一种配电台区的分级步进无功补偿调控方法及系统与流程

1.本发明属于配电领域，涉及台区无功功率补偿，特别是一种配电台区的分级步进无功补偿调控方法及实现该方法的系统。


背景技术：

2.在电力供电系统中，通常通过无功功率补偿装置来提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的，无功功率补偿装置在电力供电系统中是不可或缺的装置。
3.低压配电台区按“分级补偿，就地平衡”的原则，采用集中和就地补偿相结合的方案。在线路长负荷大的低压线路上安装并联分相自适应电容器进行分散补偿。对容量100kva及以上的10kv配电变压器就地补偿，使配电变压器自身无功损耗得到就地平衡。对10kw以上的电动机年运行数在1000h以上重点进行补偿。低压100kva以上的动力用户安装电容补偿装置。
4.智能电容器集成了现代测控，电力电子，网络通讯，自动化控制，电力电容器等先进技术。改变了传统无功补偿装置落后的控制器技术和落后的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术，改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更加方便，使用寿命更长，可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。
5.智能电容器根据负荷无功功率的大小或功率因数自动投切，动态补偿无功功率，改善电能质量。智能电容器可单台使用、也可多台联机使用。
6.应用中，在jp柜中安装台区级智能电容器，对整个台区进行无功功率进行补偿；在用户侧安装用户级智能电容器，在配电线路的用户侧就地补偿。
7.台区级智能电容器容量比较大，投入或去除有可能发生过补或者欠补的情况。


技术实现要素：

8.本发明提供一种分级步进无功补偿调控方法，在保证用户侧功率因数合格的前提下，调整整个台区的功率因数。
9.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种配电台区的分级步进无功补偿调控方法，包括以下步骤：s0、向用户级智能电容器下发功率因数定值区间的理想值，理想值的上限和下限分别为udownlimit和uuplimit；s1、获取台区总功率因数pf，如果pf小于adownlimit或大于auplimit、且持续时间超过max-t，max-t在15分钟~60分钟之间，执行s2；否则，执行s4；其中，adownlimit、auplimit分别为台区总功率因数定值区间的下限和上限；s2、计算无功功率调节值，确定用户侧智能电容器功率因数，执行s3；
s3、计算用户侧智能电容器功率因数定值区间，下发设置命令；执行s1；s4、执行s1；其中，s2具体为：s2、根据台区总功率因数pf和台区视在功率s，计算台区总功率因数调节至台区定值区间adownlimit
‑‑
auplimit时，无功功率最大调节值qmax和最小调节值qmin， qm为qmax和qmin的平均值，当pf小于adownlimit时，执行s2-1，否则，执行s2-2；s2-1、计算用户侧智能电容器功率因数pf-i，满足以下条件：更改功率因数后的用户侧智能电容器，可投入总的无功功率大于等于qm或大于等于qmin；s2-2、计算用户侧智能电容器功率因数pf-i，满足以下条件：更改功率因数后的用户侧智能电容器，可切除总的无功功率大于等于qm或大于等于qmin。
10.台区级和用户级的智能电容器，根据设定的功率因数定值区间和当前的功率因数，可以自动投入或切除一定数量的电容。本发明利用智能电容器，改变用户级智能电容器的功率因数定值区间，完成台区功率因数的调控。
11.本发明还提出了一种配电台区的分级步进无功补偿调控系统，包括台区智能融合终端、台区级智能电容器、用户级智能电容器，所述台区智能融合终端与台区级智能电容器采用rs485方式通信，与用户级智能电容器采用微功率方式通信，所述台区智能融合终端内置程序模块，实现权利配电台区的分级步进无功补偿调控方法。
12.有益效果：本发明通过调整用户级智能电容器的功率因数定值区间，实现对整个台区的功率因数的分级调控；用户级智能电容器不仅能实现就地补偿，还会根据台区整体情况，作为整体的一部分，保证用户侧功率因数合格的前提下，调整整个台区的功率因数，对整个台区分担补偿功能，同时也解决了台区级智能电容器容量比较大，投入或切除有可能发生过补或者欠补的问题。
附图说明
13.图1为配电台区的分级步进无功补偿调控系统的组成示意图；图中，jp柜为综合配电箱。
具体实施方式
14.一种配电台区的分级步进无功补偿调控方法，包括以下步骤：s0、向用户级智能电容器下发功率因数定值区间的理想值，理想值的上限和下限分别为udownlimit和uuplimit；理想状态下，用户本地的功率因数理想值在udownlimit和uuplimit之间，本实施例中，udownlimit=0.9，uuplimit=0.95，上述理想值根据台区要求进行设定，可通过定值进行修改。
15.s1、获取台区总功率因数pf，如果pf小于adownlimit或大于auplimit、且持续时间超过max-t，执行s2；否则，执行s4。
16.max-t在15分钟~60分钟之间，本实施例中，max-t=30分钟。
17.其中，adownlimit、auplimit分别为台区总功率因数定值区间的下限和上限；本实施例中，adownlimit=0.9，auplimit=0.98，adownlimit、auplimit按台区要求进行设定，可通过定值进行修改。
18.在调整台区级智能电容器后，台区总的功率因数还不在规定的范围内且持续了一段时间，此时需要通过用户侧智能电容器进行调控。
19.s2、计算无功功率调节值，确定用户侧智能电容器功率因数，执行s3。
20.s3、计算用户侧智能电容器功率因数定值区间，下发设置命令；调控完成，继续监视台区功率因数的变化，执行s1。
21.s4、台区功率因数满足要求，继续监视台区功率因数的变化，执行s1。
22.其中，s2具体为：s2、根据台区总功率因数pf和台区视在功率s，计算台区总功率因数调节至台区定值区间adownlimit
‑‑
auplimit时，无功功率最大调节值qmax和最小调节值qmin， qm为qmax和qmin的平均值，当pf小于adownlimit时，执行s2-1，否则，执行s2-2。
23.s2-1、需要投入电容来调控台区的功率因数：计算用户侧智能电容器功率因数pf-i，满足以下条件：更改功率因数后的用户侧智能电容器，可投入总的无功功率大于等于qm或大于等于qmin。
24.s2-2、需要切除电容来调控台区的功率因数：计算用户侧智能电容器功率因数pf-i，满足以下条件：更改功率因数后的用户侧智能电容器，可切除总的无功功率大于等于qm或大于等于qmin。
25.在需要投入无功功率时，可以计算所有用户级智能电容器在满足自身要求的条件下可以投入的无功功率，逐个投入，直至满足投入的无功功率大于等于qm。这种方法会造成各用户间用电质量差异比较大。
26.在需要切除无功功率时，可以计算所有用户级智能电容器在满足自身要求的条件下可以切除的无功功率，逐个切除，直至满足切除的无功功率大于等于qm。这种方法也会造成各用户间用电质量差异比较大。
27.本实施例采用以下方法：需要投入用户侧电容时，s2-1具体为：s2-1-1、获取各用户级智能电容器当前的功率因数pc-i，将满足下列条件的用户级智能电容器生成cin队列：有尚未投入的电容且功率因数pc-i小于udownlimit。
28.该队列中的用户级智能电容器没有投入或只投入了部分电容，还有电容可以投入，并且投入后，不仅可以改善整个台区的功率因数，还可以提高本地的功率因数。
29.对cin队列中的每个用户级智能电容器，计算可投入的无功功率qin-i，qin-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数小于uuplimit的条件下可投入的最大无功功率，即在不超上限的情况下可投入的最大功率；计算投入qin-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；执行s2-1-2。
30.s2-1-2、计算qin=，其中，n为cin队列的长度；如果qin≥qm，执行s2-1-3，否则，执行s2-1-4。
31.s2-1-3、qin≥qm时，用户级智能电容器可以投入总量大于等于需求量，全部投入可能发生过补的情况。
32.找到cin队列中功率因数pf-i最大的用户级智能电容器，计算该用户级智能电容器切除1个电容后可投入的无功功率qin-i和功率因数pf-i，重新计算qin；重复该步骤，直至满足以下条件：qin≥qm且qin与qm的差值最小，返回。
33.该步骤实现在满足台区要求的前提下，减少投入数量，不会过补，同时改善状态最差的用户级智能电容器的功率因数。
34.s2-1-4、qin《qm时，用户级智能电容器可以投入总量小于需求量。首先判断：如果qin≥qmin，即全部投入后，台区的功率因数满足最低要求，结果可以接受，不再做进一步调节，返回；否则，执行s2-1-5。
35.s2-1-5、全部投入不能满足台区功率因数的最低要求，需要在从处于理想状态的用户级智能电容器中投入无功功率。
36.重新生成cin队列：将有尚未投入电容的用户级智能电容器生成cin队列；此队列中，用户级智能电容器都处在理想状态。
37.对cin队列中的每个用户级智能电容器，计算可投入的无功功率qin-i，qin-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数小于uuplimit的条件下可投入的最大无功功率；计算投入qin-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；计算qin= ，其中，n为cin队列的长度；如果qin≥qm，执行s2-1-5-1，否则，执行s2-1-5-2。
38.s2-1-5-1、qin≥qm时，用户级智能电容器可以投入总量大于等于需求量，全部投入可能发生过补的情况。
39.找到cin队列中功率因数pf-i最大的用户级智能电容器，计算该用户级智能电容器切除1个电容后可投入的无功功率qin-i和功率因数pf-i，重新计算qin；重复该步骤，直至满足以下条件：qin≥qm且qin与qm的差值最小；返回。
40.该步骤实现在满足台区要求的前提下，减少投入数量，不会过补，同时改善状态最差的用户级智能电容器功率因数。
41.s2-1-5-2、qin《qm时，用户级智能电容器可以投入总量小于需求量。首先判断：如果qin≥qmin，即全部投入后，台区的功率因数满足最低要求，结果可以接受，不再做进一步调节，返回；否则，执行s2-1-5-3。
42.s2-1-5-3、全部投入不能满足台区功率因数的最低要求，则需要满足最低要求的情况下，降低用户级智能电容器得功率因数指标，重新规划。
43.uup=uuplimit，uup为设定的功率因数；执行s2-1-5-4；s2-1-5-4、uup=uup+0.1；对cin队列中的每个用户级智能电容器，计算可投入的无功功率qin-i，qin-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数小于uup的条件下可投入的最大无功功率；计算投入qin-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；计算qin=，其中，n为cin队列的长度；重复本步骤，直至满足qin≥qmin或uup》uupmax，uupmax为用户级智能电容器的功率因数上限极限值，uupmax=0.98。
44.如果qin≥qmin，返回，否则，告警。
45.该步骤，逐步提高功率因数，一直到用户级智能电容器的功率因数上限极限值uupmax。如果出现qin≥qmin，则所有用户级智能电容器的功率因数在不超过上限极限值时，可以将整个台区的功率因数调节合格，否则，当前配置已经不能满足需求，告警，增加或更改台区配置以满足需求。
46.上述过程是调节所有用户级智能电容器，用户级智能电容器间较为均衡，但调控速度较慢。
47.本实施例提出了一种改进方案，加快调控速度：s2-1-2、将cin队列按照可投入的无功功率从大到小排序，如果能够找到最小的数值n1，满足n1≤n且qin=≥qm，将cin队列长度从n缩减为n1，执行s2-1-3，否则，计算qin=，执行s2-1-4；其中，n为原cin队列的长度。
48.如果cin队列中，调控空间最大的一个或几个用户级智能电容器可以满足台区调控的需求，则只调控上述几个，不考虑其它用户级智能电容器。
49.需要切除用户侧电容时，调控过程与上述相似，只是将投入无功功率更改为切除无功功率，s2-2具体为：s2-2-1、获取各用户级智能电容器当前的功率因数pc-i，将满足下列条件的用户级智能电容器生成cout队列：有尚未切除的电容且功率因数pc-i大于uuplimit。
50.该队列中的用户级智能电容器投入了全部或部分电容，还有电容可以切除，并且切除后，不仅可以改善整个台区的功率因数，还可以改善本地的功率因数。
51.对cout队列中的每个用户级智能电容器，计算可切除的无功功率qout-i，qout-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数大于udownlimit的条件下可切除的最大无功功率，即在不超下限的情况下可切除的最大功率；计算切除qout-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；执行s2-2-2。
52.s2-2-2、计算qout=，其中，n为cout队列的长度；如果qout≥qm，执行s2-2-3，否则，执行s2-2-4。
53.s2-2-3、可以切除量大于等于需求：找到cout队列中功率因数pf-i最小的用户级智能电容器，计算该用户级智能电容器投入1个电容后可投入的无功功率qout-i和功率因数pf-i，重新计算qout；重复该步骤，直至满足以下条件：qout≥qm且qout与qm的差值最小，返回。
54.在满足台区要求的前提下，减少切除数量，不会过切，同时改善状态最差的用户级智能电容器的功率因数。
55.s2-2-4、可以切除量小于需求：如果qout≥qmin，即全部切除后，台区的功率因数满足最低要求，结果可以接受，不再做进一步调节，返回；否则，执行s2-2-5。
56.s2-2-5、全部切除不能满足台区功率因数的最低要求，需要在从处于理想状态的用户级智能电容器中切除无功功率。
57.重新生成cout队列：将有尚未切除电容的用户级智能电容器生成cout队列；此队列中，用户级智能电容器都处在理想状态。
58.对cout队列中的每个用户级智能电容器，计算可切除的无功功率qout-i，qout-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数大于udownlimit的条件下可切除的最大无功功率；计算切除qout-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；计算qout=，其中，n为cout队列的长度；如果qout≥qm，执行s2-2-5-1，否则，执行s2-2-5-2；s2-2-5-1、可以切除量大于等于需求：找到cout队列中功率因数pf-i最小的用户
级智能电容器，计算该用户级智能电容器投入1个电容后可切除的无功功率qout-i和功率因数pf-i，重新计算qout；重复该步骤，直至满足以下条件：qout≥qm且qout与qm的差值最小；返回。
59.该步骤实现在满足台区要求的前提下，减少投入数量，不会过补，同时改善状态最差的用户级智能电容器功率因数。
60.s2-2-5-2、可以切除量小于需求：如果qout≥qmin，即全部切除后，台区的功率因数满足最低要求，结果可以接受，不再做进一步调节，返回；否则，执行s2-2-5-3。
61.s2-2-5-3、udown=udownlimit，udown为设定的功率因数；执行s2-2-5-4；s2-2-5-4、udown= udown-0.1；对cout队列中的每个用户级智能电容器，计算可切除的无功功率qout-i，qout-i为在满足该用户级智能电容器的功率因数大于udown的条件下可切除的最大无功功率；计算切除qout-i后该用户级智能电容器功率因数pf-i；计算qout =，其中，n为cout队列的长度；重复本步骤，直至满足qout≥qmin或udown《udownmin，udownmin为用户级智能电容器的功率因数下限极限值，udownmin=0.8。
62.如果qout≥qmin，返回，否则，告警。
63.该步骤，逐步降低功率因数，一直到用户级智能电容器的功率因数下限极限值udownmin。如果出现qin≥qmin，则所有用户级智能电容器的功率因数在不超过下限极限值时，可以将整个台区的功率因数调节合格，否则，当前配置已经不能满足需求，告警，增加或更改台区配置以满足需求。
64.同样的，上述过程是调节所有用户级智能电容器，用户级智能电容器间较为均衡，但调控速度较慢。
65.本实施例提出了一种改进方案，加快调控速度：s2-2-2、将cout队列按照可切除的无功功率从大到小排序，如果能够找到最小的数值n1，满足n1≤n且qout=≥qm，将cout队列长度从n缩减为n1，执行s2-2-3，否则，计算计算qout=，执行s2-2-4；其中，n为原cout队列的长度。
66.如果cout队列中，调控空间最大的一个或几个用户级智能电容器可以满足台区调控的需求，则只调控上述几个，不考虑其它用户级智能电容器。
67.步骤2确定了需要调控的用户侧智能电容器的调控后的功率因数。为了能够让用户侧智能电容器动作，需要更改功率因数区间内，并且确保当前功率因数不在功率因数区间内。
68.s3中，计算用户侧智能电容器功率因数定值区间具体为：该用户侧智能电容器功率因数定值区间的下限nd为pf-i
–
sectionvalue /2，上限nu为pf-i+sectionvalue/2；如果该用户侧智能电容器当前的功率因数pc-i在nd-nu范围内，执行s3-1，更改该用户侧智能电容器功率因数定值区间；否则，返回。
69.如某一用户侧智能电容器，调节前的功率因数pc-i为0.93，上限为0.95，下限为0.9，分配无功后功率因数pf-i为0.87，则新的功率因数区间为0.85-0.90，pc-i不在（0.85,0.90）范围内。
70.本实施例中，由于功率因数区间保留小数点后两位，调节后的功率因数在新的功率因数区间大致中间位置即可。
71.如果调节前的功率因数pc-i落入新的功率因数区间，如果按照该功率因数区间设置用户侧智能电容器，不会引发动作。
72.本实施例采用以下方式重新计算：s3-1、如果是投入电容，该用户侧智能电容器功率因数定值区间的下限nd为pc-i+stepvalue，上限nu为nd+sectionvalue；如果是切除电容，该用户侧智能电容器功率因数定值区间的上限nu为pc-i
–
stepvalue，下限nd为nu
–
sectionvalue；sectionvalue为区间长度， stepvalue为定值区间的步进长度，本实施例中，sectionvalue=0.5，stepvalue=0.01；执行完后返回。
73.投入电容器：例如用户侧智能电容器，当前的功率因数pc-i为0.81，当前功率因数定值区间为0.80-0.85，分配无功后功率因数pc-i为0.83，计算功率因数定值区间为0.81-0.86，当前的功率因数pc-i为0.81，落入0.81-0.86范围内。
74.重新计算：功率因数定值区间的下限nd=pc-i+stepvalue=0.81+0.01=0.82，上限nu=nd+sectionvalue=0.82+0.05=0.87，功率因数区间为0.82-0.87。该区间不包括0.81。
75.切除电容器：例如用户侧智能电容器，当前的功率因数pc-i为0.93，当前功率因数定值区间为0.90-0.95，分配无功后功率因数pc-i为0.91，计算功率因数定值区间为0.89-0.94，当前的功率因数pc-i为0.93，落入0.89-0.94范围内。
76.重新计算，根据新的功率因数pf-i=0.91，加上步进0.01，新的上限nu=pc-i
–
stepvalue=0.93-0.01=0.92，下限nd=nu
–
sectionvalue=0.92-0.005=0.87，则新的功率因数区间更改为0.87-0.92。该区间不包括0.93。
77.若计算的用户侧智能电容器功率因数定值区间的下限小于udownmin，则将功率因数定值区间设置为udownmin至udownmin+sectionvalue；若计算的用户侧智能电容器功率因数定值区间的上限大于uupmax，则将功率因数定值区间设置为uupmax
–
sectionvalue至uupmax；其中，udownmin为用户级智能电容器的功率因数下限极限值，udownmin=0.8，uupmax为用户级智能电容器的功率因数上限极限值，uupmax=0.98。
78.用户侧智能电容器功率因数定值区间的下限不能低于udownmin，上限不能高于uupmax，最低限度地保证用户侧的用电质量。
79.通过以上设置，需要调控的用户侧智能电容器，当前功率因数不在新的功率因数区间，会引发动作，投入或切除电容。完成动作后，用户侧智能电容器新的功率因数有可能与计算的期望值pc-i不符，但总的趋势是使台区功率因数向理想数值调节。
80.如果同时存在当前功率因数大于理想值上限和当前功率因数小于理想值下限的用户级智能电容器，可以通过两种类型的用户级智能电容器之间互相弥补，实现双方同时提高用电质量。
81.为此，本实施例提出以下方案：在s4中增加以下步骤：s4、如果既有当前功率因数大于理想值上限的用户级智能电容器，又有当前功率因数小于理想值下限的用户级智能电容器，则计算调整两类用户级智能电容器的功率因数落入理想值上限和下限之内需要切除的无功功率总和qe和需要投入的无功功率总和qa，取
数值小的进行切除和投入，确定用户侧智能电容器功率因数，执行s3。
82.如果qe《qa，则切除和投入的无功功率数量均为qe，否则，切除和投入的无功功率数量均为qa。
83.通过上述步骤，消除了当前功率因数大于理想值上限和当前功率因数小于理想值下限两种类型用户级智能电容器其中的一种或两种。
84.用户侧电路距变压器的距离决定了无功功率变化对台区整体的影响，为了减小对不对整个台区的功率因数的影响，投入和切除的动作在邻近的用户级智能电容器完成。
85.在此基础上，如果还有当前功率因数超出理想值上、下限的用户级智能电容器，本实施例提出以下方案，可以在不改变台区总的功率因数的前提下，优化用户侧的功率因数。
86.在s4中增加以下步骤：s4、将用户级智能电容器按照其当前功率因数从小到大排序，生成调整队列ca；如果存在功率因数小于理想值下限的用户级智能电容器，计算将所有用户级智能电容器的功率因数调整至大于理想值下限所需投入的无功功率qau，计算台区的功率因数从当前值调整至auplimit的调节值qaa，取数值小的在用户级智能电容器进行投入，确定用户侧智能电容器功率因数，执行s3。
87.否则，如果存在功率因数大于理想值上限的用户级智能电容器，计算将所有用户级智能电容器的功率因数调整至小于理想值上限所需切除的无功功率qeu，计算台区的功率因数从当前值调整至adownlimit的调节值qea，取数值小的在用户级智能电容器进行去除，确定用户侧智能电容器功率因数，执行s3。
88.本发明还提出了一种配电台区的分级步进无功补偿调控系统的实施例，参看图1，系统包括台区智能融合终端、台区级智能电容器、用户级智能电容器，所述台区智能融合终端与台区级智能电容器采用rs485方式通信，与用户级智能电容器采用微功率方式通信，所述台区智能融合终端内置程序模块，实现上述配电台区的分级步进无功补偿调控方法。