一种用于混合型无功补偿装置的控制方法、装置和设备与流程

本申请属于电力系统供电技术领域，尤其涉及一种用于混合式无功补偿装置的控制方法、装置和设备。

背景技术：

电力系统中阻感性负荷普遍存在，直接导致了系统功率因数偏低，由此将会加大输电线路电压损耗，降低系统输电效率。现有的解决方案使得系统运行在单位功率因素下，可以分为以下三类：

1、无源型无功补偿方案(tsc)：该方法利用电感、电容、投切开关组成支路并联在负荷电压母线下，直接利用电感，电容吸收和发出是我无功功率对负荷无功欠额进行补偿，该方法补偿容量大，耐压高、可靠性高、可动态调节无功输出；但动态调节速度慢，且只能有档投切而无法精确调节无功输出，最终无法实现全补偿。

2、有源型无功补偿方案(svg)：该方法在负荷电压母线上并联电力电子变流装置，通过对网侧负荷电流无功分量的跟踪控制可使系统在单位功率因素下运行，且动态调节速度快；但缺点是控制电路复杂，可靠性低，且容量、耐压、耐流等级受限于开关器件，虽然可以在变流器与电压母线侧匹配上合适的电感电容以降低变流装置电压、容量等级，但整个装置耐流能力依然有限。

3、混合型无功补偿方案(tsc+svg)：该方法在负荷母线上既并联无源型无功补偿装置又并联有源型无功补偿装置，由无源装置实现主体无功欠额补偿，由有源装置实现精细无功欠额补偿，从而使得整个系统运行在单位功率因数条件下，该方法结合了有源与无源补偿装置的优点，因而被广泛应用。

但是随着电力系统的不断发展，对无功补偿设备的要求不再是简单的全补偿即系统工作在单位功率下，而要求无功补偿设备能够精确补偿制定无功功率或使系统工作在指定功率因素条件下，例如在指定可调节无功缺额的无功测试平台上、利用电网允许的0.9-1功率因数范围进行一定的过电压调节从而达到更好的经济性能、补偿设备容量受限或全补偿经济性不高时等等；此外电容投切器负责大功率补偿，响应时间较慢。

因此现有技术存在的缺陷有两点：(1)主要以全补偿为目标，无法精确补偿，或者是只能对系统进行了全补偿；(2)无功功率大幅度增加，电容投切器未达到稳态前由静止无功发生器补偿无功，静止无功发生器会投入全部容量，容易产生过流。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法、装置和设备，通过上位机实现对混合无功补偿设备的精确补偿，上位机能够以输出无功功率或系统运行功率因数，加以电网系统允许的0.9-1功率因数范围条件进行优化算例，从而得到无功补偿设备最优精确补偿无功值或系统最优功率因数运行值。根据得到的混合补偿设备需要补偿的总无功功率的大小，确定投入的电容器组数，根据已知的电容器的容量大小，得到静止无功发生器需要补偿的无功功率大小并对电网进行无功补偿。

本申请第一方面提供了一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，方法包括步骤：

获取补偿装置的负荷母线的三相电压瞬时值、三相电流瞬时值和电网运行频率；

获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果；

根据所述计算结果分别下发控制指令至所述补偿装置的tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机。

优选地，所述补偿装置包括上位机、tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机、tsc控制器、svg控制器和负荷母线；所述上位机分别与所述tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机通讯连接；所述tsc控制器的下位机与所述tsc控制器均与所述复合母线连接；所述svg控制器的下位机与所述svg控制器均与所述复合母线连接。

优选地，

获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果包括：

获取投切电容器的电容值，整合指定无功量，通过优化配置公式进行指定tsc投切电容器的数量和svg输出无功功率计算，获取计算结果；其中，所述运行在指定无功功率补偿模式情况下的优化配置公式具体为：

其中，u为负荷母线单相电压有效值；ω为电网运行频率；c为投切电容器的电容值；q为指定补偿无功功率；n^*为指定tsc投切电容器个数；q^*为无功功率输出量。

优选地，获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果包括：

获取投切电容器的电容值，整合指定系统运行功率，通过优化配置公式在指定功率因数模式下，获取计算结果；其中，所述优化配置公式具体为：

其中，λ为指定功率因数。

优选地，所述根据所述计算结果分别下发控制指令至所述补偿装置的tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机具体包括：

根据所述计算结果下发控制指令至所述补偿装置的tsc控制器的下位机，使得所述下位机根据控制指令控制各相投切开关数量；

根据所述计算结果下发控制指令至所述补偿装置的svg控制器的下位机，使得所述下位机根据控制指令增加功率外环控制。

本申请第二方面提供了一种用于混合式无功补偿装置的控制装置，

包括上位机、tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机、tsc控制器、svg控制器和负荷母线；

所述上位机获取所述负荷母线的三相电压瞬时值、三相电流瞬时值和电网运行频率；

在上位机中输入投切电容器的电容值，根据设定系统运行模式选择系统运行在指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，并获得相应模式的无功功率的计算结果；

根据所述计算结果分别下发控制指令至所述tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机，以使所述tsc控制器的下位机根据控制指令控制所述tsc控制器，和所述svg控制器的下位机根据控制指令控制所述svg控制器。

优选地，所述上位机分别与所述tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机通讯连接；所述tsc控制器的下位机与所述tsc控制器均与所述复合母线连接；所述svg控制器的下位机与所述svg控制器均与所述复合母线连接。

优选地，所述在上位机中输入投切电容器的电容值，根据设定系统运行模式选择系统运行在指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，并获得相应模式的无功功率的计算结果包括：

在所述补偿装置的上位机中输入电容器的电容值，整合指定系统运行功率，通过优化配置公式进行指定系统运行在指定功率因数模式下，获取计算结果；其中，所述优化配置公式具体为：

其中，u为负荷母线单相电压有效值；ω为电网运行频率；c为投切电容器的电容值；q为指定补偿无功功率；n^*为指定tsc投切电容器个数；q^*为无功功率输出量。

本申请第三方面提供一种用于混合式无功补偿装置的控制设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序指令，当所述程序指令被处理器执行时实现第一方面所述的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，方法包括步骤：获取补偿装置的负荷母线的三相电压瞬时值、三相电流瞬时值和电网运行频率；获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果；根据所述计算结果分别下发控制指令至所述补偿装置的tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机。

本申请提供的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，通过上位机实现对混合无功补偿设备的精确补偿，上位机能够以输出无功功率，加以电网系统允许的0.9-1功率因数范围条件进行优化算例，从而得到无功补偿设备最优精确补偿无功值。根据得到的混合补偿设备需要补偿的总无功功率的大小，确定投入的电容器组数，根据已知的电容器的容量大小，得到静止无功发生器需要补偿的无功功率大小并对电网进行无功补偿。

附图说明

图1为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法的流程示意图；

图2为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的结构示意图；

图3为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的上位机的输入界面示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法装置、和设备，通过上位机实现对混合无功补偿设备的精确补偿，上位机能够以输出无功功率或系统运行功率因数，加以电网系统允许的0.9-1功率因数范围条件进行优化算例，从而得到无功补偿设备最优精确补偿无功值或系统最优功率因数运行值。根据得到的混合补偿设备需要补偿的总无功功率的大小，确定投入的电容器组数，根据已知的电容器的容量大小，得到静止无功发生器需要补偿的无功功率大小并对电网进行无功补偿。

混合式补偿：在电力系统无功补偿设备中存在电力式有源无功补偿与开关投切式电感、电容组合的无源无功补偿两种装置。

无功精确补偿：无功补偿设备能发出任意给定无功指定量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1-图3，图1为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法的流程示意图；图2为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的结构示意图；图3为本申请第一实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的上位机的输入界面示意图。

本申请第一方面提供了一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，方法包括步骤：

10，获取负荷母线的三相电网电压和电网电流的瞬时值、负荷有功功率和电网运行频率；

20，获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果；

30，根据计算结果分别下发控制指令至补偿装置的tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机。

需要说明的是，本申请实施例提供的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，主要通过混合式无功补偿装置来实施方法步骤，在现有的混合式补偿装置的基础上，增加上位机，通过在上位机选择指定无功功率和指定功率因数两种补偿方式，从而通过优化算法决定投入的无源电容器个数与有源补偿装置的无功输出量，使得补偿装置能够准确得到上位机设定的无功补偿量下。根据无功补偿量的指令值，确定电容器投切器需要投入的电容器组数，得到静止无功发生器需要投入的无功功率的大小。具体的实施步骤为：tsc控制器的下位机对负荷母线电压与tsc输出电流进行采样以获取负荷母线三相电压瞬时值与tsc输出三相瞬时电流；svg控制器的下位机对负荷母线电压与svg输出电流进行采样以获取负荷母线三相电压瞬时值与svg输出三相电流瞬时值，同时，svg控制器的下位机对负荷电流进行采集以求取负荷所消耗的有功功率p。tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机分别通过光纤通讯将负荷母线三相电压瞬时值和三相电流瞬时值、负荷所消耗的有功功率p和无功功率q、电网运行频率ω上传到主监控上位机，在主监控上位机中输入每组电容器电容值大小c、需整套混合无功补偿设备输出的指定无功量，系统主监控上位机界面需包含要输入的电气量如图3所示。之后便可通过在主监控上位机中进行优化配置公式1(指定输出无功功率)或优化配置公式2(指定功率因数)的计算，将计算结果作为指令控制信号通过光纤通讯分别对tsc的控制器下位机1与svg的控制器下位机2进行下达。该方法与传统式混合无功补偿设备相比，能使混合无功补偿设备受上层主监控上位机的调控而实现精确补偿，利用上层调控中心输出的无功功率补偿值加以电网系统允许的0.9-1功率因数范围条件，可以进行各种优化调控算例，从而使得系统功率分布更为经济合理。提前预判得到静止无功发生器在整个装置达到稳态时的无功功率指令值，防止静止无功发生前因电容投切器响应慢而工作在最大无功补偿状态下，降低了装置过电流情况的发生。

或者是，

tsc控制器的下位机对负荷母线电压与tsc输出电流进行采样以获取负荷母线三相电压的瞬时值与tsc输出三相电流的瞬时值；svg控制器的下位机对负荷母线电压与svg输出电流进行采样以获取负荷母线三相电压瞬时值与svg输三相电流瞬时值，同时，svg控制器的下位机对负荷电流进行采集以求取负荷所消耗的有功功率p。tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机分别通过光纤通讯将负荷母线三相电压瞬时值、负荷所消耗的有功功率p和无功功率、电网运行频率ω上传到主监控上位机，在主监控上位机中输入每组电容器电容值大小c、需整套混合无功补偿设备输出的指定无功量，系统主监控上位机界面需包含要输入的电气量如图3所示。之后便可通过在主监控上位机中进行优化配置公式2(指定系统运行功率因数)的计算，将计算结果作为指令控制信号通过光纤通讯分别对tsc的控制器下位机1与svg的控制器下位机2进行下达。该方法与传统式混合无功补偿设备相比，能使混合无功补偿设备受上层主监控上位机的调控而实现精确补偿，利用上层调控中心输出的无功功率补偿值加以电网系统允许的0.9-1功率因数范围条件，可以进行各种优化调控算例，从而使得系统功率分布更为经济合理。提前预判得到静止无功发生器在整个装置达到稳态时的无功功率指令值，防止静止无功发生前因电容投切器响应慢而工作在最大无功补偿状态下，降低了装置过电流情况的发生。

进一步地，补偿装置包括上位机、tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机、tsc控制器、svg控制器和负荷母线；上位机分别与tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机通讯连接；tsc控制器的下位机与tsc控制器均与复合母线连接；svg控制器的下位机与svg控制器均与复合母线连接。

需要说明的是，如附图2所示，本申请实施例中的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法，主要通过混合式无功补偿装置来实施方法步骤，其中，混合式无功补偿装置的结构包括：上位机、tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机、tsc控制器、svg控制器和负荷母线。上位机分别与tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机通过光纤连接，tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机均与负荷母线连接，tsc控制器的下位机连接并控制tsc控制器，svg控制器的下位机连接并控制svg控制器。图中tsc代表无源的电容器投切无功补偿装置，其各相投切开关数量即投入无功补偿的电容器数量受tsc控制器的下位机控制；svg代表有源的电力电子无功补偿装置，在svg控制器的下位机中增加无功外环(本申请实施例将svg发出的无功功率看作是对tsc无功发生器动作之后的补充。svg控制器的下位机反馈无功能量给率先作用于tsc上，tsc控制器的下位机反馈无功能量是在tsc无功补偿基础上的进一步剩余无功能量的反馈。所以将svg控制器的下位机的能量反馈看作是无功内环，tsc控制器的下位机的能量反馈看作是无功外环。)并指定无功发出量，即可使得svg发出指定的无功功率。上位机通过优化配置公式1(指定输出无功功率)的计算，将计算结果作为指令控制信号通过光纤通讯分别对tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机进行下达。tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机根据接收到的控制信号，即可得到tsc补偿无功功率的大小并对电网进行无功补偿和需要svg增加的功率外环控制。特别地，上位机可以看作是一块主控制arm板，主要的作用是控制tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机进行工作，tsc控制器的下位机指的是控制tsc的硬件控制系统，svg控制器的下位机指的是控制svg的硬件控制系统。

或者是，上位机通过优化配置公式2(指定系统运行功率因数)的计算，将计算结果作为指令控制信号通过光纤通讯分别对tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机进行下达。tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机根据接收到的控制信号，即可得到tsc补偿无功功率的大小并对电网进行无功补偿和需要svg增加的功率外环控制。

进一步地，获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果；

获取投切电容器的电容值，整合指定无功量，通过优化配置公式进行指定输出无功功率计算，获取计算结果；其中，优化配置公式具体为：

其中，u为负荷母线单相电压有效值；ω为电网运行频率；c为投切电容器的电容值；q为指定补偿无功功率；n^*为指定tsc投切电容器个数；q^*为无功功率输出量。

需要说明的是，在通过tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机分别通过光纤通讯将负荷母线三相电压瞬时值、负荷侧三相电流的瞬时值、母线三相电网电流瞬时值上传到上位机中，并在上位机中输入每组电容器的电容值大小c、需要整套混合无功补偿设备输出的指定无功量，并在上位机中通过优化配置公式1(指定无功功率)的计算，获得计算结果，并将计算结果作为控制信号通过光纤通讯分别对tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机进行下达。

进一步地，获取投切电容器的电容值，根据指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，获得相应模式的无功功率的计算结果包括：

获取投切电容器的电容值，整合指定系统运行功率，通过优化配置公式在指定功率因数模式下，获取计算结果；其中，优化配置公式具体为：

其中，λ为指定功率因数。

需要说明的是，在通过tsc控制器的下位机与svg控制器的下位机分别通过光纤通讯将负荷母线三相电压瞬时值、负荷母线所消耗的有功功率p和无功功率q、电网运行频率上传到上位机中，并在上位机中输入每组电容器的电容值大小c、需要整套混合无功补偿设备输出的指定无功量，并在上位机中通过优化配置公式2(指定系统运行功率因数)的计算，获得计算结果，并将计算结果作为控制信号通过光纤通讯分别对tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机进行下达。

进一步地，根据计算结果分别下发控制指令至补偿装置的tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机具体包括：

根据计算结果下发控制指令至补偿装置的tsc控制器的下位机，使得下位机根据控制指令控制各相投切开关数量；

根据计算结果下发控制指令至补偿装置的svg控制器的下位机，使得下位机根据控制指令增加功率外环控制。

需要说明的是，tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机接收到控制指令后，根据接收到的指令中的计算结果，tsc控制器的下位机控制各相投切开关数量，确定电容投切器需要投入的电容器组数，得到静止无功发生器需要投入的无功功率大小。而svg控制器的下位机控制功率外环控制，是对tsc无功发生器动作之后的补充。

本申请第二方面提供了一种用于混合式无功补偿装置的控制装置，

包括上位机、tsc控制器的下位机、svg控制器的下位机、tsc控制器、svg控制器和负荷母线；

上位机获取负荷母线的三相电压瞬时值、三相电流瞬时值和电网运行频率；

在上位机中输入投切电容器的电容值，根据设定系统运行模式选择系统运行在指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，并获得相应模式的无功功率的计算结果；

根据计算结果分别下发控制指令至tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机，以使tsc控制器的下位机根据控制指令控制tsc控制器，和svg控制器的下位机根据控制指令控制svg控制器。

优选地，上位机分别与tsc控制器的下位机和svg控制器的下位机通讯连接；tsc控制器的下位机与tsc控制器均与复合母线连接；svg控制器的下位机与svg控制器均与复合母线连接。

优选地，在上位机中输入投切电容器的电容值，根据设定系统运行模式选择系统运行在指定功率补偿模式或者指定功率因数补偿模式，并获得相应模式的无功功率的计算结果包括：

在补偿装置的上位机中输入电容器的电容值，整合指定系统运行功率，通过优化配置公式进行指定系统运行在指定功率因数模式下，获取计算结果；其中，优化配置公式具体为：

其中，u为负荷母线单相电压有效值；ω为电网运行频率；c为投切电容器的电容值；q为指定补偿无功功率；n^*为指定tsc投切电容器个数；q^*为无功功率输出量。

本申请还提供一种用于混合式无功补偿装置的控制设备，包括处理器和存储器，存储器上存储有计算机程序指令，当程序指令被处理器执行时实现第一实施例的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行第一实施例的一种用于混合式无功补偿装置的控制方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。