一种基于融合终端的电容器容量衰减估算方法及装置与流程

1.本发明涉及配电台区无功补偿技术领域，尤其涉及一种电容器容量衰减估算方法及装置。
技术背景
2.电力负荷大多呈感性，需要吸收无功功率，为了就地集中补偿，配电台区一般在低压出线侧安装无功补偿设备，用于降低电能损耗、改善电网电能质量。电容器补偿具有原理简单、使用方便、运行经济、改善效果明显等优势，已经成为配电台区最主要的无功补偿方式。
3.电容器在运行生命周期中存在容量衰减情况，电容器过高的温度会导致电容器的绝缘介质老化，金属化薄膜的使用寿命衰减，电容器容量会衰减。电容器长时间过电压运行、过载运行，就会使电容器内部温度上升，从而导致电容器寿命缩短，同时容量下降。现在很多的低压电容器都是自愈式电容器，然而金属化聚丙烯薄膜电容器自愈后也存在容量衰减。
4.配电台区具有点多面广的特点，对现场大量无功补偿电容器的运行维护带来了压力。现有的无功补偿电容器监测方案大多仅实现了故障发生后的信息通知上报，属于事后处理，此时设备损坏或者停电已经发生。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是估算电容器容量，预警电容器容量衰减，提供了一种基于融合终端监测并估算电容器容量的方法及装置，适用于安装了融合终端和无功补偿电容器的低压配电台区。
6.台区智能融合终端(简称融合终端)是基于“软件定义终端”的理念和开放式平台架构设计，硬件平台化，软件app化；采用边缘计算、容器、物联网、云边协同等关键技术设计的新一代终端产品。融合终端是电力物联网的“边”侧的核心设备，同时具备设备管理、采集通讯、协同计算、智能分析和决策控制的功能，能够以软件定义的方式实现功能灵活扩展，支撑营销、配电及新兴业务。
7.无功补偿是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数、降低变压器及输电线路损耗、提高供电效率、改善供电质量的技术。
8.本发明提供一种基于融合终端的电容器容量衰减估算方法，包括以下步骤：
9.步骤一：持续监测电容器组内电容器开关变位情况，一旦出现电容器动作则进行步骤二；
10.步骤二：获取动作前后电网系统侧无功容量变化δqs，当动作电容器为单相分补型时，δqs＝|qs1-qs2|，其中qs1为动作前的交采对应分相无功功率，qs2为动作后的交采对应分相无功功率；当动作电容器为三相共补型时，δqs＝|qs1
’‑
qs2’|，其中qs1’为动作前的交采总无功功率，qs2’为动作后的交采总无功功率；
11.步骤三：获取电网侧当前电压us,当动作电容器的动作内容为投入且动作电容器为单相分补型时，us＝us2，其中us2为动作后的交采对应分相电压，当动作电容器的动作内容为投入且动作电容器为三相共补型时，us＝us2’，其中us2’为动作后的交采ac线电压us2’，当动作电容器的动作内容为切除且动作电容器为单相分补型时，us＝us1，其中us1为动作前的交采对应分相电压，当动作电容器的动作内容为切除且动作电容器为三相共补型时，us＝us1’，其中us1’为动作前的交采ac线电压us1’；
12.步骤四：获取动作电容器当前等效额定容量q
cn_cale
，公式为，其中u
cn
为动作电容器额定电压，k为电容器组串联电抗率；
13.步骤五：获取动作电容器的容量衰减率δ，公式为其中q
cn
为动作电容器的额定容量。
14.进一步的，还包括步骤六：当某个电容器的容量衰减率δ连续n
set
次大于δ
set
时，发出容量衰减告警信号，其中n
set
为设定的告警判断确认次数，δ
set
为设定的容量衰减率告警阈值。
15.进一步的，还包括冗余核校步骤：对融合终端采集的电容器组的数据及融合终端采集的配电变压器出线侧的数据进行核校，如核校不通过，则发出电容器组采样数据与交采数据不一致告警，同时闭锁其他所有步骤。
16.本发明还提供一种基于融合终端的电容器容量衰减估算装置，包括以下模块：
17.监视模块：用于持续监测电容器组内电容器开关变位情况，一旦出现电容器动作则进行其他模块；
18.电网无功变化监测模块：用于获取动作前后电网系统侧无功容量变化δqs，当动作电容器为单相分补型时，δqs＝|qs1-qs2|，其中qs1为动作前的交采对应分相无功功率，qs2为动作后的交采对应分相无功功率；当动作电容器为三相共补型时，δqs＝|qs1
’‑
qs2’|，其中qs1’为动作前的交采总无功功率，qs2’为动作后的交采总无功功率；
19.电网侧电压获取模块：用于获取电网侧当前电压us,当动作电容器的动作内容为投入且动作电容器为单相分补型时，us＝us2，其中us2为动作后的交采对应分相电压，当动作电容器的动作内容为投入且动作电容器为三相共补型时，us＝us2’，其中us2’为动作后的交采ac线电压us2’，当动作电容器的动作内容为切除且动作电容器为单相分补型时，us＝us1，其中us1为动作前的交采对应分相电压，当动作电容器的动作内容为切除且动作电容器为三相共补型时，us＝us1’，其中us1’为动作前的交采ac线电压us1’；
20.动作电容器当前等效额定容量获取模块：用于获取动作电容器当前等效额定容量q
cn_calc
，公式为其中u
cn
为动作电容器额定电压，k为电容器组串联电抗率；
21.动作电容器的容量衰减率获取模块：用于获取动作电容器的容量衰减率δ，公式为动作电容器的容量衰减率获取模块：用于获取动作电容器的容量衰减率δ，公式为其中q
cn
为动作电容器的额定容量。
22.进一步的，还包括容量衰减率告警模块：用于当某个电容器的容量衰减率δ连续n
set
次大于δ
set
时，发出容量衰减告警信号，其中n
set
为设定的告警判断确认次数，δ
set
为设定
的容量衰减率告警阈值。
23.进一步的，还包括冗余核校模块：用于对融合终端采集的电容器组的数据及融合终端采集的配电变压器出线侧的数据进行核校，如核校不通过，则发出电容器组采样数据与交采数据不一致告警，同时闭锁其他所有模块。
24.本发明基于台区智能融合终端平台提出了一种电容容量衰减的估算方法及装置，可有效预警电容器容量衰减、预估电容器寿命，精益化电容器无功补偿运维。从而减少电容器故障发生机率，提高台区供电可靠性，保障电网安全稳定运行。本发明能有效估算电容器容量，对电容器寿命进行预警，从而减少电容器故障发生机率，提高台区供电可靠性，保障电网安全稳定运行。
附图说明
25.图1为配电台区无功补偿系统组成；
26.图2为融合终端软件app组成；
27.图3为电容器容量衰减计算和告警处理流程。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
29.如图1所示，配电台区无功补偿系统有配电变压器、融合终端和多只电容器组成。融合终端、电容器组通过电力线缆连接到配电变压器低压出线侧。融合终端通过rs485通讯线采集电容器组数据。融合终端通过pt和ct采集配电变压器低压出线侧数据。
30.如图2所示，融合终端里面通过软件实现无功补偿app和交流采集app。其中无功补偿app来循环读取电容器组的电压、电流、功率、频率、功率因素等数据，以及各个电容器的投切状态、故障与告警信号、额定工作电压和额定容量等信息数据。交流采集app循环采集配电变压器出线侧的电压、电流、功率、频率、功率因素等电气量数据。所有app采集的数据都写入融合终端的数据中心里面。
31.下面描述本发明的具体流程。
32.融合终端与电容器组建立通讯并循环采集电容器组的电压、电流、功率、频率、功率因素，以及电容器组中各个电容器的投切状态、故障与告警信号、额定工作电压和额定容量等信息数据。同时，融合终端循环采集配电变压器出线侧的电压、电流、功率、频率、功率因素等电气量数据。
33.对采集的电气量数据进行冗余核校，因为融合终端采集的电容器组的电压、电流、功率、频率、功率因素等数据(与电容器通信采集的数据)，和融合终端采集的配电变压器出线侧的电压、电流、功率、频率、功率因素等电气量数据(交流采样数据，简称交采数据)，理论上应该相等，故可用交流采样数据与电容器通信采集的数据做对比校验。持续对比与电容器通信采集的数据与交流采样数据误差是否在允许误差范围内来判断采样数据有效性，防止因元件故障、接线异常或者参数配置错误等引起的数据计算不一致问题。若误差超出范围则闭锁(禁用)后续的容量估算流程，并且上报主站电容器组采样数据与交采数据不一致告警。
34.当没有电容器组采样数据与交采数据不一致告警时，持续监测电容器组内的电容
器开关变位情况。每当电网根据需求，电容器组内的电容器出现投入或者切除动作时，进行一次电容器容量估算，流程如图3所示。
35.忽略投入或者切除电容器动作短暂过程的台区负荷变化，此时可认为电网系统侧无功容量变化δqs近似为动作电容器实际有效输出无功容量q
co
。即δqs＝q
co
，其中电网系统侧无功容量变化δqs为投入或者切除引起的电网系统无功功率改变量。
36.电容器组串联电抗率为k，则无功补偿回路有q
l
＝k*qc，动作电容器实际有效输出无功容量q
co
等于动作电容器发出的无功容量qc减去对应电抗器吸收的无功容量q
l
。即q
co
＝q
c-q
l
＝(1-k)qc。
37.同时补偿回路的串联电压关系有us＝uc(1-k)，推出其中us为电网侧当前电压，电容器组中各个电容器两端电压相等，等于动作电容器两端当前电压uc，kuc为电容器组中电抗器两端电压。
38.动作电容器实际有效输出无功容量其中q
cn_calc
为动作电容器当前等效额定容量，uc为动作电容器两端当前电压，u
cn
为动作电容器额定电压，us为电网侧当前电压。
39.计算出动作电容器当前等效额定容量
40.最终的动作电容器容量衰减率δ计算方式为将该结果存储记录到数据中心，其中q
cn
为动作电容器的额定容量。
41.电容器容量衰减预警上报逻辑，当某个电容器连续n次的容量衰减率δ计算结果都大于设定的容量衰减率告警阈值δ
set
，且n大于等于n
set
时，产生容量衰减告警信号，并上报主站。其中n
set
为设定的告警判断确认次数。
42.在实际的计算过程中台区无功补偿电容器有单相分补型和三相共补型，单相分补型电容器动作后需要用对应相电压和相无功变化量计算，三相共补型需要用线电压和总的无功变化量计算。具体的，当单相分补型电容器动作后，动作内容为投入时，电网侧当前电压us的取值为动作后的交采对应分相电压us2；动作内容为切除时，电网侧当前电压us的取值为动作前的交采对应分相电压us1。三相共补型电容器动作后，动作内容为投入时，电网侧当前电压us的取值为动作后的交采ac线电压us2’；动作内容为切除时，电网侧当前电压us的取值为动作前的交采ac线电压us1’。当单相分补型电容器动作后，电网系统侧无功容量变化δqs的取值等于动作前的交采对应分相无功功率qs1与动作后的交采对应分相无功功率qs2的差值的绝对值；三相共补型电容器动作后，电网系统侧无功容量变化δqs的取值等于动作前的交采总无功功率qs1’与动作后的交采总无功功率qs2’的差值的绝对值。