本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种采用无功补偿的配电网能效优化装置及方法。
背景技术
投入无功补偿设备可以在一定程度上有效的控制输入端电压值，并且其拥有设备简单，控制较为简单，现今对于无功补偿设备的研究较为成熟，其本身就具有较为完善的控制与保护功能，设备的智能化程度较高，大大减少了在使用中的维护工作，而且整体装置比较轻，体型较小，便于安装，并且对于安装成本上来说也较小。现在无功补偿已经应用到了多个领域中，其能够有效的降低损耗，使用无功补偿能够较容易的解决就地平衡问题，还具有提高低压电网和用电设备的功率因数，增加设备容量储存，提高设备效率。选用并联电容器方式的无功补偿具有能够有效地避免过补偿的情况出现，对于补偿位置和补偿容量的选择也较为方便的优点。
本发明不但能够解决电压波动产生的影响也可以在一定程度上达到节能减损，提高配电网工作效率的作用。
技术实现要素：
本发明的目的为了提高配电网正常运行并且配电网能够得到高效工作，从而提供一种采用无功补偿的配电网能效优化装置及方法。
为实现上述目的，在一方面，本发明提供了提供一种采用无功补偿的配电网能效优化装置。该装置包括：智能测控单元、控制器、智能开关、保护单元和无功补偿单元，
所述智能测控单元与所述控制器相连，用以在线实时监测配电网节点运行情况，测量得到三相电流以及输出电压，求出功率因数；
所述控制器与所述智能开关相连，用以根据优化算法，对测量得到的数据进行判断分析，从而得到最有利的无功补偿方案，并对智能开关发出动作信号；
所述保护单元与所述控制器相连，用以将检测到情况通过传输通道传输到控制器中，由控制器判断作出决策，发出相应的保护指令；
所述智能开关与所述无功补偿单元相连，用以根据控制器的指令来控制智能开关发生动作，来控制无功补偿单元的投切与否以及相应的投切总量；
所述无功补偿单元，用以实现电能优化。
优选地，所述保护单元包括温度检测模块和断相检测模块。
优选地，所述无功补偿单元包括单相无功补偿装置和三相无功补偿装置，所述单相无功补偿装置用以平衡三相电流和功率因数，所述三相无功补偿装置用以提高功率因数。
进一步优选地，所述单相无功补偿装置的工作包括如下步骤：
(1)根据已有的配电网各节点的负荷数据，判断出每个节点上功率因数较小的节点，并且记录下选中的节点及其功率因数。
(2)检测装置分别实时监测跟踪选中节点的功率因数，需要实时检测到节点的功率因数以及该节点上总体的无用功率损耗，判断三相输出电压是否处于波动状态。
(3)根据检测到的数据传输到控制器中，先判断保护装置是否出现异样，若发生不正常工作，就要先解决问题待正常工作时再进行无功补偿投切动作，若未发生异样情况，先稳定三相电压的基础之上，还要满足功率因数和无用功率的均衡，并且在这之上必须要满足约束条件：
其中，qc为无功补偿设备的投切量，qcmin、qcmax分别为电容器投切量的上限和下限。
目标函数为：
其中，α，β分别为有功功率损失和功率因数的折中系数。
(4)根据上面的算法，要求目标函数达到最小，并且要满足各项约束条件的情况下，分析选择出合适的无功投切方案，这个过程是多次循环过程，结合优化以及进化算法，以其特有的记忆能力和可动态跟踪搜索情况的能力来寻优。并且由控制器发出相对应的信号给智能开关，来控制无功补偿装置的投切动作以及投切量。
进一步优选地，所述单相无功补偿装置的工作包括以下步骤：
(1)根据已有的配电网各节点的三相电流数据，判断出每个节点上三相电流的情况，并且记录下出现有某相电流相较于其他两相较大情况的节点以及该节点的功率因数。
(2)在选中的节点上安装单相无功补偿装置，根据测得的节点三相电流的数据，根据控制中心，进行判断搜索出最优的补偿方式，要求达到三相电流达到均衡的程度，并且在这种情况下判断功率因数是否出现下降的趋势，要是出现下降的趋势就要修改补偿方案，可以安装上三相补偿装置，对该节点进行三相电流补偿的同时，进行三相补偿，不但一致三相不平衡情况同时提高功率因数。
在第二方面，本发明还提供了一种如上述所述的一种采用无功补偿的配电网能效优化装置进行的优化方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过智能测控单元在线实时监测配电网节点运行情况，测量得到三相电流以及输出电压，并求出功率因数；
(2)通过保护单元将检测到情况通过传输通道传输到控制器中；
(3)通过控制器对测量得到的数据进行判断分析，从而得到最有利的无功补偿方案，并对智能开关发出动作信号；以及由控制器根据保护单元检测的情况判断作出决策，发出相应的保护指令；
(4)通过智能开关执行控制器的指令来控制无功补偿装置的投切动作与投切量。
优选地，所述保护单元包括温度检测模块和断相检测模块。
优选地，所述无功补偿单元包括单相无功补偿装置和三相无功补偿装置，所述单相无功补偿装置用以平衡三相电流和功率因数，所述三相无功补偿装置用以提高功率因数。
本发明着重优化配电网系统的功率损耗，自适应自动调节无功补偿装置的投切动作，达到动态优化，用以满足节约能耗，提高使用效率，使得配电网系统正常稳定工作，整体的补偿方式带来的成本较小，比较经济，设备较小并且易于控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种采用无功补偿的配电网能效优化装置结构图；
图2为本发明提供的一种采用无功补偿的配电网能效优化方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。
为了提高配电网正常运行并且配电网能够得到高效工作，本发明引入了无功补偿设备，该设备具有设备小，成本低的优点，通过引入无功补偿设备，控制其对系统的无功补偿量来控制系统输出端的三相电流以及功率因数水平。正常情况下，系统输出的电压是存在波动的，本发明可以通过并联电容器，达到控制输出电压，来达到用户端正常稳定运行的目的。整个配电网运行的功率损耗和功率因数会随着时间发生变化，这就需要实时观测控制，以求达到最好的稳定控制。
投入无功补偿设备可以起到调节电压的作用，并且无功补偿器还可以通过补偿无功功率提高功率因数，补偿程度可以使功率因数接近于1，并且相应的采样与控制都容易实现，易于安装并且投入使用。但是无功补偿设备的投入，会造成输出端电压上升，造成用户端的损耗部分整体随着电压的上升，有功功率部分的损耗也会增加，造成功率的损失，可能引起负荷发热影响设备的正常使用，也影响着设备的使用寿命，对于整个系统都是不利的。综合以上，将功率损耗部分和功率因数考虑进来，着重控制无功补偿装置的投切动作与投切量，来控制输入端电压，来达到这两方面在系统工作运行中达到最优化，并且也在一定程度上抑制电压波动，使得系统能够尽量稳定运行。
由于传输电路上的损耗不均衡以及负荷端的功率存在实时变化不确定性，造成配电网三相电流出现不均衡的情况，某些节点出现该情况较为严重，即出现某一相的电流明显较另外两相差距较大，这时三相不平衡会对整个系统造成极大的影响，包括功率损耗以及设备的运行方面，所以对于这种情况的治理也是很有必要的，引入无功补偿装置进行单相补偿，对于差距较大相进行补偿提高电压，不但对于抑制三相不平衡起到抑制作用也在一定程度上起到提高功率因数的作用，达到双方面的作用。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种采用无功补偿的配电网能效优化装置。如图1所示，该装置包括：智能测控单元、控制器、智能开关、保护单元和无功补偿单元，
智能测控单元与控制器相连，用以在线实时监测配电网节点运行情况，测量得到三相电流以及输出电压，求出功率因数；
控制器与智能开关相连，用以根据优化算法，对测量得到的数据进行判断分析，从而得到最有利的无功补偿方案，并对智能开关发出动作信号；
保护单元与控制器相连，用以将检测到情况通过传输通道传输到控制器中，由控制器判断作出决策，发出相应的保护指令；
智能开关与无功补偿单元相连，用以根据控制器的指令来控制智能开关发生动作，来控制无功补偿单元的投切与否以及相应的投切总量；
无功补偿单元，用以实现电能优化。
其中，本发明实施例中的保护单元包括温度检测模块和断相检测模块。无功补偿单元包括单相无功补偿装置和三相无功补偿装置，所述单相无功补偿装置用以平衡三相电流和功率因数，所述三相无功补偿装置用以提高功率因数。
三相无功补偿装置的工作包括如下步骤：
(1)根据已有的配电网各节点的负荷数据，判断出每个节点上功率因数较小的节点，并且记录下选中的节点及其功率因数。
(2)检测装置分别实时监测跟踪选中节点的功率因数，需要实时检测到节点的功率因数以及该节点上总体的无用功率损耗，判断三相输出电压是否处于波动状态。
(3)根据检测到的数据传输到控制器中，先判断保护装置是否出现异样，若发生不正常工作，就要先解决问题待正常工作时再进行无功补偿投切动作，若未发生异样情况，先稳定三相电压的基础之上，还要满足功率因数和无用功率的均衡，并且在这之上必须要满足约束条件：
其中，qc为无功补偿设备的投切量，qcmin、qcmax分别为电容器投切量的上限和下限。
目标函数为：
其中，α，β分别为有功功率损失和功率因数的折中系数。
(4)根据上面的算法，要求目标函数达到最小，并且要满足各项约束条件的情况下，分析选择出合适的无功投切方案，这个过程是多次循环过程，结合优化以及进化算法，以其特有的记忆能力和可动态跟踪搜索情况的能力来寻优。并且由控制器发出相对应的信号给智能开关，来控制无功补偿装置的投切动作以及投切量。
单相无功补偿装置的工作包括以下步骤：
(1)根据已有的配电网各节点的三相电流数据，判断出每个节点上三相电流的情况，并且记录下出现有某相电流相较于其他两相较大情况的节点以及该节点的功率因数。
(2)在选中的节点上安装单相无功补偿装置，根据测得的节点三相电流的数据，根据控制中心，进行判断搜索出最优的补偿方式，要求达到三相电流达到均衡的程度，并且在这种情况下判断功率因数是否出现下降的趋势，要是出现下降的趋势就要修改补偿方案，可以安装上三相补偿装置，对该节点进行三相电流补偿的同时，进行三相补偿，不但一致三相不平衡情况同时提高功率因数。
以上步骤是实时更新，实时调整的，这就要求设备需要有良好的跟踪监测能力，以及智能控制能力。在满足优化条件的情况下，首先要保证的是配电网能够正常并且稳定的运行工作，各项连接设备也是处于正常状态，在补偿过程中实时监测，避免出现过补偿以及欠补偿的问题发生。
图2为本发明提供的一种采用无功补偿的配电网能效优化方法流程图。
如图2所示，本发明还提供了一种如上述所述的一种采用无功补偿的配电网能效优化装置进行的优化方法，该方法包括以下步骤：
在步骤201中，通过智能测控单元在线实时监测配电网节点运行情况，测量得到三相电流以及输出电压，并求出功率因数。
在步骤202中，通过保护单元将检测到情况通过传输通道传输到控制器中。
在步骤203中，通过控制器对测量得到的数据进行判断分析，从而得到最有利的无功补偿方案，并对智能开关发出动作信号；以及由控制器根据保护单元检测的情况判断作出决策，发出相应的保护指令。
在步骤204中，通过智能开关执行控制器的指令来控制无功补偿装置的投切动作与投切量。
综上，本发明不但考虑到了暂态过程中补偿装置的无功调节特性的和电压支撑的能力，也考虑到了补偿装置的无功补偿带来的提高功率因数的好处以及带来无用功率损耗增加的问题之间的均衡，以及功率因数与三相电流平衡达到的均衡。达到提高配电网系统正常稳定高效的运转，也大量的减小损耗，达到节能减损的作用。整体的补偿方式带来的成本较小，比较经济，设备较小并且易于控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。