技术领域
[0001] 本
发明涉及
电网无功补偿技术领域，具体涉及一种用于变电站的无功补偿复合系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 现代化社会中，电
力已经成为国民生活中不可缺少的因素，与国民经济的发展以及科学技术的进步息息相关，现如今国民生活的各个方面对于
电能质量要求不断提高，越来越多的新工艺被应用于电力系统中。在电力系统中无论是电力运输，还是电力消耗都不可避免地产生电抗。因此电网中，有功流动的同时会产生大量的无功损耗，这对于电力系统的安全是极大的隐患。
[0003] 在变电站中无功补偿是不可或缺的组成部分，目前在变电站所应用的集中式补偿技术几十年未作大的改变，和新形势下的技术要求越来越显落后，这其中也包括用户
变电所的集中补偿也存在相同的技术问题，大多数变电站的补偿装置因为技术的落后而无法正常运行，这主要原因是传统集中式补偿采用投切方式和分组等问题以及自动化程度都已落后，严重影响了电力系统的正常安全稳定运行，因此变电站集中式补偿技术亟待革新，以满足新的用电环境下的无功补偿装置的稳定运行与高效率的设备维护。
发明内容
[0004] 基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种用于变电站的无功补偿复合系统及其控制方法，以解决现有变电站存在的上述问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明的第一方面提供了一种用于变电站的无功补偿复合系统，所述系统包括总控端、第一无功补偿端和第二无功补偿端，所述总控端用于获取变电站的
母线上的无功待补偿量，并根据所述无功待补偿量生成第一控制指令发送至所述第一无功补偿端和/或生成第二控制指令发送至所述第二无功补偿端；
[0007] 所述第一无功补偿端以接入电容的方式对变电站进行无功补偿，包括单元控
制模块和多个无功补偿单元，所述单元
控制模块用于接收所述第一控制指令并根据所述第一控制指令控制所述多个无功补偿单元中的一个或多个接入
电路；
[0008] 所述第二无功补偿端包括SVG无功补偿装置，包括有源电力
滤波器、耦合
变压器、电感和
无源滤波器，所述有源电力滤波器的输出端经所述电感后接在所述耦合变压器的原边，所述耦合变压器的副边与所述无源滤波器
串联后接入电网中。
[0009] 优选地，
[0010] 所述总控端包括：
[0011] 母线
电压采集模块，用于采集变电站的母线电压；
[0012] 母线
电流采集模块，用于采集变电站的母线电流；
[0013]
信号处理模块，用于对所述母线电压采集模块采集的母线电压信号以及所述母线电流采集模块采集的母线电流信号进行处理；
[0014] 主控制模块，用于将所述
信号处理模块的处理结果与存储于其内的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据所述无功待补偿量生成第一控制指令并发送至所述第一无功补偿端和/或生成第二控制指令发送至所述第二无功补偿端。
[0015] 优选地，每个所述无功补偿单元均包括智能
开关，用于控制所述无功补偿单元接入电路或与电路断开，所述单元控制模块用于接收所述第一控制指令并根据所述第一控制指令执行控制所述多个无功补偿单元的智能开关的开闭的动作。
[0016] 优选地，所述多个无功补偿单元中，至少有两个所述无功补偿单元具有不同的补偿量。
[0017] 优选地，在所述电感与所述耦合变压器之间设置有滤波电容。
[0018] 本发明的第二方面提供了一种用于变电站的无功补偿复合控制方法，采用如上所述的无功补偿复合系统，所述控制方法包括：
[0019] S100、获取母线电压采集模块采集的变电站的母线电压，以及母线电流采集模块采集的变电站的母线电流；
[0020] S200、对所述母线电压和母线电流进行处理得到处理结果；
[0021] S300、将所述处理结果与预设的标准值进行比较得到无功待补偿量；
[0022] S400、根据所述无功待补偿量生成第一控制指令和/或第二控制指令；
[0023] S500、将第一控制指令发送至所述第一无功补偿端和/或将第二控制指令发送至所述第二无功补偿端；
[0024] S600、第一无功补偿端根据第一控制指令控制多个无功补偿单元中的一个或多个接入电路和/或第二无功补偿端根据第二控制指令控制进行动态无功补偿，然后返回S100。
[0025] 优选地，S400包括：
[0026] S410、将预设的标准值与所述处理结果做差得到偏差量；
[0027] S420、判断所述偏差量的正负，当所述偏差量为正时，进入S430，当所述偏差量为负时，进入S460；
[0028] S430、将所述无功待补偿量与预设最小补偿量进行比较，判断所述无功待补偿量是否小于所述预设最小补偿量，若是，则进入S440；否则进入S450；
[0029] S440、仅生成所述第二控制指令；
[0030] S450、生成所述第一控制指令或者生成所述第一控制指令和所述第二控制指令；
[0031] S460、仅生成所述第一控制指令，以控制接入电路中的无功补偿单元中的一个或多个与电路断开。
[0032] 优选地，
[0033] S450包括：
[0034] S451、根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元，判断是否存在补偿量与所述无功待补偿量相等的无功补偿单元或无功补偿单元组合，若存在，则进入S452，否则进入S453；
[0035] S452、生成所述第一控制指令，以控制S451中查找到的无功补偿单元或无功补偿单元组合接入电路；
[0036] S453、查找得到补偿量小于所述无功待补偿量且最接近所述无功待补偿量的无功补偿单元或无功补偿单元组合；
[0037] S455、生成所述第一控制指令，以控制S453中查找到的无功补偿单元或无功补偿单元组合接入电路，然后生成所述第二控制指令，以控制所述第二无功补偿端进行微补偿。
[0038] 优选地，S453之后、S455之前执行：S454、将所述无功待补偿量与S453中查找到的无功补偿单元或无功补偿单元组合的补偿量做差得到的差值与所述预设最小补偿量进行比较，若所述差值小于所述预设最小补偿量，则进入S455，否则执行：
[0039] S456、查找得到补偿量大于所述无功待补偿量且最接近所述无功待补偿量的无功补偿单元或无功补偿单元组合；
[0040] S457、生成所述第一控制指令，以控制S456中查找到的无功补偿单元或无功补偿单元组合接入电路。
[0041] 优选地，在S460中，将接入电路的所述无功补偿单元中补偿量最小的无功补偿单元与电路断开。
[0042] 本发明提供的用于变电站的无功补偿复合系统设置有两个无功补偿端，其中的第一无功补偿端设置有多个无功补偿单元，如此，总控端可以根据需要控制各个无功补偿单元接入电路或与电路断开，具有分级较小，安装方便，可利用空间较大，便于管理维护等诸多实用优势特点，而第二无功补偿端可以对无功补偿量进行微调，从而能够保证变电站的母线始终处于最佳运行状态，且能够有效降低成本。
附图说明
[0043] 以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：
[0044] 图1为本发明具体实施方式提供的用于变电站的无功补偿复合系统的系统
框图；
[0045] 图2为本发明具体实施方式提供的无功补偿单元的电路图；
[0046] 图3为本发明具体实施方式提供的SVG无功补偿装置接入电网的电路图；
[0047] 图4为本发明具体实施方式提供的主控制模块生成第二控制指令的过程示意图；
[0048] 图5为本发明具体实施方式提供的用于变电站的无功补偿复合控制方法
流程图。
[0049] 图中：
[0050] 100、总控端；101、母线电压采集模块；102、母线电流采集模块；103、信号处理模块；104、主控制模块；
[0051] 200、第一无功补偿端；201、无功补偿单元；202、单元控制模块；
[0052] 300、第二无功补偿端；301、有源电力滤波器；302、耦合变压器；303、电感；304、无源滤波器；305、滤波电容。
具体实施方式
[0053] 以下基于
实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
[0054] 此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0055] 除非上下文明确要求，否则整个
说明书和
权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0056] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0057] 变电站在电网系统上的补偿主要作用在于补偿来自供电区的
无功功率的损耗，提高母线电压，使系统电压保持一个相对稳定的区间内；这也是供电体系电能质量的重要保障环节，但用户侧负荷是不断变化的，因此所需要的无功缺口也不一样，那么无功补偿就需要做出相应的动作，用比较合理的补偿容量来应对，并且需要快速反应；这对于目前正在运行变电站补偿设备显然是不可能的，第一是开关投切次数的限制，变电站集中补偿不可能频繁投切，也就无法进行设备容量的实时调整，第二是分组容量极差较大，经常出现补偿设备不投满足不了系统对无功的需要，可投上一组就可能过补，导致系统电压过高而可能烧损设备，甚至可能出现更严重的变电站停电事故。
[0058] 针对上述问题，本
申请提供了一种用于变电站的无功补偿复合系统，如图1所示，该系统包括总控端100和第一无功补偿端200，总控端100用于获取变电站的母线上的无功待补偿量，并根据无功待补偿量生成第一控制指令发送至第一无功补偿端200，第一无功补偿端200以接入电容的方式对变电站进行无功补偿，其包括单元控制模块202和多个无功补偿单元201，单元控制模块202用于接收总控端100发出的第一控制指令并根据所述第一控制指令控制所述多个无功补偿单元201中的一个或多个接入电路。如此，总控端100可以根据需要控制各个无功补偿单元201接入电路或与电路断开，具有分级较小，安装方便，可利用空间较大，便于管理维护等诸多实用优势特点。在一个具体的实施例中，如图2所示，无功补偿单元201内置2个回路，其中一次回路依次包括电抗器、智能开关、电流互感器、并联电容，二次回路包括检测CT行程开关和投切线圈等，其中一次回路工作原理是：无功补偿端200通电后电流首先通过电抗器进行涌流和谐波的抑制，目的是保护涌流作用下造成的装置烧损，防止电容过压运行；在智能开关联动装有状态
采样触点开关以获取开关状态，可默认常闭，开关合闸后，触点常开；在智能开关引入电容前装有取样电流CT，获取该项的电流信号，以便于监控电容运行状态；其中，
端子定义：HZ+和HZ-为控制开关回路；ZT和COM为开关状态；Ia、Ib、Ic和In为三相电容和单相运行电流。
[0059] 由于每个无功补偿单元201的补偿量是一定的，因此，无论无功补偿单元201如何选取，均无法完全精准满足无功待补偿量，即，只有在某些巧合的情况下才能与无功待补偿量相等，而大部分情况无法与无功待补偿量完全相等，基于此，本申请还包括第二无功补偿端300，第二无功补偿端300包括SVG无功补偿装置，如图3所示，SVG无功补偿装置包括有源电力滤波器301、耦合变压器302、电感303和无源滤波器304，所述有源电力滤波器301的输出端经所述电感303后接在所述耦合变压器302的原边，所述耦合变压器302的副边与所述无源滤波器304串联后接入电网中，总控端100还能够根据无功待补偿量生成第二控制指令发送至第二无功补偿端300以控制SVG无功补偿装置进行无级无功补偿，如此，配合第一无功补偿端200能够保证变电站的母线始终处于最佳运行状态。具体地，参考图4所示，总控端100的主控制模块104将母线电流信号和母线电压信号做ip-iq运算，然后进行低通滤波、谐波电流检测之后生成PWM
控制信号即第二控制指令。
[0060] 另外，本申请的SVG无功补偿装置与传统的并联混合型滤波器不同，这里的有源电力滤波器301通过耦合变压器302与一个小电感303并联后再与无源滤波器304串联，然后并入电网。设置无源滤波器304调谐在主要谐波次数，用于消除主要次数谐波和无功功率补偿。与传统并联混合型滤波器中有源部分被控制输出为谐波电压不同，这里控制有源电力滤波器301输出一定的谐波电流分量来达到抑制可能存在的谐振以及改善滤波器效果。从图3可以看到，由于耦合变压器302并联了附加小电感303的缘故，因此有源电力滤波器301部分承受的电压很小，而且由于只流过谐波电流，因此有源电力滤波器301的容量很小。而当有源电力滤波器301由于发生过载或者运行故障等情况退出运行时，无源滤波器304依然可以通过附加的并联小电感303一起起到无功补偿和谐波补偿的作用，此时系统依然能够正常运行，因此这样的结构具有一定的灵活性。
[0061] SVG无功补偿装置通常是应用在
铁路等需要的补偿量较小的场合，由于其造价较高，要获得很大的补偿量则价格会非常昂贵，因此目前SVG无功补偿装置尚未应用于电网的无功补偿。而本申请将SVG无功补偿装置与第一无功补偿端200这种多级补偿装置相结合，例如先利用第一无功补偿端200进行大补偿量的补偿，再用第二无功补偿量300进行微调，这样既能够保证变电站的母线始终处于最佳运行状态，又能够节约成本。
[0062] 具体地，如图1所示，总控端100包括：
[0063] 母线电压采集模块101，用于采集变电站的母线电压；
[0064] 母线电流采集模块102，用于采集变电站的母线电流；
[0065] 信号处理模块103，用于对母线电压采集模块101采集的母线电压信号以及母线电流采集模块102采集的母线电流信号进行处理；
[0066] 主控制模块104，用于将信号处理模块103的处理结果与存储于其内的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据无功待补偿量生成第一控制指令并发送至所述第一无功补偿端200和/或生成第二控制指令发送至所述第二无功补偿端300。
[0067] 每个无功补偿单元201均包括智能开关，用于控制无功补偿单元201接入电路或与电路断开，单元控制模块202用于接收第一控制指令并根据第一控制指令执行控制多个无功补偿单元201的智能开关的开闭的动作，并将指令执行完毕的信号反馈至主控制模块104。
[0068] 由于每个无功补偿单元201均包括智能开关，能够满足频繁投切需要，这就给变电站的电压质量精细化管理提供了技术保障。
[0069] 多个无功补偿单元201的补偿量可以相等，如此可以使得各个无功补偿单元201之间可以互换使用，且能够简化控制过程。但是，在实际进行补偿的过程中，需要的补偿量是实时变化的，将多个无功补偿单元201的补偿量全部设置为相等得到的补偿量组合方式较少，难以满足实时变化的补偿要求，因此，优选地，在多个无功补偿单元201中，至少有两个无功补偿单元201具有不同的补偿量，例如，多个无功补偿单元201的补偿量均不相同。
[0070] 由于SVG无功补偿装置在实际工作中自身会产生谐波，为了保证其工作的可靠性，优选地，如图3所示，在所述电感与所述耦合变压器之间设置有滤波电容305，以用于对其本身工作过程中产生的谐波进行滤除。
[0071] 进一步地，本申请还提供了一种用于变电站的无功补偿复合控制方法，采用上述的无功补偿复合系统，如图5所示，该控制方法包括：
[0072] S100、获取母线电压采集模块101采集的变电站的母线电压，以及母线电流采集模块102采集的变电站的母线电流；
[0073] S200、对所述母线电压和母线电流进行处理得到处理结果；
[0074] S300、将所述处理结果与预设的标准值进行比较得到无功待补偿量；
[0075] S400、根据所述无功待补偿量生成第一控制指令和/或第二控制指令；
[0076] S500、将第一控制指令发送至所述第一无功补偿端200和/或将第二控制指令发送至所述第二无功补偿端300；
[0077] S600、第一无功补偿端200根据第一控制指令控制多个无功补偿单元201中的一个或多个接入电路和/或第二无功补偿端300根据第二控制指令控制进行动态无功补偿，然后返回S100。
[0078] 其中，S100中的母线电压、母线电流的获取过程，S200中的对母线电压、母线电流处理得到处理结果的过程均与
现有技术相同，在此不再赘述，现有技术中，在得到处理结果后，与标准值进行比较判断是否需要进行无功补偿，若是，则直接将无功补偿装置接入电路以进行补偿，这种方式可能会造成补偿量过大而对电网造成冲击，针对这一问题，本申请中在第一无功补偿端200设置了多个无功补偿单元201，将处理结果与预设的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据无功待补偿量的大小来生成不同的无功补偿策略，通过控制各个无功补偿单元201的智能开关的开闭来获得更加接近于无功待补偿量的实际无功补偿量，一方面可以不断的根据实际情况来对投切控制进行调整，实现闭环控制，使得无功补偿更加精准，保证电网的电压
稳定性，另一方面也能够有效避免因一次补偿量过大对电网造成的冲击，从而进一步提高电网的运行可靠性，再配合第二无功补偿端300的微调，使得变电站的母线始终处于最佳运行状态。
[0079] 进一步优选地，S400包括：
[0080] S410、将预设的标准值与所述处理结果做差得到偏差量；
[0081] S420、判断所述偏差量的正负，当所述偏差量为正时，进入S430，当所述偏差量为负时，进入S460；
[0082] S430、将所述无功待补偿量与预设最小补偿量进行比较，判断所述无功待补偿量是否小于所述预设最小补偿量，若是，则进入S440；否则进入S450；
[0083] S440、仅生成所述第二控制指令；
[0084] S450、生成所述第一控制指令或者生成所述第一控制指令和所述第二控制指令；
[0085] S460、仅生成所述第一控制指令，以控制接入电路中的无功补偿单元201中的一个或多个与电路断开。优选地，将接入电路的所述无功补偿单元201中补偿量最小的无功补偿单元201与电路断开。
[0086] 可以理解的是，此处的偏差量为预设的标准值减去处理结果，可以为正，也可以为负，若偏差量为正，说明预设的标准值大于处理结果，需要进行投操作，若偏差量为负，则说明预设的标准值小于处理结果，需要进行切操作，为了更好的适应电网，本申请对于偏差量为正和偏差量为负采用了不同的控制过程。当偏差量为正时，首先判断仅利用第二无功补偿端300是否可以满足无功补偿需求，若是，则仅生成第二控制指令控制第二无功补偿300端进行补偿，若仅利用第二无功补偿端300不能满足无功补偿需求，则需要配合第一无功补偿端200一起进行无功补偿。
[0087] 例如，在一个实施例中，
[0088] S450包括：
[0089] S451、根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201，判断是否存在补偿量与所述无功待补偿量相等的无功补偿单元201或无功补偿单元组合，若存在，则进入S452，否则进入S453；
[0090] S452、生成所述第一控制指令，以控制S451中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合接入电路；
[0091] S453、查找得到补偿量小于所述无功待补偿量且最接近所述无功待补偿量的无功补偿单元201或无功补偿单元组合；
[0092] S455、生成所述第一控制指令，以控制S453中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合接入电路，然后生成所述第二控制指令，以控制所述第二无功补偿端300进行微补偿。
[0093] 上述控制方法中，若S453查找得到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合的补偿量与无功待补偿量相差较大，此时，利用第二无功补偿端300可能仍然无法完全满足无功补偿需求，基于此，进一步优选地，S450包括：
[0094] S451、根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201，判断是否存在补偿量与所述无功待补偿量相等的无功补偿单元201或无功补偿单元组合，若存在，则进入S452，否则进入S453；
[0095] S452、生成所述第一控制指令，以控制S451中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合接入电路；
[0096] S453、查找得到补偿量小于所述无功待补偿量且最接近所述无功待补偿量的无功补偿单元201或无功补偿单元组合；
[0097] S454、将所述无功待补偿量与S453中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合的补偿量做差得到的差值与所述预设最小补偿量进行比较，若所述差值小于所述预设最小补偿量，则进入S455，否则执行S456；
[0098] S455、生成所述第一控制指令，以控制S453中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合接入电路，然后生成所述第二控制指令，以控制所述第二无功补偿端300进行微补偿；
[0099] S456、查找得到补偿量大于所述无功待补偿量且最接近所述无功待补偿量的无功补偿单元201或无功补偿单元组合；
[0100] S457、生成所述第一控制指令，以控制S456中查找到的无功补偿单元201或无功补偿单元组合接入电路。
[0101] 如此，虽然实际补偿量超过了无功待补偿量，但由于比较接近，也不会产生过大的影响。
[0102] 本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、
叠加。
[0103] 应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的
修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
