一种台区电能质量综合补偿系统的制作方法

1.本发明涉及配电网电能质量优化控制技术领域，特别涉及一种台区电能质量综合补偿系统。


背景技术：

2.在低压配电系统，从电能的传输环节和电能消耗对象的不同，可以将其分为如下环节：变电站、中压配电线路、工业用户、低压工商业用户、低压居民用电台区及线路构成，由于各环节对电能的使用和需求的不同，出现的各种电能质量问题既存在差异性也存在一致性，不同环节同一电能质量问题产生的原因也存在差异性，采用就地治理的方法本身是没有问题的，但是在配电系统各环节中，各电能质量问题之间存在耦合性和关联性，很难在某一个环节单独解决，或许该处问题解决了，但是造成了其它位置问题的产生甚至加剧，犹如打地鼠一般，故需要系统调控，综合治理才能取得较为理想的结果。在中低压配电网，传统电压无功调控方法，依靠的是变电站、线路、配变电压无功调控设备，通过检测本地电压值、有功功率值、无功功率值、功率因数等，进行本地化的独立控制调节，但往往电能质量问题的成因是多方面、多层级的，需要对中低压配电系统各环节的调控设备的运行状态集中监控，构建两层三级协调控制系统，实现层内协调，层间调度的联合调控系统，不仅实现电能质量问题的优化控制，而且充分挖掘变电站、线路、台区设备的调控裕度，实现了系统的高效互补，提升中低压配电系统的调控潜力。对于配电系统其它常见电能质量问题：谐波以及不平衡等问题；两层三级协调控制系统基于联调原则和联调流程，结合通信技术、自动控制技术、数据采集监测等技术，挖掘其调控潜力从而使中低压配电网电能质量水平处于较好的状态，提升供电质量和供电可靠性，同时降低中低压配电系统的线路网损率。
3.中国专利申请号201210424776.7主要针对的500kv及以上的特高压系统，通过avc的协调控制，实现对电压和无功的调度控制，特高压系统的电能质量问题相对单一，且网架结构规范，通过avc调度控制可以取得较好的效果。中低压系统不仅线路结构复杂，用电负荷种类也更为多样复杂，出现的电能质量问题多样化，治理的技术和装置较多，问题的机理存在差异性，所以该方法仅适合于特高压系统。
4.中国专利申请号201610493294.5提出一种基于无功补偿和谐波滤除和节能计量单元，基本属于本地或者更小区域电网的协调调度系统，而且仅考虑了谐波和无功两种电能质量问题，未针对中低压配电系统的全局调度控制，而且就谐波和无功治理存在多种技术手段，根据不同的应用场合，应该采用不同的解决方案，从系统而言可取的更好的效果和技术经济性。
5.中国专利申请号201910791449.7提出一种配电网电压质量多级协调控制系统，主要针对的是电压的调节，而且覆盖范围是10kv到低压配变之前的配电线路电压质量的协调治理，通过监测电压，调控各种无功补偿电容器，实现对电压的调节。配电线路电压质量不仅跟无功有关还跟其它因素相关，而且从治理方法上来说，不仅仅通过无功治理，需要充分考虑其它电力功能单元，例如avc、有载调压器等。同时对于低压配电网路，电能质量问题更
多，也更为突出，电能质量问题不仅造成电压问题，而且造成线路线损率增大。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明旨在提出一种台区电能质量综合补偿系统，通过对中压配电网到低压配电网的用电负荷端进行合理分级划分，通过采用多级协调控制治理策略，对台区电能质量的综合补偿，提升了系统的稳定性。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.一种台区电能质量综合补偿系统，包括从中压配电网到低压配电网的用电负荷端，所述用电负荷端设为两层三级结构，第一层包括依次划分为三级结构的变电站、中压配电线路、低压台区有载调压，第二层包括依次划分为三级结构的低压台区集中补偿治理、低压线路调节治理、终端负荷端治理，所述两层三级结构均通过配合多级协调控制器执行治理的策略进行相应的控制补偿。
9.进一步的，所述终端负荷端治理包括换相开关、分布式末端补偿设备以及末端电压治理设备，所述低压线路调节治理为有源表箱化电能质量治理单元，所述低压台区集中补偿治理包括有载调压变压器、低压混合式无功补偿器以及有源滤波器apf。
10.进一步的，所述多级协调控制器设定以下执行治理的策略：(1)无论层级，所有系统设备均通过自我检测、自我控制、自我治理进行补偿调节；(2)系统设备在自控运行的基础上接受多级协调控制器的调度控制；(3)系统协调治理以提升系统全线电压质量为设定目标，以系统线损最优为控制手段，从而补偿控制实现消除各层级电能质量水平差异；(4)系统所有层级电压、电能质量指标检测采用并行检测并上报多级协调控制器，协调控制治理由下层级向上层级进行；(5)多级协调控制器优先进行无功、三相不平衡、谐波电能质量问题治理，再基于电压目标进行系统协调优化治理。
11.进一步的，所述多级协调控制器包括以下控制补偿方式：(1)对于负荷端电压敏感用电设备，就地采用电压暂降恢复器dvr对电压暂降进行治理；对于冲击性的具有较大无功冲击的用电负载，采用随器无源无功补偿，该级不接受协调控制，只进行本地的就地治理；(2)在低压线路针对三相不平衡、无功、谐波的电能质量问题，采用换相开关/分布式电能质量综合治理/换相开关 分布式电能质量综合治理，对于居民供电，负荷具有一定的规律性，通过损耗更小的换相开关或者换相开关 分布式电能质量综合治理，在取得较好电能质量治理效果的前提下，系统线损最优；(3)低压配变首端集中综合治理，配置有源电力滤波器apf、静止无功发生器svg、混合式电能质量综合质量装置进行补偿控制。
12.进一步的，所述多级协调控制器根据不同补偿场景策略执行大功率冲击性负荷无功治理、电压多级协调治理以及三相不平衡、无功、谐波三级协调治理。
13.进一步的，所述大功率冲击性负荷无功治理：末端分布式补偿设备的装置只进行本地化的治理，不接受多级协调控制器的调度控制。
14.进一步的，所述电压多级协调治理包括以下步骤：
15.(1)低压线路1～n各有源表箱化电能质量治理单元分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
16.(2)多级协调控制器根据电压数据判断电压数据是否满足？如果满足则跳转至步骤1，否则跳转至步骤3；
17.(3)调控有源表箱化电能质量治理单元无功输出提升电压，综合无功输出容量扣除变压器无功需求后不超过系统需求无功容量的10％；
18.(4)多级协调控制器根据电压数据判断电压数据是否满足？如果满足则跳转至步骤1，否则跳转至步骤5；
19.(5)多级协调控制器调控有载调压变压器，调节电压偏差范围为：使得首端电压不超过合格电压上限，线路电压最低值不低于合格电压的下限值。
20.进一步的，所述三相不平衡、无功、谐波协调控制包括以下步骤：
21.(1)低压线路1～n个有源表箱化电能质量治理单元，分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
22.(2)低压线路1～m个换相开关组三相不平衡调节单元，分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
23.(3)多级协调控制器检测低压台区首端用电数据，并提取出主要的电能质量指标，包括不平衡度、功率因数、谐波，以及电压；
24.(4)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足设定要求，如果满足跳转至步骤1，否则如步骤5所示；
25.(5)根据1～m个换相开关组三相不平衡调理单元，就地进行三相不平衡调节调节；
26.(6)根据1～n个有源表箱化电能质量治理单元，就地进行电能质量优化治理；
27.(7)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足要求，如果满足跳转至步骤1，否则如步骤8所示；
28.(8)将1～n个有源表箱化电能质量治理单元，根据各治理单元输出容量将其分类成满容量输出组以及欠容量输出组，同时基于在低压线路上的安装位置，调控欠容量输出组使其输出增大，且增大的输出是就近治理单元不足的治理容量，基于系统损耗最优的原则，在调整各欠容量输出组时，避免远距离支撑，造成系统线损增大；
29.(9)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足指标，若满足则跳转至步骤1；不满足则跳转至步骤10；
30.(10)启动混合式集中治理装置，进行电能质量指标优化治理。
31.进一步的，所述设定要求为不平衡度≤15％、功率因数＞0.9以及谐波畸变率≤5％。
32.有益效果：本发明从中压配电网到低压配电网的用电负荷端，主要有变电站、配电线路、低压台变、低压负荷及线路，根据不同节点存在的电能质量问题的差异性，根据多级协调控制治理的策略，划分为两层三级结构，具体为：第一层包括变电站、中压配电线路、低压台区有载调压，依次划分为三级结构；第二层为：低压台区集中补偿治理、低压线路调节治理、终端负荷端治理；也同时定义为三级结构；本发明通过采用多级协调控制治理策略，对台区电能质量的综合补偿，提升了系统的稳定性。
附图说明
33.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明实施例所述的台区电能质量综合补偿系统的结构示意图；
35.图2为本发明实施例所述的台区电能质量综合补偿系统的电压多级协调治理的策略流程图；
36.图3为本发明实施例所述的台区电能质量综合补偿系统的三相不平衡、无功、谐波协调控制的策略流程图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
39.实施例1
40.参见图1：一种台区电能质量综合补偿系统，包括从中压配电网到低压配电网的用电负荷端，所述用电负荷端设为两层三级结构，第一层包括依次划分为三级结构的变电站、中压配电线路、低压台区有载调压，第二层包括依次划分为三级结构的低压台区集中补偿治理、低压线路调节治理、终端负荷端治理，所述两层三级结构均通过配合多级协调控制器执行治理的策略进行相应的控制补偿。
41.本实施例从中压配电网到低压配电网的用电负荷端，主要有变电站、配电线路、低压台变、低压负荷及线路，根据不同节点存在的电能质量问题的差异性，根据多级协调控制治理的策略，划分为两层三级结构，具体为：第一层包括变电站、中压配电线路、低压台区有载调压，依次划分为三级结构；第二层为：低压台区集中补偿治理、低压线路调节治理、终端负荷端治理；也同时定义为三级结构；本实施例通过采用多级协调控制治理策略，对台区电能质量的综合补偿，提升了系统的稳定性。
42.需要说明的是，多级协调控制器与各个设备之间采用无线通讯方式进行数据交互通讯，无线通讯可采用无线微功率传输或者4g/5g等通讯方式
43.在一具体的实例中，所述终端负荷端治理包括换相开关、分布式末端补偿设备以及末端电压治理设备，所述低压线路调节治理为有源表箱化电能质量治理单元，所述低压台区集中补偿治理包括有载调压变压器、低压混合式无功补偿器以及有源滤波器apf。
44.在一具体的实例中，所述多级协调控制器设定以下执行治理的策略：(1)无论层级，所有系统设备均通过自我检测、自我控制、自我治理进行补偿调节；(2)系统设备在自控运行的基础上接受多级协调控制器的调度控制；(3)系统协调治理以提升系统全线电压质量为设定目标，以系统线损最优为控制手段，从而补偿控制实现消除各层级电能质量水平差异；(4)系统所有层级电压、电能质量指标检测采用并行检测并上报多级协调控制器，协调控制治理由下层级向上层级进行；(5)多级协调控制器优先进行无功、三相不平衡、谐波电能质量问题治理，再基于电压目标进行系统协调优化治理。
45.需要说明的是，本实施例的中低压配电网各电压等级的合格范围，根据国家《电能质量
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供电电压允许偏差》中规定电压的合格范围如下：10kv电压等级：9.3～10.7kv；380v电压等级：353.4～406.6v；220v电压等级：198～235.4v。
46.在一具体的实例中，所述多级协调控制器包括以下控制补偿方式：(1)对于负荷端电压敏感用电设备就地采用电压暂降恢复器dvr对电压暂降进行治理；对于冲击性的具有较大无功冲击的用电负载，采用随器无源无功补偿，该级不接受协调控制，只进行本地的就
地治理；(2)在低压线路针对三相不平衡、无功、谐波的电能质量问题，采用换相开关/分布式电能质量综合治理/换相开关 分布式电能质量综合治理，对于居民供电，负荷具有一定的规律性，通过损耗更小的换相开关或者换相开关 分布式电能质量综合治理，在取得较好电能质量治理效果的前提下，系统线损最优；(3)低压配变首端集中综合治理，配置有源电力滤波器apf、静止无功发生器svg、混合式电能质量综合质量装置进行补偿控制。
47.本实施例通过多级协调控制器配合系统设备，对各级治理单元进行综合优化控制，提升了系统电压质量。
48.具体的，所述多级协调控制器根据不同补偿场景策略执行大功率冲击性负荷无功治理、电压多级协调治理以及三相不平衡、无功、谐波三级协调治理。
49.在一具体的实例中，所述大功率冲击性负荷无功治理：末端分布式补偿设备的装置只进行本地化的治理，不接受多级协调控制器的调度控制。
50.对于大功率冲击性的负荷，而且这类负荷在启动阶段，该冲击性功率以无功为主，适合做末端分布式补偿设备的无功治理，因此，末端分布式补偿设备的装置只进行本地化的治理，不接受多级协调控制器的调度控制。
51.在一具体的实例中，参见图2：所述电压多级协调治理包括以下步骤：
52.(1)低压线路1～n各有源表箱化电能质量治理单元分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
53.(2)多级协调控制器根据电压数据判断电压数据是否满足？如果满足则跳转至步骤1，否则跳转至步骤3；
54.(3)调控有源表箱化电能质量治理单元无功输出提升电压，综合无功输出容量扣除变压器无功需求后不超过系统需求无功容量的10％；
55.(4)多级协调控制器根据电压数据判断电压数据是否满足？如果满足则跳转至步骤1，否则跳转至步骤5；
56.(5)多级协调控制器调控有载调压变压器，调节电压偏差范围为：使得首端电压不超过合格电压上限，线路电压最低值不低于合格电压的下限值。
57.在一具体的实例中，参见图3：所述三相不平衡、无功、谐波协调控制包括以下步骤：
58.(1)低压线路1～n个有源表箱化电能质量治理单元，分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
59.(2)低压线路1～m个换相开关组三相不平衡调节单元，分别将各单元数据上传至多级协调控制器；
60.(3)多级协调控制器检测低压台区首端用电数据，并提取出主要的电能质量指标，包括不平衡度、功率因数、谐波，以及电压；
61.(4)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足设定要求，如果满足跳转至步骤1，否则如步骤5所示；
62.(5)根据1～m个换相开关组三相不平衡调理单元，就地进行三相不平衡调节调节；
63.(6)根据1～n个有源表箱化电能质量治理单元，就地进行电能质量优化治理；
64.(7)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足要求，如果满足跳转至步骤1，否则如步骤8所示；
65.(8)将1～n个有源表箱化电能质量治理单元，根据各治理单元输出容量将其分类成满容量输出组以及欠容量输出组，同时基于在低压线路上的安装位置，调控欠容量输出组使其输出增大，且增大的输出是就近治理单元不足的治理容量，基于系统损耗最优的原则，在调整各欠容量输出组时，避免远距离支撑，造成系统线损增大；
66.(9)多级协调控制器判断系统侧各电能质量指标是否满足指标，若满足则跳转至步骤1；不满足则跳转至步骤10；
67.(10)启动混合式集中治理装置，进行电能质量指标优化治理。
68.具体的，所述设定要求为不平衡度≤15％、功率因数＞0.9以及谐波畸变率≤5％。
69.需要说明的是，在系统治理容量允许的情况下，尽可能的提高系统功率因数、电压在合格电压范围内。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。