一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统及方法与流程

本发明涉及输电系统优化，具体涉及一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统及方法。

背景技术：

1、我国水利资源非常丰富，水利发电装机容量和发电量在电网中的占比也相当高，然而大多数水利发电站的地理位置距离电网比较远，需要建设长距离输电线路将发电站并入电网。当一个地区水利发电站的密度过高时，就会给该地区的电网带来一系列问题。由于水电站送出输电线路长，在不发电的情况下线路轻载运行、线路充电无功功率向系统倒送严重，造成了如下问题：1)大量的轻载长距离输电线路的聚合效应抬高了系统的110kv和220kv的电压，严重影响到区域电网的安全运行；2)由于轻载长距离输电线路呈容性，当该线路的等效电容值较大的时候容易在低次谐波频率附近产生谐振，从而造成电网谐波过电压；3)由于轻载长距离输电线路的末端电压呈“翘尾”状态，水电站侧的电压远高于额定电压，严重威胁到水电站内电气设备的安全运行，降低站内电气设备的寿命；4)水电站停发时站内辅助设备以及生活用电电价需要根据功率做相应的调整，力率调整电费高，导致客户投诉多。

2、通常采用安装感性补偿装置的技术方案来解决长距离输电线路充电无功功率(容性无功功率)的问题。目前有两类感性补偿装置：1)高压电抗器，加装于输电线路出线侧；2)可控高压电抗器(比如高压磁控电抗器)，加装于输电线路出线侧。使用时，这两类装置均长时间处于运行状态，即不论输电线路是否处于轻载状态，装置均连接在系统中承受高电压运行。因此，上述两类装置均存在不足，具体的：1)第一类装置因设备额定电压高导致成本高，因长时间运行导致设备本体损耗高，因无功功率不可调导致补偿精度低；2)第二类装置虽然在一定程度上提高了补偿精度，但其成本较第一类装置更高，设备本体损耗也更高。

技术实现思路

1、本发明主要是为了解决现有的水电站长距离输电线路充电无功功率补偿方案成本高、设备本体损耗高、补偿精度低的问题，提供了一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统及方法，包括低压svg、中压补偿电抗器及其相应的投切开关、控制器、功率计算和通讯单元以及gprs信道。控制器根据输电线路系统侧的有功功率和无功功率，并根据控制策略对安装在水电站侧的中压补偿电抗器进行投切，同时精准控制低压svg输出，使得长距离输电线路系统侧功率因数达到设定值。本发明采用低压svg和中压补偿电抗器作为无功功率补偿装置，并采用了gprs无线通信技术，成本更低，系统更可靠，设备本体损耗更低，补偿精度更高。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统，包括低压svg、中压补偿电抗器及其相应的投切开关、控制器及功率计算和通讯单元，所述功率计算和通讯单元安装在输电线路系统侧；所述低压svg、所述中压补偿电抗器及其相应的投切开关和所述控制器安装在水电站内；所述控制器通过gprs信道接收所述功率计算和通讯单元的有功和无功功率实时值信号；所述控制器通过rs485串口与所述低压svg实现双向通讯；所述控制器通过数字信号通讯接口接收中压补偿电抗器投切开关的位置信号，并向所述中压补偿电抗器投切开关发送分/合闸操作信号。本发明提供了一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统，控制器根据输电线路系统侧的有功功率和无功功率，并根据本发明方法中的控制策略对安装在水电站侧的中压补偿电抗器进行投切，同时精准控制低压svg输出，使得长距离输电线路系统侧功率因数达到设定值。本发明采用低压svg和中压补偿电抗器作为无功功率补偿装置，并采用了gprs无线通信技术，具有如下优点：采用了成本较低的中压和低压设备以及低成本的通信技术，成本更低；采用了中压和低压补偿设备，系统更加可靠；设备仅在输电线路轻载时投入运行，一旦输电线路带载，设备立即退出运行，设备本体损耗更低；中压补偿电抗器粗调并配合低压svg连续精调，补偿精度更高。

4、作为优选，所述中压补偿电抗器及其相应的投切开关连接至水电站内的中压母线上，通常该中压母线的电压为10kv或6kv；所述低压svg连接至水电站站用电的低压母线上，通常该低压母线的电压为400v。

5、作为优选，所述中压补偿电抗器可以采用空芯电抗器或铁芯电抗器，所述中压补偿电抗器的容量根据水电站长距离输电线路的参数和水电站升压主变压器的参数计算确定。具体计算公式为：ωcu2-qo,transformer，公式中的qo,transformer为水电站升压主变压器空载时的无功功率；ω＝100π为电网角频率；c为长距离输电线路的正序电容值，其值近似地等于该长距离输电线路的单位长度正序电容值乘以该长距离输电线路的长度。

6、作为优选，所述低压svg的容量根据所述中压补偿电抗器的容量计算确定，通常为中压补偿电抗器容量的10％-15％。

7、作为优选，所述功率计算和通讯单元由采样和计算模块及第一gprs通讯模块构成，所述采样和计算模块实时采样输电线路系统侧高压母线的三相母线电压值(ua；ub；uc)和输电线路系统侧的三相电流值(ia；ib；ic)，并计算输电线路系统侧的有功功率和无功功率(p；q)；所述第一gprs通讯模块将计算得到的有功功率和无功功率(p；q)发送给所述控制器。

8、作为优选，所述控制器由第二gprs通讯模块、控制策略核心模块、数字信号通讯接口和rs485串口构成，所述控制策略核心模块通过所述第二gprs通讯模块接收输电线路系统侧的有功和无功功率实时值信号；所述控制策略核心模块通过所述数字信号通讯接口接收中压补偿电抗器投切开关的位置信号，并向中压补偿电抗器投切开关发送分/合闸操作信号；所述控制策略核心模块通过所述rs485串口与所述低压svg实现双向通讯。

9、作为优选，所述控制策略核心模块与所述低压svg通讯双方传递的信号包括：低压svg向控制器发送的低压svg运行模式信号、低压svg状态信号和低压svg输出无功功率实时值信号；控制器向低压svg发送的无功功率指令信号。低压svg的输出无功功率由控制器实时调节。

10、一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿方法，适用于上述的一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿系统，包括以下步骤：

11、步骤s1：实时采样输电线路系统侧高压母线的三相母线电压值和输电线路系统侧的三相电流值，并计算输电线路系统侧的有功功率和无功功率；

12、步骤s2：将输电线路系统侧的有功功率和无功功率发送给控制器；

13、步骤s3：控制器根据输电线路系统侧的有功功率和无功功率，并根据控制策略对中压补偿电抗器进行投切，同时精准控制低压svg输出；

14、本发明提供了一种水电站长距离输电线路充电无功功率补偿方法，首先实时采样输电线路系统侧的三相电压值和三相电流值，并计算获得有功功率和无功功率；控制器根据输电线路系统侧的有功功率和无功功率，并根据控制策略对安装在水电站侧的中压补偿电抗器进行投切，同时精准控制低压svg输出，使得长距离输电线路系统侧功率因数达到设定值。本发明采用低压svg和中压补偿电抗器作为无功功率补偿装置，并采用了gprs无线通信技术，成本更低，系统更可靠，设备本体损耗更低，补偿精度更高。

15、作为优选，步骤s3中所述控制策略包括：

16、当控制器检测到水电站处于发电状态时，所述控制器向中压补偿电抗器投切开关发送分闸操作信号立即切除中压补偿电抗器，同时向低压svg发送“就地补偿模式”信号将低压svg切换到“就地补偿模式”，低压svg“就地补偿模式”的目标函数是水电站站用变压器的低压侧总无功功率为零；

17、当控制器检测到水电站处于检修状态时，所述控制器向中压补偿电抗器投切开关发送合闸操作信号立即投入中压补偿电抗器，同时向低压svg发送“输电线路充电无功功率补偿模式”信号将低压svg切换到“输电线路充电无功功率补偿模式”，低压svg“输电线路充电无功功率补偿模式”的目标函数为输电线路系统侧功率因数达到或高于标准要求。

18、作为优选，所述控制器通过实时检测长距离输电线路系统侧的有功功率值实现监测水电站运行状态，具体的：当有功功率值为负值时，判定水电站处于发电状态；当有功功率值为正值时，判定水电站处于检修状态。

19、因此，本发明的优点是：

20、(1)采用了成本较低的中压和低压设备以及低成本的通信技术，成本更低；

21、(2)采用了中压和低压补偿设备，系统更加可靠；

22、(3)设备仅在输电线路轻载时投入运行，一旦输电线路带载，设备立即退出运行，设备本体损耗更低；

23、(4)中压补偿电抗器粗调并配合低压svg连续精调，补偿精度更高。