本發明涉及無源配電網的低電壓治理以及區域無功平衡技術領域，特別是涉及一種無源配電網無功補償綜合控制方法和系統。

背景技術：

無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境，所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。無功補償的具體實現方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換，這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

國網的低電壓治理原則中提到“在線路功率因數低于0.9的超供電半徑線路(10kV線路供電半徑城市超過3km，農村超過15km)宜加裝10kV并聯無功補償裝置，其容量一般按線路上配變總容量的7％-10％配置(或經計算確定)”。傳統的無功補償設備的配置只硬性地規劃了城市和農村的超供電半徑，無功補償設備的配置方法也不嚴謹，也沒有提供相應的計算公式，而且對于城村混合型的供電線路，補償配置原則里并沒有明確的配置說明，造成配置不合理，導致配電網的電壓質量水平低，損耗高。

技術實現要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種有效提高配電網的電壓質量水平的無源配電網無功補償綜合控制方法和系統。

一種無源配電網無功補償綜合控制方法，包括以下步驟：

獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量；

比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果；

根據所述比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果；

根據所述選擇結果和所述配電變壓器的無功補償容量對所述配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。

一種無源配電網無功補償綜合控制系統，包括：

獲取模塊，用于獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量；

比較模塊，用于比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果；

選擇模塊，根據所述比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果；

投切控制模塊，用于根據所述選擇結果和所述配電變壓器的無功補償容量對所述配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。

上述無源配電網無功補償綜合控制方法和系統，通過獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量，比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果，根據比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果，根據選擇結果和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。綜合運用變電站到配電變壓器的對應距離與預設距離因數指標之間的關系和無功補償控制方法相結合，有利于解決配電網低電壓治理和區域無功平衡的問題，進而提高配電網的電壓質量水平。

附圖說明

圖1為一實施例中無源配電網無功補償綜合控制方法的流程圖；

圖2為一實施例中無源配電網無功補償綜合控制系統的結構圖；

圖3為一實施例中無源配電線路模型示意圖。

具體實施方式

在一個實施例中，如圖1所示，一種無源配電網無功補償綜合控制方法，包括以下步驟：

步驟S110：獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量。

具體地，變電站到對應配電變壓器的距離是指電力從變電站10kV母線流出送到對應配電變壓器所經過的10kV配電線路的長度。無功補償是電網保持良好運營狀態的重要手段，它能有效地改善電能質量，降低電力損失及提高電網設備的利用率。

步驟S120：比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果。

具體地，距離因數指標是指10kV配電線路上用于區分選擇無功設備控制方法的某一合適節點到對應供電變電站的線路長度，通常取全線路最遠的一臺配電變壓器與變電站的距離的一半或參考取值區間為[2.5km，5km]。

步驟S130：根據比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果。在本實施例中，步驟S130包括步驟132和步驟134。

具體地，針對10kV單輻射型長供電線路，目前從整體上可將無功補償設備的控制原則分為：以配變臺區低壓側的電壓優先或者功率因數優先。當線路處于重載狀態且線路末端配變電壓水平相對較低時，若選擇以配變臺區低壓側功率因數優先的控制原則(功率因數控制在0.90～0.95)，由于負荷需要無功功率較多，功率因數區間上升值較小，所以仍需變電站提供較多的無功功率，導致線路上的無功損耗居高不下，線路末端甚至仍可能存在低電壓問題，此時若多投無功補償，此時配變的無功負荷及相鄰線路的無功損耗基本可由其自身電容器進行補償，降低變電站下送的無功功率，從而減少線損；若選擇以配電臺區低壓側電壓優先的控制原則，由于靠近線路首端的配變臺區電壓水平一般相對線路末端較高，以配變電壓優先的控制很難啟動，那么部分配變臺區可能會存在以低功率因數運行的問題，從節能降損的角度來看，此時應多投無功補償以減少變電站下送的無功功率。

步驟132：當比較結果為變電站到對應配電變壓器的對應距離小于預設距離因數指標時，選擇以功率因數優先的控制方法作為選擇結果；

具體地，功率因數優先的控制方法，指的是在配電變壓器臺區與對應供電變電站距離小于預設距離因數指標時，優先考慮將功率因數補償至區間[0.90,0.95]，對變壓器低壓側安裝的并聯無功補償設備進行自動投切控制；不排除功率因數合格時，使用電壓質量控制、無功功率控制或者無功電流控制的無功補償設備控制方法。

步驟134：當比較結果為變電站到對應配電變壓器的對應距離大于或等于預設距離因數指標時，選擇以電壓優先的控制方法作為選擇結果。

具體地，電壓優先的控制方法，指的是在配電變壓器臺區與對應供電變電站距離達到甚至超過預設距離因數指標時，優先考慮將電壓質量補償至電壓[0.93U*,1.07U*]，對變壓器低壓側安裝的并聯無功補償設備進行自動投切控制；不排除電壓質量合格時，使用功率因數控制、無功功率控制或者無功電流控制的無功補償設備控制方法。

步驟S140：根據選擇結果和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。在本實施例中，步驟S140包括步驟142至步驟148。

步驟142：當選擇結果為以功率因數優先的控制方法時，獲取配電變壓器的功率因數。

具體地，配電變壓器功率因數，指的是配電變壓器臺區內所有用電設備經計算得出的平均功率因數，由下式得出：

其中，COSφ為功率因數，P為配電變壓器低壓側總的有功功率，Q為配電變壓器低壓側總的無功功率。

步驟144：根據配電變壓器的功率因數和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器的功率因數進行自動投切。在本實施例中，步驟144包括步驟1442和步驟1444。

步驟1442：自動投入配電變壓器的無功補償容量。

具體地，配電變壓器的無功補償容量是預先配置好的，具體的配置方法并不唯一，通常是根據配變容量、負荷性質和容量通過計算來確認。例如，在《城市電網設計規劃》對中低壓無功補償，建議按配電變壓器容量的10％～30％配置，在《中國南方電網城市配電網技術導則》(Q/CSG〃10012-2005)對中低壓無功補償，建議按容量的20％～40％進行配置。在配電網中，無功補償分為高壓補償和低壓補償。其中，高壓補償通常是指無功補償設備配置在變電站高壓側，從無功功率就地平衡的角度來看，其對于補償點前端的無功功率，補償效果比較明顯，而對補償點后的供電線路和負載的補償效果不明顯；低壓補償用于補償點相對靠近負載端，避免無功穿越變壓器，因此補償效果更佳。位于線路末端配電變壓器的無功補償設備，可適當過補償，此時配電變壓器的無功負荷及相鄰線路的無功損耗基本可由其自身電容器進行補償，降低變電站下送的無功功率，從而減少線損和電壓降落。

步驟1444：在配電變壓器的功率因數達到預設合格功率因數范圍，或將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

具體地，投入配電變壓器的無功補償容量，在配電變壓器的功率因數達到預設合格功率因數范圍后，自動退出，但在很多情況下，全部投入配電變壓器的無功補償容量，配電變壓器的功率因數達不到預設合格功率因數范圍，此時則將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

步驟146：當選擇結果為以電壓優先的控制方法時，獲取配電變壓器低壓側電壓幅值。

步驟148：根據配電變壓器和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器低壓側電壓幅值進行自動投切。在本實施例中，步驟148包括步驟1482和步驟1484。

步驟1482：自動投入配電變壓器的無功補償容量。

具體地，配電變壓器的無功補償容量是預先配置好的，具體的配置方法并不唯一，通常是根據配變容量、負荷性質和容量通過計算來確認。例如，在《城市電網設計規劃》對中低壓無功補償，建議按配電變壓器容量的10％～30％配置，在《中國南方電網城市配電網技術導則》(Q/CSG〃10012-2005)對中低壓無功補償，建議按容量的20％～40％進行配置。

步驟1484：在配電變壓器低壓側電壓幅值達到預設合格電壓幅值范圍，或將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

具體地，投入配電變壓器的無功補償容量，在配電變壓器低壓側電壓幅值達到預設合格電壓幅值范圍后，自動退出，但在很多情況下，全部投入配電變壓器的無功補償容量，配電變壓器低壓側電壓幅值達不到預設合格電壓幅值范圍，此時則將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

上述無源配電網無功補償綜合控制方法，通過獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量，比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果，根據比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果，根據選擇結果和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。通過引入變電站到配電變壓器的對應距離與預設距離因數指標，兼顧配電變壓器電壓幅值以及功率因數對配電網無功調節的影響，有利于解決配電網低電壓治理和區域無功平衡的問題，進而提高配電網的電壓質量水平，節能損耗，具有更好的經濟效益。

在一個實施例中，如圖2所示，一種無源配電網無功補償綜合控制系統，包括獲取模塊110、比較模塊120、選擇模塊130和投切控制模塊140，獲取模塊110連接比較模塊120，比較模塊120連接選擇模塊130，選擇模塊130連接投切控制模塊140。

在一個實施例中，獲取模塊110用于獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量。

具體地，變電站到對應配電變壓器的距離是指電力從變電站10kV母線流出送到對應配電變壓器所經過的10kV配電線路的長度。無功補償是電網保持良好運營狀態的重要手段，它能有效地改善電能質量，降低電力損失及提高電網設備的利用率。

在一個實施例中，比較模塊120用于比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果。

具體地，距離因數指標是指10kV配電線路上用于區分選擇無功設備控制方法的某一合適節點到對應供電變電站的線路長度，通常取全線路最遠的一臺配電變壓器與變電站的距離的一半或參考取值區間為[2.5km，5km]。

在一個實施例中，選擇模塊130用于根據比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果。在本實施例中，選擇模塊130包括第一比較選擇單元和第二比較選擇單元。

具體地，針對10kV單輻射型長供電線路，目前從整體上可將無功補償設備的控制原則分為：以配變臺區低壓側的電壓優先或者功率因數優先。當線路處于重載狀態且線路末端配變電壓水平相對較低時，若選擇以配變臺區低壓側功率因數優先的控制原則(功率因數控制在0.90～0.95)，由于負荷需要無功功率較多，功率因數區間上升值較小，所以仍需變電站提供較多的無功功率，導致線路上的無功損耗居高不下，線路末端甚至仍可能存在低電壓問題，此時若多投無功補償，此時配變的無功負荷及相鄰線路的無功損耗基本可由其自身電容器進行補償，降低變電站下送的無功功率，從而減少線損；若選擇以配電臺區低壓側電壓優先的控制原則，由于靠近線路首端的配變臺區電壓水平一般相對線路末端較高，以配變電壓優先的控制很難啟動，那么部分配變臺區可能會存在以低功率因數運行的問題，從節能降損的角度來看，此時應多投無功補償以減少變電站下送的無功功率。

在一個實施例中，第一比較選擇單元用于當選擇結果為變電站到對應配電變壓器的對應距離小于預設距離因數指標時，選擇以功率因數優先的控制方法作為選擇結果。

具體地，功率因數優先的控制方法，指的是在配電變壓器臺區與對應供電變電站距離小于預設距離因數指標時，優先考慮將功率因數補償至區間[0.90,0.95]，對變壓器低壓側安裝的并聯無功補償設備進行自動投切控制；不排除功率因數合格時，使用電壓質量控制、無功功率控制或者無功電流控制的無功補償設備控制方法。

在一個實施例中，第二比較選擇單元用于當選擇結果為變電站到對應配電變壓器的對應距離大于或等于預設距離因數指標時，選擇以電壓優先的控制方法作為選擇結果。

具體地，電壓優先的控制方法，指的是在配電變壓器臺區與對應供電變電站距離達到甚至超過預設距離因數指標時，優先考慮將電壓質量補償至電壓[0.93U*,1.07U*]，對變壓器低壓側安裝的并聯無功補償設備進行自動投切控制；不排除電壓質量合格時，使用功率因數控制、無功功率控制或者無功電流控制的無功補償設備控制方法。

在一個實施例中，投切控制模塊140用于根據選擇結果和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。在本實施例中，投切控制模塊140包括第一獲取單元、功率因數優先投切控制單元、第二獲取單元和電壓優先投切控制單元。

在一個實施例中，第一獲取單元用于當選擇結果為以功率因數優先的控制方法時，獲取配電變壓器的功率因數。

具體地，配電變壓器功率因數，指的是配電變壓器臺區內所有用電設備經計算得出的平均功率因數，由下式得出：

其中，COSφ為功率因數，P為配電變壓器低壓側總的有功功率，Q為

配電變壓器低壓側總的無功功率。

在一個實施例中，功率因數優先投切控制單元用于根據配電變壓器的功率因數和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器的功率因數進行自動投切。在本實施例中，功率因數優先投切控制單元包括第一投入單元和第一退出單元。

在一個實施例中，投入單元用于自動投入配電變壓器的無功補償容量。

具體地，配電變壓器的無功補償容量是預先配置好的，具體的配置方法并不唯一，通常是根據配變容量、負荷性質和容量通過計算來確認。例如，在《城市電網設計規劃》對中低壓無功補償，建議按配電變壓器容量的10％～30％配置，在《中國南方電網城市配電網技術導則》(Q/CSG〃10012-2005)對中低壓無功補償，建議按容量的20％～40％進行配置。在配電網中，無功補償分為高壓補償和低壓補償。其中，高壓補償通常是指無功補償設備配置在變電站高壓側，從無功功率就地平衡的角度來看，其對于補償點前端的無功功率，補償效果比較明顯，而對補償點后的供電線路和負載的補償效果不明顯；低壓補償用于補償點相對靠近負載端，避免無功穿越變壓器，因此補償效果更佳。位于線路末端配電變壓器的無功補償設備，可適當過補償，此時配電變壓器的無功負荷及相鄰線路的無功損耗基本可由其自身電容器進行補償，降低變電站下送的無功功率，從而減少線損和電壓降落。

在一個實施例中，第一退出單元用于在配電變壓器的功率因數達到預設合格功率因數范圍，或將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

具體地，投入配電變壓器的無功補償容量，在配電變壓器的功率因數達到預設合格功率因數范圍后，自動退出，但在很多情況下，全部投入配電變壓器的無功補償容量，配電變壓器的功率因數達不到預設合格功率因數范圍，此時則將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

在一個實施例中，第二獲取單元用于當選擇結果為以電壓優先的控制方法時，獲取配電變壓器低壓側電壓幅值。

在一個實施例中，電壓優先投切控制單元用于根據配電變壓器和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器低壓側電壓幅值進行自動投切。在本實施例中，電壓優先投切控制單元包括第二投入單元和第二退出單元。

在一個實施例中，第二投入單元用于自動投入配電變壓器的無功補償容量。

具體地，配電變壓器的無功補償容量是預先配置好的，具體的配置方法并不唯一，通常是根據配變容量、負荷性質和容量通過計算來確認。例如，在《城市電網設計規劃》對中低壓無功補償，建議按配電變壓器容量的10％～30％配置，在《中國南方電網城市配電網技術導則》(Q/CSG〃10012-2005)對中低壓無功補償，建議按容量的20％～40％進行配置。

在一個實施例中，第二退出單元用于在配電變壓器低壓側電壓幅值達到預設合格電壓幅值范圍，或將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

具體地，投入配電變壓器的無功補償容量，在配電變壓器低壓側電壓幅值達到預設合格電壓幅值范圍后，自動退出，但在很多情況下，全部投入配電變壓器的無功補償容量，配電變壓器低壓側電壓幅值達不到預設合格電壓幅值范圍，此時則將配電變壓器的無功補償容量全部投入后自動退出。

上述無源配電網無功補償綜合控制系統，獲取單元通過獲取變電站到對應配電變壓器的距離和配電變壓器的無功補償容量，比較單元用于比較變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標之間的大小，得到比較結果，選擇單元用于根據比較結果和預設的對應關系，選擇以功率因數優先的控制方法和電壓水平優先的控制方法中的一種，得到選擇結果，投切控制單元用于根據選擇結果和配電變壓器的無功補償容量對配電變壓器進行自動投切，并輸出自動投切控制結果。通過引入變電站到對應配電變壓器的距離與預設距離因數指標，兼顧配電變壓器電壓幅值以及功率因數對配電網無功調節的影響，有利于解決配電網低電壓治理和區域無功平衡的問題，進而提高配電網的電壓質量水平，節能損耗，具有更好的經濟效益。

在一個實施例中，以電網某地區10kV無源配電線路為例，對比傳統的控制方法與辦實施例中控制方法的控制效果。

如表1所示，10kV配電線路各配電變壓器的電壓幅值、無功補償容量以及功率因數等參數信息，n＝3，k＝1，距離因數指標取值為3km，無源配電線路模型如圖3所示:

表1 10kV配電線路變壓器參數信息表

本發明的無源配電網無功補償綜合控制方法與電壓、功率因數優先的無功補償控制方法控制結果對比如表2所示：

表2不同控制方法的結果匯總

由上表知，選擇以配電變壓器低壓側電壓優先的控制方法，對于線路前端的配電變壓器1，無投入運行無功補償電容器組，配電變壓器1臺區存在低功率運行的狀況；選擇以功率優先的控制方法，當無功補償容量使得配電變壓器的功率因數達0.9時，就停止無功補償設備的繼續投入，而靠近線路末段配電變壓器2、配電變壓器3低壓側電壓仍處于較低水平；選擇以考慮距離因數綜合控制的控制方法，調節控制后總體電壓水平和配電變壓器的功率因數水平較高，對于與變電站距離小于距離因數指標的配電變壓器1采用功率因數優先的控制方法，適當地投運無功補償電容器組，提升配電變壓器1的功率因數，對于與變電站距離大于距離因數指標的配電變壓器2、配電變壓器3采用電壓優先的控制方法，使得無功適當地過補償，降低變電站無功功率的下送，低壓側電壓水平較高，電壓質量水平高，節能損耗，具有重要的經濟意義。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。