本发明属于在线检测与控制技术领域，尤其涉及一种基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法。
背景技术：
在我国的低压10kV配电系统中，通常采用无功补偿的方式来进行末端电压的调节，保证供电电压，同时减小配电变压器的电流输出，以对线路和设备起到一定的保护作用。无功补偿一般使用电力电容器作为无功发生器，产生无功达到无功电源的效果。而且电容的投切一般都是以功率因素为调整目标，在保证输出端电压稳定的前提下，调整电力电容器的运行状态以及投入的数量来对功率因素进行调整，一般情况下1250kVA容量的变压器配置补偿电容的总量为360kvar。但是在配电过程中，并不是所有的电容都同时投入或者切除，而是根据需要来确定具体投切数值，而且单纯根据功率因素来决定电容投切具有反应速度慢，补偿精度低的劣势，因此，提出新型的智能电容投切方法具有十分重要的意义。
传统的电容投切方法采用先检测，然后判断，最后才投切的方式来完成补偿动作，具有反应速度慢、补偿精度低和补偿滞后的缺点。目前电容的投切都而且单一以功率因素为参照，没有考虑到输出负荷的特性和负荷变化率问题，因此属于一种滞后投切的方式。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种根据负荷特性和输出负荷特性及负荷类型有针对性进行电力电容的智能投切的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法，通过硬件完成数据采集，通过系统软件在配电输出负荷特性识别知识库的基础上完成数据分析，给出投切控制指令和代码，通过投切装置完成智能电力电容器的各种投切动作；具体包括以下步骤：
步骤1、采集实际使用过程中的配电变压器低压侧电压电流数据和用户用电负荷类型情况，建立负荷特性数据库；
步骤2、电流互感器和智能采集与检测装置对低压配电母排上的电压、电流信号进行实时的监测与采集存储；
步骤3、当达到存储周期后，将盖有时间戳的数据通过带屏蔽通讯电缆传输到综合监控装置进行分析判断；
步骤4、综合监控装置对数据进行分析，得到功率因素，相角差和配电输出负荷特性曲线；
步骤5、根据预先得到的配电输出负荷特性识别库进行判断，得到控制指令，控制智能电力电容器的预投入、投入、预切除、切除动作。
在上述的基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法中，配电输出负荷特性识别知识库的建立包括以下步骤：
步骤1.1、若功率因素cosφ小于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则当前系统补偿不足，系统的负荷呈现感性，需要对电容进行投入；
步骤1.2、若功率因素cosφ小于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则当前系统补偿不足，系统的负荷呈现容性，需要对电容进行预投入，即投入部分电容；
步骤1.3、若功率因素cosφ大于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则当前系统补偿超过，系统的负荷呈现容性，需要对电容进行切除；
步骤1.4、若功率因素cosφ大于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则当前系统补偿超过，系统的负荷呈现感性，需要对电容进行预切除，即切除部分电容；
步骤1.5、若相位差ωt+Φ等于0且功率因素cosφ大于或小于设定值，则当前系统补偿未达到或超过补偿值，系统的负荷呈现阻性，需要对电容进行部分切除或者投入，使系统的功率因素保持在设定的功率因素值上。
本发明的有益效果为：本发明能实现根据低压配电负荷的特性进行功率的补偿，同时采用预投切技术快速准确的完成智能电容器的投入预切除，缩短投切时间，实现精准补偿，为配电智能无功补偿技术提供有效参考。
附图说明
图1为本发明一个实施例一种基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的综合监控装置计算流程和逻辑分析树；
图3为本发明一个实施例的硬件装置连接图和控制结构图；
其中，1-低压配电母排、2-电流互感器、3-同轴射频电缆、4-低通滤波装置、5-母排接线柱、6-带屏蔽电缆、7-智能采集与检测装置、8-综合监控装置、9-智能电力电容器、10-投切装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例可实现电力变压器低压母排输出端无功补偿的综合监测与智能预投切技术，根据负荷特性和输出负荷特性及负荷类型针对性的进行电力电容的智能投切，且能进行预投入与预切除动作。通过检测得到的电压、电流信号进行功率因素和相位差的计算分析得到投切需要以及负荷类型，同时依据记录的历史数据预测变化规律，提前完成预投切动作，缩短补偿时间，提高补偿效率和精度，为本实施例方法所设计的装置制作成本低但结构和运行性能高，智能程度高，实现了无功功率的及时性和精准性补偿，可节约人力，物力，财力，安装方式简单易行，方法实用性高，可为其他类型的无功补偿电容投切方法和装置提供有效参考。
本实施例通过以下技术方案实现的：用于基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法的装置，如图3所示，包括：在所监控的配电变压器低压侧设置智能采集与检测装置7，每台变压器配用一套智能采集与检测装置与三个高精度电流互感器2和三个低通滤波装置4。智能采集与检测装置7将采集和计算结果数据传输到综合监控装置8：
在配电变压器低压配电母排上设置智能采集与检测装置7(采样率1k/s)、高精度电流互感器2，高精度电流互感器2采用方形卡钳卡于每相低压配电母排1上，高精度电流互感器2通过同轴射频电缆3与智能采集与检测装置7连接，用于采集低压配电母排1上的实时电流值。
通过带屏蔽电缆连接低压配电母排1的母排接线柱5采集母排电压U，传输到智能采集与检测装置7。
智能采集与检测装置7采用固定周期触发方式进行数据计算与存储，并将数据传输到综合监控装置8。
综合监控装置8对接收到的数据进行特征分析与计算，得到功率因素、配电输出特性，根据事先设定的判断条件，发出控制信号给投切装置10。
投切装置10收到综合监控装置8的控制信号，进行智能电力电容器的投入与切除并将投切状态反馈到综合监控装置8。
本实施例装置的工作原理如下：
1)在配电变压器低压配电母排上装设高精度电流互感器及智能采集与检测装置，二者之间采用同轴射频电缆连接，用于采集低压配电母排上的实时电流电压值；2)智能采集与检测装置记录低压配电母排电压、电流值并计算负荷特性、功率因素等值进行存储；3)智能采集与检测装置存储数据达到2周波后，将存储的数据传输到综合监控装置进行分析和输出特性识别；4)综合监控装置根据分析计算的结果输出控制信号到投切装置，控制智能电力电容器的投切，同时对此次采集与控制数据进行压缩存储进数据库。
如图1所示，本实施例一种基于配电输出负荷特征的智能电容预投切方法，通过硬件完成数据采集，通过系统软件在配电输出负荷特性识别知识库的基础上完成数据分析，给出投切控制指令和代码，通过智能投切装置完成电力电容器的各种投切动作；步骤如下：
(1)采集实际使用过程中的配电变压器低压侧电压电流数据和用户用电负荷类型情况，建立负荷特性数据库；
(2)电流互感器和智能采集与检测装置对低压配电母排上的电压、电流信号进行实时的监测与采集存储；
(3)当达到存储周期后，将盖有时间戳的数据通过带屏蔽通讯电缆传输到综合监控装置进行分析判断；
(4)综合监控装置对数据经分析，得到功率因素，相角差和配电输出负荷特性曲线；
(5)根据预先得到的负荷特性识别库进行判断，得到控制指令，控制智能电容器的预投入、投入、预切除、切除的动作。
通过数据采集与据分析方式建立配电输出负荷特性识别知识库：
I.若功率因素小于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则说明当前系统补偿不足，同时系统的负荷呈现感性，需要对电容进行投入。
II.若功率因素小于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则说明当前系统补偿不足，同时系统的负荷呈现容性，需要对电容进行预投入，即只投入部分电容。
III.若功率因素大于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则说明当前系统补偿超过，同时系统的负荷呈现容性，需要对电容进行切除。
IV.若功率因素大于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则说明当前系统补偿超过，同时系统的负荷呈现感性，需要对电容进行预切除，即只切除部分电容。
V.若相位差ωt+Φ等于0且功率因素大于或小于设定值，则说明当前系统补偿未达到或超过补偿值，同时系统的负荷呈现阻性，需要对电容进行部分切除或者投入，使系统的功率因素保持在设定的功率因素值上。
具体实施时，一种基于配电输出负荷特征的的智能电容预投切方法，包括如下步骤：
1、高精度电流互感器采集低压配电母排上的三相电流，通过同轴射频电缆传输到低通滤波装置。
2、低通滤波装置使用固定的积分电路，过滤到三相电流信号当中的高频干扰信号，包括放电脉冲、无线电波、射频通讯信号等。
3、经过低通滤波后的三相电流信号再次通过同轴射频电缆传输到智能采集与检测装置。
4、低压配电母排上的电压信号，采用母排接线柱的连接方式通过带屏蔽电缆传输到智能采集与检测装置。
5、智能采集与检测装置将接收到的电流、电压信号与时间戳一起进行压缩存储。
6、电压电流存储信号达到2周波之后，智能采集与检测装置将压缩存储的信号，通过通讯电缆传输到综合监控装置。
7、综合监控装置对包含时间戳的电压电流信号进行计算与分析。
8、如图2所示，首先根据盖有时间戳的电压和电流信号数据，计算当前低压母排输出负荷上的功率因素以及电压信号与电流信号的相位差ωt+Φ。
9、将计算得到的功率因素与系统预先设定的功率因素值进行比较。
10、将计算得到的相位差与0进行比较。
11、若功率因素小于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则说明当前系统补偿不足，同时系统的负荷呈现感性，需要对电容进行投入。
12、若功率因素小于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则说明当前系统补偿不足，同时系统的负荷呈现容性，需要对电容进行预投入，即只投入部分电容。
13、若功率因素大于设定值且相位差ωt+Φ大于0，则说明当前系统补偿超过，同时系统的负荷呈现容性，需要对电容进行切除。
14、若功率因素大于设定值且相位差ωt+Φ小于0，则说明当前系统补偿超过，同时系统的负荷呈现感性，需要对电容进行预切除，即只切除部分电容。
15、若相位差ωt+Φ等于0且功率因素大于或小于设定值，则说明当前系统补偿未达到或超过补偿值，同时系统的负荷呈现阻性，需要对电容进行部分切除或者投入，使系统的功率因素保持在设定的功率因素值上。
16、综合监控装置根据上述分析得到智能电力电容器的投切动作和数值，将对应指令变成投切开关动作传输到投切装置。
17、投切装置接收到综合监控装置给出的投切信号之后，执行对应的投切命令，对低压配电母排上的无功功率进行调节。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。