基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统的制作方法

基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统，电压无功控制装置包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器，所述自耦变压器的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，所述并联电抗器用于接所述水电侧。实施本发明的方法和系统，基于并联电抗器和自耦变压器，可将水电侧的电压控制在控制区间内，同时使电网侧的无功功率与并联电抗器的容量匹配，以吸收水电发出的无功功率，可避免大量无功倒送变电站、抬升线路电压，进而保证用电设备和供电设备的设备安全，利于配电网的高效运行。
【专利说明】基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，特别是涉及一种基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统。
【背景技术】
[0002]水力发电机组的容量和接入电网的方式，随水情和建设位置的不同而不同，装机容量在IOOOkVA以下的机组，通过T接入方式接入临近的IOkV线路的电网。在一条河流上，多个电站可能接入同一条IOkV线路，这对线路电压质量造成的影响最大。
[0003]在水电集中发电时，线路多余的有功和无功通过IOkV线路送至变电站。水电的集中接入，易造成大量无功倒送，会逐级抬升IOkV线路的电压，影响正常用电，甚至烧毁供电和用电设备。

【发明内容】

[0004]基于此，有必要针对接入电网的水利发电机组，在集中发电时会逐级抬升IOkV线路的电压，影响正常用电、易烧毁供电和用电设备的问题，提供一种基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统。
[0005]一种基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，电压无功控制装置包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器，所述自耦变压器的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，所述并联电抗器用于接所述水电侧，其中，电压无功控制方法包括以下步骤:
[0006]分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流；
[0007]根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率;
[0008]判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值；
[0009]若超过，则将所述并联电抗器接入水电侧，并通过所述并联电抗器对电网侧进行无功补偿；
[0010]预设时段后，再次分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流；
[0011]根据再次获取的电压和电流，再次分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率；
[0012]判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与所述并联电抗器的容量相当；
[0013]若相当，则判断所述水电侧的电压是否在控制区间内；
[0014]若不在，则根据再次计算出的无功功率和有功功率，计算所述自耦变压器的有功功率和无功功率；
[0015]根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位。[0016]一种基于电压无功控制装置的电压无功控制系统，电压无功控制装置包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器，所述自耦变压器的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，所述并联电抗器用于接所述水电侧，其中，电压无功控制系统包括:
[0017]第一获取单元，用于分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流；
[0018]第一计算单元，用于根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率；
[0019]第一判断单元，用于判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值；
[0020]无功补偿单元，用于在所述电网侧的无功功率超过投入阈值时，将所述并联电抗器接入水电侧，并通过所述并联电抗器对电网侧进行无功补偿；
[0021]第二获取单元，用于在预设时段后，再次分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流；
[0022]第二计算单元，用于根据再次获取的电压和电流，再次分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率；
[0023]第二判断单元，用于判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与所述并联电抗器的容量相当；
[0024]第三判断单元，用于在再次计算出的所述电网侧的无功功率与所述并联电抗器的容量相当时，判断所述水电侧的电压是否在控制区间内；
[0025]第三计算单元，用于在所述水电侧的电压不在控制区间内时，根据再次计算出的无功功率和有功功率，计算所述自耦变压器的有功功率和无功功率；
[0026]调档单元，用于根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位。
[0027]上述基于电压无功控制装置的电压无功控制方法和系统，基于并联电抗器和自耦变压器，可将水电侧的电压控制在控制区间内，同时使电网侧的无功功率与并联电抗器的容量匹配，以吸收水电发出的无功功率，可避免大量无功倒送变电站、抬升线路电压，进而保证用电设备和供电设备的设备安全，利于配电网的高效运行。
【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1是本发明基于电压无功控制装置的电压无功控制方法第一实施方式的流程示意图；
[0029]图2是本发明的电压无功控制装置第一实施方式的结构示意图；
[0030]图3是本发明基于电压无功控制装置的电压无功控制方法第二实施方式的流程示意图；
[0031]图4是本发明基于电压无功控制装置的电压无功控制系统第一实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]请参阅图1，图1是本发明基于电压无功控制装置的电压无功控制方法第一实施方式的流程示意图。
[0033]本实施方式的所述基于电压无功控制装置的电压无功控制方法中，电压无功控制装置如图2所示，可包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器100和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器200，自耦变压器100的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，并联电抗器200用于接所述水电侧，其中，电压无功控制方法包括以下步骤:
[0034]步骤101，分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流。
[0035]步骤102，根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功
率和有功功率。
[0036]步骤103，判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值。
[0037]步骤104，若超过，则将并联电抗器200接入水电侧，并通过并联电抗器200对电网侧进行无功补偿。
[0038]步骤105，预设时段后，再次分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流。
[0039]步骤106，根据再次获取的电压和电流，再次分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率。
[0040]步骤107，判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与并联电抗器200的容
量相当。
[0041]步骤108，若相当，则判断所述水电侧的电压是否在控制区间内。
[0042]步骤109，若不在，则根据再次计算出的无功功率和有功功率，计算自耦变压器100的有功功率和无功功率。
[0043]步骤110，根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与自耦变压器100的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整自耦变压器100的档位。
[0044]本实施方式所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，基于并联电抗器和自耦变压器，可将水电侧的电压控制在控制区间内，同时使电网侧的无功功率与并联电抗器的容量匹配，以吸收水电发出的无功功率，可避免大量无功倒送变电站、抬升线路电压，进而保证用电设备和供电设备的设备安全，利于配电网的高效运行。
[0045]本发明的电压无功控制装置优选地可用于含上网水电的IOkV线路，将水电侧的电压控制在控制区间(10.7kV?9.3kV)内。
[0046]其中，对于步骤101，所述电压优选地为三相电压，所述电流优选地为三相电流，可通过分别安装在所述电网侧和所述水电侧的电压互感器和电流互感器，分别测量所述电网侧和所述水电侧的电压和电流。
[0047]对于所述电压无功控制装置，如图2所示，还可包括五个开关K1-K5，所述电网侧与所述原边线圈通过第一开关Kl连接，所述副边线圈与所述水电侧通过第二开关K2可连接，所述电网侧与所述水电侧通过第三开关K3连接，并联电抗器200的输入端和输出端之间并联有第四开关K4，并联电抗器200的输入端通过第五开关K5和第二开关K2接入所述水电侧。优选地，五个开关K1-K5可为真空开关或负荷开关。
[0048]对于自耦变压器100，输出和输入共用一组线圈(主线圈和调压线圈)的特殊变压器。升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。抽头数目和不同抽头的间距可根据调压需要预先配置。
[0049]自耦变压器100优选地包括一个绕组，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组，当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的一部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器100的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高。这个优点就越加突出。
[0050]优选地，自耦变压器100的短路电阻R、短路电抗X、变比η、当前运行档位Mn和中心档位MO间存在如下关系:
[0051]n = UlNX (1-(Mn-MO) Xd% )/U2N ；
[0052]其中，d%为档距(每调一档，变比的变化百分数)，UlN为自耦变压器100接电网侧额定电压，U2N为自耦变压器100接水电/负荷侧额定电压。
[0053]优选地，所述水电侧也可称为负荷侧。
[0054]在具体的操作中，通过开关状态组合，可切换装置的工作状态:
[0055]旁路状态:K1、K2、K4、K5断开，Κ3闭合。装置不带电，可进行装置维护、检修；调压状态:Κ3、Κ5、Κ4断开，Κ1、Κ2闭合；无功补偿状态:Κ3、Κ4断开，Kl、Κ2、Κ5闭合。
[0056]优选地，还可包括用于限制并联电抗器200生成的过电压的避雷器Ζ，避雷器Z与并联电抗器200并联。避雷器Z可为氧化锌避雷器。
[0057]优选地，所述电网侧可装有电流互感器和电压互感器。
[0058]优选地，所述水电侧可装有电流互感器和电压互感器。
[0059]优选地，所述水电侧的机组可通过T接入方式接入IOkV线路的所述电网侧。
[0060]对于步骤102，所述有功功率优选地为三相有功功率，所述无功功率优选地为三相有功功率。
[0061]对于步骤103，所述投入阈值为预先设定的用于判定是否将并联电抗器200与水电侧接通的判据。
[0062]在一个实施例中，在所述判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值的步骤之后，还包括以下步骤:
[0063]若所述电网侧的无功功率未超过所述投入阈值，则根据所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率，获取自耦变压器100的有功功率和无功功率；
[0064]根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与自耦变压器100的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位调整自耦变压器100的档位。
[0065]对于步骤104，可通过闭合开关Κ2和Κ5将并联电抗器200接入水电侧。
[0066]对于步骤105，所述预设时段优选地为延时时段，如30秒。
[0067]对于步骤106，计算有功功率和无功功率的方法优选地与步骤102相同。
[0068]对于步骤107，并联电抗器200的容量优选地为可根据含上网水电的线路的具体
情况配置。
[0069]进一步地，可根据判断标准:-0.15<(1-电网侧无功功率减少量/无功补偿容量)〈0.15，判断所述电网侧的无功功率是否与并联电抗器200的容量相当。
[0070]在一个实施例中，在所述判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与并联电抗器200的容量相当的步骤之后，还包括以下步骤:
[0071]若不相当，则循环在预设时段后，分别获取所述电网侧和所述水电侧的电压和电流，并根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧和所述水电侧的无功功率和有功功率，直至计算出的所述电网侧的无功功率与并联电抗器200的容量相当。
[0072]对于步骤108，所述控制区间优选地为IOkV-10.7kV，本步骤中所述电网侧的电压为步骤105中再次获取的电压。
[0073]在一个实施例中，在所述判断所述水电侧的电压是否在控制区间内的步骤之后，还包括以下步骤:
[0074]若在，则终止电压无功控制操作。
[0075]对于步骤110，所述水电侧的电压阈值优选地为10.0kV-10.7kV。自耦变压器的不同档位对应不同的抽头。抽头数目和不同抽头的间距可根据调压需要预先配置。本步骤中所述电网侧的电压为步骤105中再次获取的电压。
[0076]在一个实施例中，在所述根据计算出的调整档位调整自耦变压器200的档位的步骤之后，还包括以下步骤:
[0077]在第二预设时段后，获取所述水电侧的电压，并判断所述水电侧的电压是否在控制区间内；
[0078]若在，则终止电压无功控制操作。
[0079]优选地，所述第二预设时段为延时30秒。
[0080]在另一个实施例中，所述根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与自耦变压器100的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位的步骤包括以下步骤:
[0081]将所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与自耦变压器100的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率代入以下所述公式，计算调整档位:
【权利要求】
1.一种基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，电压无功控制装置包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器，所述自耦变压器的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，所述并联电抗器用于接所述水电侧，其中，电压无功控制方法包括以下步骤: 分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流； 根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率； 判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值； 若超过，则将所述并联电抗器接入水电侧，并通过所述并联电抗器对电网侧进行无功补偿； 预设时段后，再次分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流； 根据再次获取的电压和电流，再次分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率； 判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与所述并联电抗器的容量相当； 若相当，则判断所述水电侧的电压是否在控制区间内； 若不在，则根据再次计算出的无功功率和有功功率，计算所述自耦变压器的有功功率和无功功率； 根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位。
2.根据权利要求1所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，在所述判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值的步骤之后，还包括以下步骤: 若所述电网侧的无功功率未超过所述投入阈值，则根据所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率，获取所述自耦变压器的有功功率和无功功率； 根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位。
3.根据权利要求1所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，在所述判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与所述并联电抗器的容量相当的步骤之后，还包括以下步骤: 若不相当，则循环在预设时段后，分别获取所述电网侧和所述水电侧的电压和电流，并根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧和所述水电侧的无功功率和有功功率，直至计算出的所述电网侧的无功功率与所述并联电抗器的容量相当。
4.根据权利要求1所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，在所述判断所述水电侧的电压是否在控制区间内的步骤之后，还包括以下步骤: 若在，则终止电压无功控制操作。
5.根据权利要求1所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，所述根据所述水电侧电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位的步骤包括以下步骤: 判断所述水电侧的电压是否高于所述水电侧的电压阈值； 若高于，则根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位下调所述自耦变压器的档位； 若不高于，根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位上调所述自耦变压器的档位。
6.根据权利要求1所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，所述根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位的步骤包括以下步骤: 将所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率代入以下所述公式，计算调整档位:
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制方法，其特征在于，在所述根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位的步骤之后，还包括以下步骤: 在第二预设时段后，获取所述水电侧的电压，并判断所述水电侧的电压是否在控制区间内； 若在，则终止电压无功控制操作。
8.一种基于电压无功控制装置的电压无功控制系统，其特征在于，电压无功控制装置包括用于对水电侧的电压进行有载调节的自耦变压器和用于对电网侧进行无功补偿的并联电抗器，所述自耦变压器的原边线圈用于接所述电网侧，副边线圈用于接所述水电侧，所述并联电抗器用于接所述水电侧，其中，电压无功控制系统包括: 第一获取单元，用于分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流； 第一计算单元，用于根据获取的电压和电流，分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率； 第一判断单元，用于判断所述电网侧的无功功率是否超过投入阈值； 无功补偿单元，用于在所述电网侧的无功功率超过投入阈值时，将所述并联电抗器接入水电侧，并通过所述并联电抗器对电网侧进行无功补偿； 第二获取单元，用于在预设时段后，再次分别获取所述电网侧与所述水电侧的电压和电流；第二计算单元，用于根据再次获取的电压和电流，再次分别计算出所述电网侧与所述水电侧的无功功率和有功功率； 第二判断单元，用于判断再次计算出的所述电网侧的无功功率是否与所述并联电抗器的容量相当； 第三判断单元，用于在再次计算出的所述电网侧的无功功率与所述并联电抗器的容量相当时，判断所述水电侧的电压是否在控制区间内； 第三计算单元，用于在所述水电侧的电压不在控制区间内时，根据再次计算出的无功功率和有功功率，计算所述自耦变压器的有功功率和无功功率； 调档单元，用于根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的当前档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率，计算调整档位，并根据计算出的调整档位调整所述自耦变压器的档位。
9.根据权利要求8所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制系统，其特征在于，所述调档单元还用于: 判断所述水电侧的电压是否高于所述水电侧的电压阈值； 若高于，则根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位下调所述自耦变压器 的档位； 若不高于，根据所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率,计算调整档位,并根据计算出的调整档位上调所述自耦变压器的档位。
10.根据权利要求8或9所述的基于电压无功控制装置的电压无功控制系统，所述调档单元还用于: 将所述水电侧的电压阈值、所述电网侧的电压与所述自耦变压器的中心档位、短路电阻、短路电抗、有功功率和无功功率代入以下所述公式，计算调整档位:
【文档编号】H02J3/16GK104009480SQ201410226458
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】马明, 李兰芳, 徐柏榆, 盛超, 陈晓科, 黄辉, 王玲, 王晓毛, 梅成林, 刘正, 邓志, 李玎, 赵艳军, 翁洪杰, 王奕, 胡玉岚 申请人:广东电网公司电力科学研究院