一种低压配电网中电压质量的控制方法及系统与流程

本公开涉及低压配电网运行控制技术领域，尤其涉及一种低压配电网中电压质量的控制方法及系统。

背景技术：

低压分布式光伏等分布式电源作为一种清洁能源，规模化接入配电网有利于解决环境污染和能源短缺等问题。然而，分布式电源接入低压配电网将会对电压分布产生严重影响，进而影响为低压配电网运行带来了更大的挑战。

基于目前我国低压配电网基本都采用三相四线制配网方式，所提出的运行控制方法主要有传统下垂控制、恒功率控制等方法。其中，pq控制是有功/无功控制策略的简称，通常用于可调度的微电源功率输出控制，使用预先设定的功率参考值作为有功调度和无功补偿值。在pq控制模式中，把分布式电源的有功和无功功率输出作为控制器的给定值。逆变器的功率输出也相应地被设定为常数，这样无论电网中的频率和电压如何变化，控制器都会输出给定的功率值，此时，分布式电源便是电压控制的电流源。而下垂控制是通过调节有功功率/电压无功功率/频率来实现功率的控制。下垂控制类似于大电网中发电机的运行特点，根据输出功率的变化特点来控制电压逆变器的输出使其电压和频率自动跟踪预定的下垂特性。

上述采用pq控制的电源向电网中注入一定的有功功率和无功功率，受系统中负荷变化或其他电源出力变化的影响很小。但是，分布式电源发出的电能不是稳定的，要满足电源向电网注入指定的有功和无功功率，必然会选择电源满足条件的最低值作为参考，进而会造成电源的电能浪费。下垂控制技术的功能是由下垂控制器来实现的，根据实际需要，可以设定不同的下垂系数。下垂控制器由电压下垂控制器和频率下垂控制器组成，实现了分别对电压和频率的控制。但是，在保持下垂系数不变的前提下，下垂控制器可能会出现电网输出电压过度下垂的情况，增加下垂调节导致的电网电压幅值偏高，对电网的电压质量造成影响。

因此，亟需提供一种稳定的低压配电网运行控制方法，以使低压配电网优化运行。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种低压配电网中电压质量的控制方法及系统，以解决现有技术中解决低压配电网电压不平衡、电压过高或过低引起的系统电能质量问题，实现低压配电网稳定运行。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种低压配电网中电压质量的控制方法，该方法包括：

分别获取低压配电网中目标节点的三相电压值和三相电流值；

根据所述三相电压值和三相电流值，计算所述目标节点的三相无功功率；

判断所述目标节点附近是否存在分布式电源；

如果不存在分布式电源，则根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相；

如果存在分布式电源，则判断所述分布式电源所在相线的无功功率值是否高于第一预设功率值；

如果高于第一预设功率值，则切除所述分布式电源；

如果不高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源所在相线与无功功率最低相的功率差值是否高于第二预设功率值；

如果高于第二预设功率值，则将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相；

如果不高于第二预设功率值，根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相。

可选地，根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相，包括：

根据所述三相无功功率判断所述目标节点的功率不平衡度是否大于系统设定值；

如果大于系统设定值，则在所述目标节点附近查找无功电源，并将所述无功电源切换至所述三相无功功率值中无功功率值最高的相。

可选地，根据所述三相无功功率判断所述目标节点的功率不平衡度是否大于系统设定值，包括：

根据所述三相无功功率值，利用公式qsj＝(qi-qj)/qi*100％>q0判断所述目标节点的功率不平衡度是否大于系统设定值；

其中，qsj表示功率不平衡度，qi表示所述三相无功功率值中最高相无功功率值，qj表示所述三相无功功率值中最低相无功功率值，q0表示系统设定值。

可选地，将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相，包括：

在所述目标节点附近查找容量接近δq/2的无功电源；

将所述无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相；

其中，δq＝qi-qj，qi表示所述三相无功功率值中最高相无功功率值，qj表示所述三相无功功率值中最低相无功功率值。

可选地，如果高于第一预设功率值，则切除所述分布式电源，包括：

如果高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源是否存在闭锁；

如果不存在闭锁，则利用快速同步切换开关切除所述分布式电源，并记录所述快速同步切换开关的动作时间。

可选地，如果高于第二预设功率值，则将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相，包括：

如果高于第二预设功率值，则判断所述分布式电源是否存在闭锁；

如果不存在闭锁，则利用快速同步切换开关将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相，并记录所述快速同步切换开关的动作时间。

根据本发明实施例的第二方面，还提供了一种低压配电网中电压调节系统，该系统包括计量自动化装置和电源切换控制装置，其中：

所述计量自动化装置设置在主站，用于采集低压配电网中目标节点的三相电压值和三相电流值；

所述电源切换控制装置，用于根据所述计量自动化装置采集的所述三相电压值和三相电流值执行以下操作步骤：

根据所述三相电压值和三相电流值，计算所述目标节点的三相无功功率；

判断所述目标节点附近是否存在分布式电源；

如果不存在分布式电源，则根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相；

如果存在分布式电源，则判断所述分布式电源所在相线的无功功率值是否高于第一预设功率值；

如果高于第一预设功率值，则切除所述分布式电源；

如果不高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源所在相线与无功功率最低相的功率差值是否高于第二预设功率值；

如果高于第二预设功率值，则将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相；

如果不高于第二预设功率值，根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相。

可选地，所述电源切换控制装置还包括快速同步切换开关，其中，所述快速同步切换开关连接在三相线路与分布式电源之间以及三相线路与无功电源之间。

由以上技术方案可见，本实施例提供的低压配电网中电压质量的控制方法及系统，通过对各节点中三相无功功率的监测并依据预设阈值，当配电网中的节点上出现某一相的无功功率过高、过低或者各相之间出现功率严重不平衡的情况时，通过根据控制逻辑及时对各相线上进行分布式电源与无功电源投切，进而有效解决了低压配电网电压不平衡、电压过高或过低引起的系统电能质量问题，实现了低压配电网优化运行，为配电自动化的推进提供了新的技术支撑。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种低压配电网中电压质量的控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种低压配电网中电压质量控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中解决低压配电网电压不平衡、电压过高或过低引起的系统电能质量问题，本实施例提供了一种低压配电网中电压质量的控制方法及系统，通过对低压配电网中分布式电源和无功电源的投切，使低压配电网运行于经济最优的模式。

基于上述原理，下面将对本实施例提供的方法及系统进行详细介绍。图1为本申请实施例提供的一种低压配电网中电压质量的控制方法的流程示意图。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

s110：分别获取低压配电网中目标节点的三相电压值和三相电流值。

具体的，可以在主站收集目标节点的负荷的三相电压值，用j表示各重要节点，各重要节点的电压值记为uaj、ubj、ucj，电流值记为iaj、ibj、icj。

s120：根据所述三相电压值和三相电流值，计算所述目标节点的三相无功功率。

s130：判断所述目标节点附近是否存在分布式电源。

如果不存在分布式电源，则执行步骤s180，进行功率不平衡度检测；如果存在分布式电源，则执行步骤s140，进行单项无功功率值检测。

s140：如果存在分布式电源，则判断所述分布式电源所在相线的无功功率值是否高于第一预设功率值。

其中，判断公式如下公式(1)所示：

max(qi)>qs1公式(1)

公式中，qi表示目标节点无功功率值，单位：kvar；qs1表示单相无功功率设定阈值，即第一预设功率值，单位：kvar。

如果于第一预设功率值，则执行步骤s150，否则执行步骤s160。

s150：如果高于第一预设功率值，则切除所述分布式电源。

具体的，若单相无功功率出现幅值大于设定功率值的现象，则可以利用快速同步切换开关对分布式电源进行快速切除。

进一步的，为了有效且快速的对分布式电源进行投切，本步骤还可以包括如下步骤：

s151：如果高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源是否存在闭锁；

s152：如果不存在闭锁，则利用快速同步切换开关切除所述分布式电源，并记录所述快速同步切换开关的动作时间。

s160：如果不高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源所在相线与无功功率最低相的功率差值是否高于第二预设功率值。

其中，判断公式如下公式(2)所示：

max(qi-qj)>δqs2公式(2)

式中，qi表示分布式电源所在相无功功率值，单位：kvar；qj表示最低相无功功率值，单位：kvar；δqs2表示无功功率差设定阈值，即第二预设功率值，单位：kvar。

如果是，则执行步骤s170，否则执行步骤s180。

s170：如果高于第二预设功率值，则将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相。

具体的，可以利用快速同步切换开关将分布式电源由高功率相切换到低功率相。

进一步的，为了有效且快速的对分布式电源进行投切，本步骤还可以包括如下步骤：

s171：如果高于第二预设功率值，则判断所述分布式电源是否存在闭锁；

s172：如果不存在闭锁，则利用快速同步切换开关将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相，并记录所述快速同步切换开关的动作时间。

s180：如果不高于第二预设功率值，根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相。

具体的，可以包括如下步骤：

s181：根据所述三相无功功率判断所述目标节点的功率不平衡度是否大于系统设定值。

具体的，可以根据所述三相无功功率值，利用公式qsj＝(qi-qj)/qi*100％>q0判断所述目标节点的功率不平衡度是否大于系统设定值；

其中，qsj表示功率不平衡度，qi表示所述三相无功功率值中最高相无功功率值，qj表示所述三相无功功率值中最低相无功功率值，q0表示系统设定值。

s182：如果大于系统设定值，则在所述目标节点附近查找无功电源，并将所述无功电源切换至所述三相无功功率值中无功功率值最高的相。

在完成上述步骤后，则可以继续寻找配电网中下一个节点，通过投切分布式电源或者无功电源(如电容器组)，以实现电压的平衡，使配电网经济运行。

本实施例提供的通过对各节点中三相无功功率的监测并依据预设阈值，当配电网中的节点上出现某一相的无功功率过高、过低或者各相之间出现无功功率严重不平衡的情况时，通过根据控制逻辑及时对分布式电源与无功电源进行投切，进而有效解决了低压配电网电压不平衡、电压过高或过低引起的系统电能质量问题，实现了低压配电网优化运行，为配电自动化的推进提供了新的技术支撑。

基于上述调节方法，本实施例还提供了一种电压调节系统。图2为本申请实施例提供的一种低压配电网中电压调节系统的结构示意图。如图2所示，该系统主要包括电源切换控制装置210，以及与电源切换控制装置210连接的计量自动化装置220。其中：

电源切换控制装置220可以设置在主站，用于采集低压配电网中目标节点的三相电压值和三相电流值。

计量自动化装置220则用于根据所述计量自动化装置采集的所述三相电压值和三相电流值执行以下操作步骤：

根据所述三相电压值和三相电流值，计算所述目标节点的三相无功功率；

判断所述目标节点附近是否存在分布式电源；

如果不存在分布式电源，则根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相；

如果存在分布式电源，则判断所述分布式电源所在相线的无功功率值是否高于第一预设功率值；

如果高于第一预设功率值，则切除所述分布式电源；

如果不高于第一预设功率值，则判断所述分布式电源所在相线与无功功率最低相的功率差值是否高于第二预设功率值；

如果高于第二预设功率值，则将所述分布式电源切换到所述无功功率最低的相；

如果不高于第二预设功率值，根据所述三相无功功率值检测到无功功率不平衡度大于系统设定值后时，则将无功电源投切到所述目标节点中无功功率值最高的相。

进一步的，所述电源切换控制装置还包括快速同步切换开关和切换开关控制模块，其中，快速同步切换开关连接在三相线路与分布式电源之间以及三相线路与无功电源之间，切换开关控制模块则根据所获取的目标节点的三相无功功率值判断该节点的电压不平衡度，并控制快速同步切换开关进行投切分布式电源或无功电源。

本实施例提供的电压调节系统，基于电源切换控制装置和计量自动化装置，并控制计量自动化装置收集台区各负荷的三相电压和电流，并将获取的电压和电流发送给电源切换控制装置。电源切换控制装置依据设定的节点无功功率不平衡度判断是否需要进行投切分布式电源或无功电源，如果需要进行投切操作，则根据控制逻辑向相应的快速同步切换开关发出指令，快速同步切换开关收到命令后，执行相应的指令，进而可以有效解决低压配电网电压不平衡或电压过高或过低引起的系统电能质量问题，实现了低压配电网优化运行，为配电自动化的推进提供了新的技术支撑。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。