一种末端电网电压稳定系统及控制方法与流程

本发明主要涉及供电技术领域，特指一种末端电网电压稳定系统及控制方法。

背景技术：

随着社会经济及产业技术的不断发展，电力系统的容量不断增加，电网结构日益复杂和庞大，使得配电系统中广泛存在供电可靠性、电能质量及传输效率问题。其中电压的质量是电能质量中一个非常重要的标准，电压的质量不但对于工农业生产以及人们的生活有着非常大影响，而其对于电网的安全运行与电网的经济效益也有着非常大的影响。近些年来，我国电网发展非常迅速，城镇的电气化铁路以及城轨交通的不断发展，以及防洪、防涝等基础设施建设，城市跨区域性供电等，促使供电线路的长距离供电应用越来越广泛，并且呈现供电电压等级逐步提高，从较早使用的6kV至10kV已上升到以10至35kV等级为主，且供电线路长度越来越长等特点。

供电线路的长距离、高电压传输工程，对线路的设计、施工和使用都带来了新的技术问题。比如：供电线路长足离输电，线路感性无功损耗，线路电压损失，引起未端电压降低；电缆容性电流存在于电缆中，引起线路保护误动作和线路断路器跳闸，产生的容性无功功率可造成电压电缆未端电压升高等一系列电压稳定性技术难题。

目前解决电网电压稳定问题的办法一般是采用扩大变压器的容量、加大配电线路的线径、改变电网供电方式、缩短供电网长度等方法来提高供电能力，其主要是通过减少变压器及线路的等效阻抗来减少电压的损失造成的电压稳定性问题。为寻求更好的解决方法，许多人做过相关的研究，目前一般是在供电网末端加装无功补偿装置，比如设置TCR+FC、TSC、SVG型动态无功补偿装置等，以下对各种解决方法进行详细分析：

1、TCR+FC型补偿装置，其主要包括晶闸管控制电抗器和多支路电容器组，主要为系统电网提供连续可调的感性和容性无功功率，同时电容器组部分也可做成一阶、二阶等形式的滤波支路，可实现电网中的一些特征谐波的滤除，主要是对系统中感性无功进行补偿，达到提高未端电网电压。

2、TSC装置为晶闸管投切电容器组装置，包括多级串联的晶闸管组件和电容器组。通过控制晶闸管导通将电容器组接入电网，并利用晶闸管电流过零自然关断来退出电容器组，其主要实现对电网未端提供容性无功功率补偿，以平衡线路中感性无功，达到未端电压提升的目的。

3、SVG装置，是一种近年来的新型静止同步无功补偿装置，主要包括多级串联的全控型电力电子器件，以及与电网连接的电感器。通过控制全控型电力电子器件的通断，改变输出电压与电流的相位差，使得SVG装置发出相应的容性或感性无功功率，可针对电网中因容性无功或感性无功引起的电压稳定性问题。

4、在电网供电系统中，特别是区域性供电系统中，采用TSR或MCR装置投切或调节并联电抗器装置的来稳定电网或输电线路未端电压，其中TSR装置主要由并联电抗器、投切断路器及附属保护装置等构成，而MCR装置主要由一台磁控电抗器、低压晶闸管组件及其调节控制系统组成，两者都是利用电抗器发出可调或连续的感性无功,以补偿线路中的对地或相间的容性无功功率，以达到电压稳定的作用。

以下对各种解决方法的不足做进一步说明：

1、针对目前，解决电网电压稳定问题的办法一般是采用扩大变压器的容量、加大配电线路的线径、改变电网供电方式、缩短供电网长度等方法来提高供电能力，其主要原理是通过减少变压器及线路的等效阻抗来减少电压的损失造成的电压稳定性问题。但是这些方法投资大、工期长，而且随着负荷电流的增加，变压器及线路的电压损失也会增大，因此该种方式没有从根本上解决电网未端电压稳定的问题。

2、针对采用TCR+FC型SVC补偿装置，主要是对系统中感性无功进行补偿，达到提高电网未端电压，其应用大多是在牵引供电系统、远距离架空线路及类似系统中，根据线路负荷变化实时检测系统电压、无功功率等，动态调节SVC的无功输出，补偿线路感性无功，以提升电压，提高未端电压稳定性，其设备采用相控电抗器和大容量电容器组组合形式，其占地面积大，设备损耗大，设备维护量多，同时SVC装置所提供的无功功率随着系统电压的降低而减少。

3、针对采用TSC装置，主要是实现电容器组的多组投切，补偿电网线路感性无功功率，降低网损提升未端电压，但此方式只针对电网存在感性无功时进行补偿，而对于类似采用电缆供电时充电电容引起的未端电压提升问题却不能解决。

4、采用TSR或MCR装置时，可通过控制装置的感性无功功率输出，主要是针对供电网中存在线路容性充电电流引起的未端电压升高问题进行治理，利用投切或调节感性无功功率来平衡供电网中充电容性无功功率，降低供电网未端电压，达到稳定电压的目的，功能存在一定的局限性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、稳压效果好以及降低SVG装置容量及损耗的末端电网电压稳定系统，并相应提供一种操作简便、降低SVG装置容量及损耗的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种末端电网电压稳定系统，包括控制单元、SVG支路、多路电抗器支路和用于检测末端电网电压的电压检测件，所述SVG支路和多路电抗器支路相互并联接入至末端电网中，所述SVG支路中设置有SVG装置，所述电抗器支路中设置有电抗器，所述SVG支路和各电抗器支路中均设置有用于检测对应支路电流的电流检测件以及用于控制对应支路通断的开关，所述电压检测件与所述控制单元相连用于将检测的末端电网电压信号发送至控制单元，所述控制单元与所述开关相连、用于根据末端电网电压信号与预设标准电压之间的差值控制各开关的通断以实现对应电抗器支路的投切，所述控制单元与所述SVG装置和各电流检测件相连、用于根据各电流检测件控制所述SVG装置的工作以平衡末端电网电压。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述SVG支路中串联有软充电单元、用于SVG装置启动前的预充电，所述软充电单元并联有短接开关。

所述SVG支路和电抗器支路中均设置有FV避雷器、用于进行过电压保护。

所述SVG支路和多路电抗器支路并联后通过馈线断路器与末端电网相连。

所述电抗器支路的数量为两路。

本发明还公开一种基于如上所述的末端电网电压稳定系统的控制方法，所述电压检测件实时对末端电网的电压进行采集并发送至控制单元，所述控制单元将采集的电压信号与预设标准电压信号进行对比，计算电压差值以及所需要输出的无功容量，所述控制单元根据对比结果控制各电抗器支路的开关，以实现各电抗器支路的投切；各电流检测件检测对应支路的电流并将电流信号发送至控制单元，所述控制单元根据各电流信号控制SVG装置输出感性无功功率或容性无功功率。

作为上述技术方案的进一步改进：

当所述电压检测件采集的电压信号大于预设标准电压时，所述控制单元控制各开关闭合，以使各电抗器支路投入而输出感性无功功率；所述控制单元根据各电流检测件计算各电抗器支路输出的感性无功功率，当各电抗器支路输出的感性无功功率满足所需的无功容量时，所述SVG装置不启动，否则SVG装置启动以补充感性无功功率以使末端电网电压信号稳定至预设标准电压值。

当所述电压检测件采集的电压信号小于预设标准电压时，所述控制单元控制各开关断开以切除各电抗器支路；所述控制单元控制SVG装置启动输出容性无功功率对末端电网电压进行补偿，以使其稳定至预设标准电压值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的末端电网电压稳定系统，采用SVG支路与多路电抗器支路相配合的方式，能够对末端电网电压进行感性或容性无功功率补偿；使用并联电抗器的电感来补偿沿线的分布电容，可达到抑制线路工频过电压升高的目的；SVG装置与电抗器支路相结合，可大大降低SVG装置的整体容量，降低装置运行电流，降低SVG设备损耗。

本发明的末端电网电压稳定系统的控制方法，不仅具有如上稳定系统所具有优点，而且操作简便、稳压效果好，针对电网电压进行动态跟踪补偿，保持供电网未端电压稳定在标准值附近。

附图说明

图1为本发明的电器原理图。

图2为本发明的控制电路原理图。

图3为本发明中SVG装置的电路原理图。

图中标号表示：1、控制单元；2、SVG支路；21、SVG装置；22、连接电抗器；23、电流检测件；24、开关；3、电抗器支路；31、电抗器；4、馈线断路器；5、电压检测件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图3所示，本实施例的末端电网电压稳定系统，包括控制单元1、SVG支路2、多路电抗器支路3和用于检测末端电网电压的电压检测件5，SVG支路2和多路电抗器支路3相互并联接入至末端电网中，SVG支路2中设置有SVG装置21（静止型同步无功补偿装置），电抗器支路3中串联有电抗器31，SVG支路2和各电抗器支路3中均设置有用于检测对应支路电流的电流检测件23（图1中的TA1～TAn）以及用于控制对应支路通断的开关24（QS1、QS11～QSn1），电压检测件5（图2中的PT）与控制单元1相连用于将检测的末端电网电压信号发送至控制单元1，控制单元1与开关24相连、用于根据末端电网电压信号与预设标准电压之间的差值控制各开关24的通断以实现对应电抗器支路3的投切，控制单元1与SVG装置21和各电流检测件23相连、用于根据各电流检测件23控制SVG装置21的工作以平衡末端电网电压，以其稳定在标准电压值。本发明的末端电网电压稳定系统，采用SVG支路2与多路电抗器支路3相配合的方式，能够对末端电网电压进行感性或容性无功功率补偿；使用并联电抗器31的电感来补偿沿线的分布电容，可达到抑制线路工频过电压升高的目的；SVG装置21与电抗器支路3相结合，可大大降低SVG装置21的整体容量，降低装置运行电流，降低SVG设备损耗。

本实施例中，SVG装置21包括SVGF变流器，如图3所示，其单组IGBT模块由桥式逆变器构成电压型逆变单元，成套装置为多组IGBT模块级联，实现无功电流、电压变换，其相当于一个电压和相位大小可控的电压源。链式SVG装置21通过连接电抗器22与电网连接，将直流侧电压变换为交流电压，适当地调节交流侧输出电压的相位和幅值，可使电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功功率补偿。

SVG支路2中串联有软充电单元R、用于SVG装置21启动前的预充电，软充电单元并联有短接开关，用于在正常工作时短接软充电单元R。SVG支路2和电抗器支路3中均设置有FV避雷器（图1中的FV1～FVn）、用于进行过电压保护。SVG支路2和多路电抗器支路3并联后通过馈线断路器4QF与末端电网相连。

本发明还相应公开了一种基于如上所述的末端电网电压稳定系统的控制方法，电压检测件5实时对末端电网的电压进行采集并发送至控制单元1，控制单元1将采集的电压信号与预设标准电压信号进行对比，计算电压差值以及所需要输出的无功容量，控制单元1根据对比结果控制各电抗器支路3的开关24，以实现各电抗器支路3的投切；各电流检测件23检测对应支路的电流并将电流信号发送至控制单元1，控制单元1根据各电流信号控制SVG装置21输出感性无功功率或容性无功功率。

本实施例中，当电压检测件5采集的电压信号大于预设标准电压时，控制单元1控制各开关24闭合，以使各电抗器支路3投入而输出感性无功功率；控制单元1根据各电流检测件23计算各电抗器支路3输出的感性无功功率，当各电抗器支路3输出的感性无功功率满足所需的无功容量时，SVG装置21不启动，否则SVG装置21启动以补充感性无功功率以使末端电网电压信号稳定至预设标准电压值。当电网电压有波动时，SVG装置21实时检测电网电压值，根据电网电压波动动态调节感性无功功率的输出，以保障电网电压稳定在标准值附近。

本实施例中，当电压检测件5采集的电压信号小于预设标准电压时，控制单元1控制各开关24断开以切除各电抗器支路3；控制单元1控制SVG装置21启动输出容性无功功率对末端电网电压进行补偿，以使其稳定至预设标准电压值。当电网电压有波动时，SVG装置21实时检测电网电压值，根据电网电压波动动态调节无功功率的输出，以保障电网电压稳定在标准值附近。

另外，本发明主要由SVG支路2与并联电抗器支路3构成，其保护方案主要为SVG支路2保护与并联电抗器支路3保护，其中SVG支路2主要采用变流器本体保护与回路保护，本体保护主要包括变流器模块故障保护、控制系统故障保护等，回路保护主要包括线路过电压保护、线路过电流保护；并联电抗器支路3保护主要包括过电压保护与过电流保护、三相不平衡、电流差动保护。

（1）当SVG控制系统发生故障跳闸时，并联电抗器31不会马上跳闸，其并联电抗器支路3保护装置会检测供电网未端电压信号，若供电网未端电压信号高于标准电压值时，并联电抗器31不退出，当供电网未端电压信号低于标准电压值时，并联电抗器31退出，并发出SVG装置21故障告警信号；

（2）当并联电抗器31因本体或保护控制回路出现故障跳闸时，SVG装置21不会马上跳闸，其SVG控制系统会检测供电网未端电压信号，当供电网示端电压信号高于标准电压值时，SVG输出感性无功功率稳定未端电压，直至SVG最大输出容量，当供电网示端电压信号低于标准电压值时，SVG输出容性无功功率稳定未端电压，直至SVG最大输出容量。发出并联电抗器31故障告警信号。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。