无功功率补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种无功功率补偿方法，通过设立三相补偿子单元和分相补偿子单元并将其有机组合，同时配以优选的投切时序和补偿参数组合，可在装置总体投入成本较低、补偿支路比较少的情形下提供较优的多档次补偿选择，实现精细化、高效率的分相补偿，而且，对配电系统的无功功率补偿响应快、平滑度好、补偿效率高；配以适合的采样检测电路时，即可实现高准确度的自动补偿。本发明方法显然有助于提升整个配电系统的功率因数，提高电网的安全、经济、高效运营水平，极适宜在配电网中推广使用。
【专利说明】
无功功率补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无功功率补偿【技术领域】，尤其是涉及一种无功功率补偿方法。
【背景技术】
[0002]在配电网中，电力发电机所发的无功功率和输电线的功率常常不足以满足网中大量的电机、变压器、电抗器、荧光灯等感性负载的无功需求以及系统中无功的损耗，因而往往造成电网功率因数下降、电网系统利用率降低。为了减少有功损失和电压降落、减少电力输送中的损耗，更为了电网的安全、经济、高效地运行，提高电力输送的容量和质量，通常都要进行就近的无功功率补偿或者调节。目前广泛采用通过投切并联电容器(组)的方式进行无功补偿，其原理是先通过监测线路电压与电流，计算功率因数；如果功率因数滞后则投入电容，如果功率因数超前则切除电容。
[0003]从综合系统建设成本、运营管理成本及运行性能的角度考虑，无功功率补偿技术的发展趋势是在兼顾成本的基础上，运行更可靠，无功功率调节更迅速、平滑、准确，补偿更灵活、高效、快速、合理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，即在于提供一种性价比较高的无功功率补偿方法。
[0005]本发明无功功率补偿方法同样是基于现有技术中并联电容器的原理进行补偿，其特别之处在于:
[0006](I)所采用的补偿系统中，包括设有用于对配电系统三相电同时进行无功补偿的三相补偿子单元和用于对配电系统的各相分别进行无功补偿的分相补偿子单元，以及相应的采样检测和控制单元；所述三相补偿子单元和分相补偿子单元分别使用三相电容器和单相电容器进行补偿；所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，所述分相补偿子单元中为配电系统的各相电分别配置有2?4条补偿支路，形成可自由组合的多档补偿；所述三相补偿子单元中最小补偿支路所用三相电容器各相的补偿量配置为所述分相补偿子单元中最大补偿支路的补偿量的0.5?2倍”；
[0007](2)具体包括采用如下方法进行补偿:
[0008]通过采集配电系统各相的负载侧电压、电流信号，获得各相的无功功率值；然后，判断该无功功率值是否在设定的无功功率上下限范围内；
[0009]如某一相或多相的无功功率欠补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以投入相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和X:若该值X大于设定值M且至少仍有一相处于欠补状态，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关投入以增加一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中新增的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内；
[0010]如某一相或多相的无功功率过补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以切除相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和Y:若该值Y小于设定值N且至少仍有一相处于过补状态，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关切除以减少一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中减少的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内；
[0011]如发生某一相过补而另一相欠补、且均超出了设定的范围时，选择过/欠补额较大者优先进行补偿。
[0012]采用如上方法对无功功率进行补偿，配以合适的补偿参数，即能实现针对性极强的、精细化、高精度的分相补偿，同时，优化的三相补偿子单元和分相补偿子单元的补偿时序配置更增强了补偿跟随性及无功功率调节平滑度、提升了补偿效率。本发明方法极有助于提升整个配电系统的功率因数，提高电网的安全、经济、高效运营水平。
[0013]作为对上述无功功率补偿方法的一种优选方式，可在所述分相补偿子单元中为配电系统的各相电分别配置有3条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2、4倍比例进行配置；而在所述三相补偿子单元中设置有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的4倍进行配置。
[0014]作为对上述无功功率补偿方法的另一种优选方式，可在所述分相补偿子单元中为配电系统的各相电分别配置有2条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2倍比例进行配置；而在所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的2倍进行配置。
[0015]上述两种优选实施方式，均有助于在补偿支路设置数量较少的情形下，通过对所有补偿支路的投切合理组合，用较少数量的补偿支路设置即得到较多的无功补偿档位，实现系统投入成本较低情形下的无功补偿能力及效率的最大化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明无功功率补偿方法的一个实施例的补偿系统电路原理示意框图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图及具体实施例对本发明无功功率补偿方法作进一步的说明。
[0018]实施例一、无功功率补偿方法
[0019]本发明无功功率补偿方法同样是基于现有技术中采用并联电容器进行无功补偿的原理进行补偿，其特别之处在于具体是采用如图1所示的补偿系统原理图并包含有如下的补偿方法:
[0020](I)如图1所示，所采用的补偿系统中，包括设有位于图右半部的、用于对配电系统三相电同时进行无功补偿的三相补偿子单元，位于图左半部的、用于对配电系统的各相分别进行无功补偿的分相补偿子单元，以及位于图中部的控制单元(其中包含采样检测电路)；所述三相补偿子单元和分相补偿子单元分别使用三相电容器和单相电容器进行补偿；
[0021]所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路(图1中示出的是采用3条补偿支路的情形)，所述分相补偿子单元中为配电系统的各相电分别配置有2?4条补偿支路(出于图面简洁考虑，图1中仅以A相为例示出了分相补偿子单元的3条补偿支路，B、C相电路同理可推。)，从而形成可自由组合的多档补偿；所述三相补偿子单元中最小补偿支路所用三相电容器各相的补偿量配置为所述分相补偿子单元中最大补偿支路的补偿量的
0.5?2倍；
[0022](2)具体包括采用如下方法进行补偿:
[0023]通过采集配电系统各相的负载侧电压、电流信号，获得各相的无功功率值；然后，判断该无功功率值是否在设定的无功功率上下限范围内；
[0024]如某一相或多相的无功功率欠补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以投入相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和X:若该值X大于设定值M且至少仍有一相处于欠补状态(指仍超出了设定的范围，下同。)，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关投入以增加一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中新增的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内；
[0025]如某一相或多相的无功功率过补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以切除相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和Y:若该值Y小于设定值N且至少仍有一相处于过补状态，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关切除以减少一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中减少的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内；
[0026]如发生某一相过补而另一相欠补、且均超出了设定的范围时，选择过/欠补额较大者优先进行补偿。
[0027]实施例二、无功功率补偿方法
[0028]本实施例无功功率补偿方法的技术方案与实施例一的大致相同，不同之处在于:
[0029]所述分相补偿子单元中:为配电系统的各相电分别配置有3条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2、4倍比例进行配置；
[0030]所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的4倍进行配置，即每条支路所用三相电容器的补偿总容量按单位补偿容量的3X4倍进行配置。
[0031]实施例三、无功功率补偿方法
[0032]本实施例无功功率补偿方法的技术方案与实施例一的大致相同，不同之处在于:
[0033]所述分相补偿子单元中:为配电系统的各相电分别配置有2条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2倍比例进行配置；
[0034]所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的2倍进行配置，即每条支路所用三相电容器的补偿总容量按单位补偿容量的3X2倍进行配置。
[0035]实施例四、无功功率补偿方法
[0036]本实施例无功功率补偿方法的技术方案与实施例一的大致相同，不同之处在于:所述采样检测和控制单元中包括有对各补偿支路的电流采样子单元，以便于准确监控每路电容的实时状况，计算其发出的无功值。
[0037]实施例五、无功功率补偿方法
[0038]本实施例无功功率补偿方法的技术方案与实施例一的大致相同，不同之处在于:所述分相补偿子单元中还配置有对各补偿支路的过流检测单元。
[0039]实施例六、无功功率补偿方法
[0040]本实施例的无功功率补偿方法的技术方案与实施例一的大致相同，不同之处在于具体配置采用了如下参数:
[0041]假设目标补偿精度=I ;在分相补偿子单元中，为配电系统的各相电分别配置有3条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2、4倍比例配置，即A、B、C各相各具有8档补偿量可供选择，每一相的各档补偿量分别为0-7倍的单位补偿容量；而所述三相补偿子单元中包括有3条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的4倍进行配置。
[0042](I)时刻 t0:
[0043]当前分相补偿子单元的各相投入补偿量为:A = 7，B = 7，C = 5，则分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和X = 19 ;
[0044]当前三相补偿子单元已投入一路补偿支路，对应的投入补偿量为3X4，即三相补偿子单元为三相电的每一相投入补偿量均为4 ；
[0045]设置值M =18，N = 4。
[0046]此时，由于三相无功欠补或过补额都未超出设定的上下限范围，则各投切开关不动作。
[0047](2)时刻tl:A相发生无功欠补且欠补额超出设定的上限
[0048]此时，由于X > M，且有一相欠补且超出了设定的范围，则三相补偿子单元再投入一条补偿支路，即本操作为三相电的每一相同时增加投入补偿量4 ；
[0049]以上投入动作完成后，根据检测到的各相的实时无功功率值，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以适应性下调补偿量:如B相过补4，则分相补偿子单元的B相支路投入补偿量由B = 7下调至B = 3 ;如A相过补1，则分相补偿子单元的A相支路投入补偿量由A = 7调整至A = 6 ;如C相过补3，则分相补偿子单元的C相支路投入补偿量由C = 5调整至C = 2，从而使各相的无功功率进入设定的上下限范围内。
[0050](3)时刻 tn:
[0051]假设当前分相补偿子单元的各相投入补偿量为:A = 2，B = 0，C = 1，则分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和Y = 3 ;
[0052]三相补偿子单元已投入两条补偿支路，每条支路的投入补偿量为3X4，即三相补偿子单元为三相电的每一相投入补偿量均为8 ；
[0053]此时，由于三相无功欠补或过补额都未超出设定的上下限范围，则各投切开关不动作。
[0054](4)时刻tn+1:B相发生过补且过补额超出设定的上限
[0055]此时，由于Y < N，且有一相过补且超出了设定的范围，则三相补偿子单元切除一条补偿支路，即本操作为三相电的每一相同时减少补偿量4 ；
[0056]上述切除动作完成后，根据检测到的各相的实时无功功率值，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整:如B相出现欠补1，则分相补偿子单元的B相支路投入补偿量由B = O调整至B = I ;如A相出现欠补1，则分相补偿子单元的A相支路投入补偿量由A = 2调整至A = 3 ;如C相欠补2，则分相补偿子单元的C相支路投入补偿量由C = I调整至C = 3，从而使各相的无功功率进入设定的上下限范围内。
[0057]分析:采用本发明方法对无功功率进行补偿，与现有的单纯采用分相单独补偿或单纯采用三相同时补偿的技术方案相比，由于本发明方法结合有优选的三相补偿子单元和分相补偿子单元参数组合及优化的补偿时序，显然能实现针对性极强的、精细化、高精度的分相补偿，而且，补偿跟随性及无功功率调节平滑度明显更优、补偿效率更高。所属领域技术人员不难看出，在出现三相严重不平衡的情形需要进行无功功率补偿时，本发明方法的上述优点尤显突出。
[0058]以上内容仅是为解释为本发明技术方案所作的例举的本发明的较佳实施方式，不应视为用于限定本发明的实施形式。凡所属领域技术人员能依本发明技术方案作出的等同变化与改进，均应属于本发明技术方案涵盖范围之内。
【权利要求】
1.无功功率补偿方法，是采用并联电容器的方式进行补偿，其特征在于: (1)所采用的补偿系统中，包括设有用于对配电系统三相电同时进行无功补偿的三相补偿子单元和用于对配电系统的各相分别进行无功补偿的分相补偿子单元，以及相应的采样检测和控制单元；所述三相补偿子单元和分相补偿子单元分别使用三相电容器和单相电容器进行补偿；所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，所述分相补偿子单元中为配电系统的各相电分别配置有2?4条补偿支路，形成可自由组合的多档补偿；所述三相补偿子单元中最小补偿支路所用三相电容器各相的补偿量配置为所述分相补偿子单元中最大补偿支路的补偿量的0.5?2倍； (2)具体包括采用如下方法进行补偿: 通过采集配电系统各相的负载侧电压、电流信号，获得各相的无功功率值；然后，判断该无功功率值是否在设定的无功功率上下限范围内； 如某一相或多相的无功功率欠补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以投入相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和X:若该值X大于设定值M且至少仍有一相处于欠补状态，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关投入以增加一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中新增的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内； 如某一相或多相的无功功率过补且超出了设定的范围，则通过控制相应的投切开关对所述分相补偿子单元中的相应相所属若干条补偿支路的投/切状态进行调整以切除相应补偿；然后，获取所述分相补偿子单元中各相已投入补偿量数值之和Y:若该值Y小于设定值N且至少仍有一相处于过补状态，则按循环投切原则控制所述三相补偿子单元所属补偿支路的投切开关切除以减少一档投入补偿量，并根据所述三相补偿子单元中减少的补偿量，再次对所述分相补偿子单元中的各相所属若干条补偿支路的投/切状态进行适应性调整，直至各相的无功功率进入设定的上下限范围内； 如发生某一相过补而另一相欠补、且均超出了设定的范围时，选择过/欠补额较大者优先进行补偿。
2.根据权利要求1所述的无功功率补偿方法，其特征在于: 所述分相补偿子单元中:为配电系统的各相电分别配置有3条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2、4倍比例进行配置； 所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的4倍进行配置。
3.根据权利要求1所述的无功功率补偿方法，其特征在于: 所述分相补偿子单元中:为配电系统的各相电分别配置有2条补偿支路，同时，以目标补偿精度作为单位补偿容量，各支路所用单相电容器的补偿容量分别按单位补偿容量的1、2倍比例进行配置； 所述三相补偿子单元中包括有一条或多条补偿支路，每条支路所用三相电容器的补偿容量折算为每相容量按单位补偿容量的2倍进行配置。
4.根据权利要求1至3之一所述的无功功率补偿方法，其特征在于:所述分相补偿子单元中还配置有对各补偿支路的过流检测单元。
5.根据权利要求1至3之一所述的无功功率补偿方法，其特征在于:所述采样检测单元中包括有对各补偿支路的电流采样子单元。
6.根据权利要求4所述的无功功率补偿方法，其特征在于:所述采样检测单元中包括有对各补偿支路的电流采样子单元。
【文档编号】H02J3/18GK104319787SQ201410536607
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】骆武宁, 龙军, 海涛 申请人:广西诺斯贝电气有限公司