要增加新设备和进行新规划，只对目前的补偿装置控制策略进行改进，提高已有安装设备的利用率，避免已有投资的闲置浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为中低压配电系统示意图。
[0034]图2为负荷相关的低压电容器投切控制流程图。
[0035]图3为实例线路节点示意图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和实例对本发明作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
[0037]如图1所示是包括IOkV和0.4kV母线的中低压配电系统示意图。
[0038]配电系统中的有功损耗主要包括IOkV线路、配电变压器和380V线路三个部分，在变压器中有功损耗分为铁耗和铜耗，而在线路中有功损耗与阻值和电流的平方成正比。线路损耗具体表达如下:
[0039]
【权利要求】
1.负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，其特征在于包括如下步骤: (1)测量电容器安装点的线电流和线电压； (2)将测量得到的负荷电流数值除以配电变压器二次侧的额定电流，计算得出该负荷点的电流负载比η ； (3)根据η的大小把此时的负荷水平归类分属为轻载、常载或重载； (4)依据负荷水平不同对无功补偿需求的差异性制定三组功率因数控制区间上下限； (5)根据负载情况选择相应的功率因数控制区间，结合电压判据进行电容器的投切控制。
2.根据权利要求1所述的负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，其特征在于:负荷水平轻时控制补偿在滞后的功率因数区间；负荷重时控制补偿在超前的功率因数区间，以倒送无功功率来补偿配电变压器和馈线的无功损耗以及邻近无补偿的台区的部分无功负荷。
3.根据权利要求1所述的负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，其特征在于:步骤(3)中所述的负荷水平的归类以及步骤(4)所述三组功率因数控制区间设定如下: (1)当/7< 25时，判定归类为轻载，功率因数控制区间为滞后0.88~滞后0.97 ; (2)当25≤η≤60时，判定归类为常载，功率因数控制区间为滞后0.96~超前0.97 ; (3)当η> 60时，判定归类为重载，功率因数控制区间为超前0.98~超前0.93。
4.根据权利要求1所述的负荷相关的低压动态无功补偿电容器自动控制方法，其特征在于通过数据采集模块、计算和控制模块和输出投切模块实现，其中: 采集模块功能包括定时采集电容器安装点的线电流和线电压数值，配变二次侧的额定电流数据，以及进行A/D转换，以动态的数据更新为后面的计算和判断模块提供参考； 计算和控制模块依据不同时刻采集到的数据计算电流负载比7，确定当前应当采用的功率因数控制区间；同时，结合电压优先判据判断按当前区间投切电容器之后电压是否会有越限情况，综合判断得出当前应执行的操作指令并且传达给输出投切模块； 输出投切模块与低压电容器开关相连接，按照计算和控制模块的指令来动态更新进行投切电容器。
【文档编号】H02J3/18GK103606932SQ201310374496
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】张勇军, 黄向敏, 陈旭 申请人:华南理工大学