配电网无功补偿研究

配电网无功补偿研究（共11篇）

配电网无功补偿研究 篇1

0 引言

随着电力系统用电负荷的不断上升,系统的网络格局和能源分布不断发生改变,导致配电网的无功补偿配置不尽合理,使得局部地区无功严重不足,甚至有可能出现电压崩溃的危险。因此,对电力系统合理地进行无功补偿对于维持系统电压水平、提高系统可靠性、降低网损等具有重要意义[1,2]。

1 无功补偿的作用

1.1 提高电网的功率因数

电网中负荷大部分为感性负荷,其在运行中会吸收大量感性无功,而在电网中并联的容性设备能够提供感性无功,从而对系统中的感性无功进行补偿,达到提高电网功率因数的目的。

1.2 提高线路的输送功率

经过无功补偿的线路输送有功功率增量为:

式中,P1、P2为线路补偿前后输送的有功功率;cosφ1、cosφ2为线路补偿前后的功率因数;S为视在功率。

可见,在视在功率S不变的前提下,因cosφ2>cosφ1,线路的输送功率将提高。

1.3 减少线损和变压器有功损耗

进行无功补偿后,线路电流会随着功率因数的提高而下降,因此可以减少线损。在变压器低压侧进行无功补偿后,变压器二次侧电流会随着负载功率因数的提高而下降,变压器的铜损也随之降低,因此可以减少该变压器的有功损耗[3]。

1.4 减小设备容量

在有功负荷功率P不变的前提下,当进行无功补偿时,功率因数提高,能够减小的设备容量由式(2)可以求出:

由于cosφ2,>cosφ1,因此当P为正值时,ΔS为负值。

1.5 改善电压质量

线路电压损失ΔU的计算公式为:

式中,ΔU为线路电压损失(kV);P为线路提供给负荷的有功功率(MW);R为线路电阻(Ω);Q为线路提供给负荷的无功功率(Mvar);X为线路电抗(Ω);U为线路额定电压(kV)。

由式(3)可知,当负荷侧进行电容补偿后,Q减小,电压损失ΔU也随之减小,这样就保证了线路末端的电压质量。

2 配电网无功补偿方式

2.1 变电站集中补偿

针对输电网的无功平衡,补偿装置一般连接在变电站的10 kV母线上,目的是改善输电网的功率因数,提高终端变电所的电压,降低主变压器的空载无功损耗及线路漏补的无功功率。

2.2 配电变压器低压侧集中补偿

配电变压器低压侧集中补偿也称跟踪补偿,是指以无功补偿自动投切装置作为控制保护装置,将电容器组并联在配电变压器380 V侧,目的是提高专用变压器用户的功率因数,实现无功就地平衡,对配网和配变的降损有一定的作用,也有助于保证该用户的电压水平。

2.3 杆塔上补偿

由于配电网中存在大量的公用变压器没有进行低压补偿,使得配电网中漏补的无功需要由变电站或发电厂进行额外供给,而这部分无功沿线路传输就会造成线损增加[4,5]。采用在10 kV架空线路杆塔上安装并联电容器的方法,可以补充配电网中的无功需求,减少无功远距离传输,达到使线路降损升压之目的。

2.4 用户终端分散补偿

直接对用户末端进行无功补偿,是最恰当的降低电网损耗和维持配网电压水平的方式。

3 补偿容量的确定方法

3.1 按提高的功率因数确定补偿容量

根据功率之间的相量关系,可由式(4)求出无功补偿容量QC(kvar):

式中,P为负荷平均有功功率最大的一个月中,该负荷的平均有功功率(kW);tanφ1、tanφ2为补偿前后功率因数角的正切值。

3.2 按提高的电压程度确定补偿容量

本方法适用于以调压为主要作用的枢纽变电站和电网末端的用户变电站。可由计算公式(5)近似求出无功补偿容量QC(kvar):

式中,Q为补偿前的负荷无功功率(kvar);U2为线路末端需要达到的电压值(kV);AU为线路始端电压(通常取线路额定电压)与末端电压U2的差值(V);X为线路电抗(Ω)。

3.3 按降低的线损值确定补偿容量

在电网参数一定的条件下,线损与流过电流的平方成正比。设补偿前流经线路的电流为,其有功、无功分量分别为和,功率因数为cosφ,,则。设补偿后流经网络的电流为,其有功、无功分量分别为I2R和I2X,功率因数为cosφ2,则,其中I1R=I2R(补偿前后线路电流有功分量不变)。

则补偿前的线路损耗ΔP1,为:

补偿后的线路损耗ΔP2为:

由于I1R=I2R,故补偿前后线损降低的百分比ΔPs%为:

(8)

3.4 按感应电动机的空载电流确定补偿容量

感应电动机应采用就地无功补偿方式,补偿电容器随电机的运行、停止而投退,补偿容量以不超过电动机的无功损耗为宜,补偿容量QC(kvar)采用式(9)计算:

式中,K为补偿度,是电容器无功功率与电动机空载无功功率之比,一般取K=0.95～0.98,停机时带负载且启动为重载,可取K>1,但电容器补偿容量不能大于电动机额定状况下的无功容量;U为电动机的额定电压(kV);I0为电动机的空载电流(A)。

3.5 按变压器的容量确定补偿容量

在变压器低压侧安装电容器时,应考虑在轻载时防止向配电网倒送无功。补偿容量计算公式为QC=(10%～15%)Sn。其中,Sn为变压器的额定容量。对于经常空载或低损耗的变压器,系数取8%～10%;对于重载变压器,系数取12%～15%,则一般能满足补偿需要。

4 结语

无功补偿应按照“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则[行[6]。具体要求是:分散就地补偿与变电站集中补偿相结合,以分散为主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压为主;调压与降损相结合,以降损为主。

摘要：配电网无功补偿可以有效降低设备电能损耗,改善电能质量,提高设备利用率,是一项提高电网经济效益的技术措施。现阐述了无功补偿的主要作用,给出了配电网常用的4种无功补偿方式及确定补偿容量的5种方法,总结了无功补偿装置的配置原则。

关键词：无功补偿,配电网,补偿容量

参考文献

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[2]GB50052—1995供配电系统设计规范[S]

[3]Baskar S,Subbaraj P,Rao M V C.Hybrid evolutionary programming solution to short term hydro thermal scheduling problem[J].Journal of the Institution of Engineers,2002, 82(4)

[4]封国栋,谢炳志.浅谈低压配电网的无功补偿[J].山东电力技术,2006(4)

[5]孟任.配电网无功补偿的探讨[J].甘肃科技纵横,2007(3)

[6]王凌谊,侯世英,吕厚余,等.电力系统无功优化与无功补偿[J].电气应用,2006(10)

配电网无功补偿研究 篇2

摘 要：当今，电力已作为现代社会的主要能源，与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系，越来越多的用户对电压质量提出了更高的要求，如何提高电压质量已经成为电力企业的一个重要目标，而其中无功优化又是提高电压质量的重要手段。

关键词：电压质量;配电网;无功补偿;线损;优化

电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响，无功则是影响电压的一个重要因素。对确定规模的10 kV配电网络终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命;另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本, 电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，优化无功，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

1 无功与线损的关系

因此合理的选择无功补偿点以及补偿容量，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，尤其造成的线损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。

2 配电系统无功补偿方案

2.1 变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、电抗器等，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上，通常无功补偿装置(一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节，通过两者的协调来进行电压/无功控制，然而操作上还是较为麻烦的，需要运行人员根据实时电压及有、无功进行分组投切。并且这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

VQC装置的投入运行能有效地调节系统的电压和做到无功平衡，并减少运行人员日常调整电压、投切电容器组的`工作量。但是目前一些厂家的电压无功综合控制系统仍存在较多的问题，以至于不少的变电站中虽然安装有VQC装置，但是实际却没有投入运行，或者虽然投入运行，却存在较大的事故隐患。

2.2 杆上补偿方式

目前10千伏配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：(1)补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿, 安装位置的确定线路出口电压较高，无需进行补偿，线路末端电压偏低，电容器运行困难，可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处。如果线路较长，可根据负荷情况选择两处补偿点，一处安装在线路2/5处，另一处在4/5处;(2)控制方式从简。杆上补偿不设分组投切;(3)补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热;(4)接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率;(5)保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。显然，杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，这种补偿方式具有投资小，回收快，补偿效率较高，便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基本负荷，在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术, 可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿，达到最佳效果。

2.3 用户终端分散补偿方式

《供电系统设计规范》指出，容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿;针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：①智能型控制，免维护;②体积小，易安装;③功能完善，造价较低。

与前面三种补偿方式相比，本补偿方式将更能体现以下优点：①线损率可减少20%;②减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件;③释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。

3 配电网无功优化遇到的问题

(1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。

(2)量测的问题。目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计或部分安装了负荷测录仪，人员的技术水平和管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

(3)谐波的问题。电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。

(4)无功倒送的问题。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功倒送，这引起充分考虑。

浅析配电网无功补偿配置优化措施 篇3

摘要：为了提高电压质量，降低无功损耗，需结合配电网系统的特点，选择合理的补偿方式，优化无功补偿配置，提高补偿效益，解决补偿过程中的问题。文章主要探讨了配电网无功补偿配置优化措施，以供参考。

关键词：配电网；无功补偿；配置；

引言

配网系统中因为一些特殊电器元件的配置，例如：电容元件等等，导致系统内部出现了有功与无功功率，后者自身不会耗费能量，然而，会造成电能损耗问题，从而对配网系统带来不良影响。假设配网系统的电流量上升，电压下降，此时的电能损耗会更高。因此，科学分配无功补偿容量，使无功潮流得到合理布置，提高功率因数，从而能够有效控制配网内部的各种损耗，同时也能够对应确保电器设备功能与作用的高效发挥。

1配电网无功补偿的应用

1.1确定补偿容量

在配电网中，应用无功补偿技术，不管采用集中补偿方式，还是分散补偿方式，都需要将补偿容量确定。无论是哪种补偿方式，无功补偿技术在配电网中的应用，与配电网的功率因数、配电网的线损等有关，为了有效的发挥无功补偿技术的作用，需要将补偿容量确定。补偿容量的确定有多种方法：一是，按照补偿容量计算公式计算；二是，从参考资料、电工手册中查找；三是，按空载电流计算；四是，根据有/无功电量计算在配电网中，单个电网回来中所需要的补偿容量，可以在正常的工作、生产下，供应各部门的收费单上的有功电量和无功电量，以及配电网的每个月的运行时间，以及使用无功补偿技术之后达到的功率因数得出。

1.2选择无功补偿技术

在配电网中无功补偿技术的应用，补偿方式可以分为低压补偿和高压补偿，补偿方式的选择要根据配电网设备的实际运行现状确定。补偿技术的选择和确定需要进行综合考虑，配电网需要无功补偿的电容器的分组数量越大，需要的补偿精度也就越高，在无功补偿中，补偿级数的增加，就会将配电网装置的成本提升。配电网低压补偿设备的安装位置，需要根据配电网的实际使用情况而定，当配电网的负荷分布均匀，线路相对较短或者是负荷不均匀，线路较长的情况下，配电网的负荷需要集中在配电网变压器的附近，便于针对各个配变容量、功率因数的情况，确定补偿容量。在配电网中有低压，也有高压，所以也需要进行高压补偿。高压补偿需要在低压补偿的基础上，根据配电网配电使用者的无功补偿实际情况进行补偿。

2配电网无功补偿配置优化措施

2.1全网平衡与地区平衡相结合

为了实现配电网络中电力的平衡，需结合城乡的供用电现状，先满足县级电网的无功电力平衡，再考虑分级变电站和分级输电线路带来的无功影响，保证无功电力平衡。针对无功电源的布局（一般指补偿设备的位置和容量）配置，无法实现地区无功电力的就地平衡，导致电网分配给分级变电站和分级线路中的无功电力较多，相应的电压也会偏高，过剩的无功电力必须通过输电线路向其他地区输送；也可能导致电网分配给分级变电站和分级线路中的无功电力较少，相应的电压也会下降，须向上级变电站索取无功电力，这就导致不同地区之间的无功电力过多级变化和输送，加大了电网的电能损耗和无功损耗，在无功补偿设备的规划设计中，必须以总体平衡为基础，针对不同地区的设备研究出合理的补偿方案，以配备最优化的补偿设备，达到最佳补偿效益。

2.2供电部门及用户补偿互相结合

据相关资料显示，用户消耗的无功功率在城镇电网中约占到五成，而在工业性网络中约占将近六成。所以，在网络中为了减少无功功率的输送，就要尽量实行无功就地补偿与就地平衡，并且一定要由供电部门与用电用户协同进行补偿。以往有些地区，通常只有用户单一进行补偿。而对供电网络本身的补偿有所忽视，有些尽管补偿设备已经装设好，但因为怕增加麻烦或惧怕出现事故，而迟迟未能投入运行，导致补偿设备的利用率相当低下，没有得到想要的效果。还有部分地区则有另外一种倾向的出现，只对供电部门的无功电力建设有所注重，却忽视发挥用电客户的效用。这样将会导致电网的无功电力平衡产生严重失调。因此需要按照总的无功电力需求，并且发挥供电部门与用电客户两者的积极性，一起协同建设与管理好无功电力。

2.3分散及集中补偿相互结合

无功补偿需要做到总体及局部均平衡，不但需要对供电部门进行补偿，而且也要进行用电用户的补偿，这势必需要采取分散及集中两种不同的补偿方式。在国内目前农村电力配网中，分散补偿主要是指在配电网络中分散的负荷区分散进行的无功补偿，而集中补偿指的是装置较大容量的电容于变电站里集中进行补偿。根据有关理论分析显示，变电站中的集中补偿主要是对主变压器的无功损耗进行补偿，另外可使输电线路传输的无功电力得到减少，从而能够有效降低供电网络的无功损耗。由于用电客户所使用的无功损耗还需要经由变电站以下的配电线路向负荷端进行输送，因此为了让线损得到有效降低，就一定要进行分散补偿。在城镇电力网中，因为配电网的线损占到全网总损失的七成左右，所以应采用分散补偿为宜。唯有如此方可让配电网的无功线损有效地得到降低，进而有助于降低城镇电力网的总线损。

2.4降损和调压相互结合

采取电容器并联进行无功补偿，其宗旨主要是为了实现无功电力就地平衡，让网络中的无功损耗得以养活，从而有利于降低线损。同时也能够选取电容器组的分组投切，对电压进行适当调整，但是仅为电容器并联补偿的辅助效果而已。在通常的情况下，应该以降损作为主导，调压作为辅助。对于部分关键性或电压水平时常低下的变电站而言，有时候需要装置较大容量的电容器组，以便于对网络的无功潮流加以控制与有效改善电压水平。但其终极目标都是为了实现无功电力平衡，从而能够保证电网的经济安全运行。在这里需要明白一点，采取电容器并联提高电压水平具有一定的局限性，通常只有3%～5%。若是这个限度被超越，势必会使容量选取过大。

2.5合理定位无功补偿设备

最優配置的前提是科学、合理地定位无功补偿设备的位置，并正确地选择补偿容量。实际可以从以下方面来把握：第一，依据2/3法则来优化配置无功补偿设备，使其处于主线无功负荷2/3的地方。第二，科学标识出不同线路上的无功负荷的分布状况，再将一个分叉主线对应变化为两个。第三，经过变化得到的两条无分叉主线各自来做好最优配置。现阶段，低压配网无功补偿已经得到了供电部门的充分重视，由于其主要存在于10kV变电站内部，补偿不足容易对变电站系统带来多方面的问题，例如：无功功率损耗、线损、供电服务水平下降等等，这些问题必须引起充分的重视，加大对电网的设计与规划力度，采取科学、合理的无功补偿方法，来实现对配网的优化，这样不仅能够维护配网的安全、稳定运行，同时，也能够确保配网的安全、有效运转，也能够达到节能环保的效果。

结束语

在电力行业中，将无功补偿技术应用到配电网中，不仅可以确保配电网的配电质量，还能够降低损耗，从而起到节约能源的效果。同时在配电网中应用无功补偿技术的时候，还要根据配电网中设备的容量，选择无功补偿的方式和类型，只有这样才能够有效的满足配电网的需要和要求，从而为用电客户提高更加稳定的配电服务。

参考文献：

[1]马珍珍，王玉俊.配电网无功补偿方式的研究[J].中国电力教育（中），2010（11）.

[2]石剑锋.无功补偿技术在配电网中的应用分析[J].机电信息，2013（27）.

[3]郭金刚.低压配电网的无功优化问题研究[J].农业科技与装备，2012（07）.

低压配电网无功补偿方式研究 篇4

1.1 无功补偿的原理

电力系统中, 因为存在电感与电容元件等组织构成, 这使得电力系统中及既在有功功率, 也存在无功功率。虽然在电力系统运行中, 无功功率本身不消耗电能, 但是在有功功率向无功功率转化过程中必然会消耗能量, 这使得电力系统的功率增大, 对电力系统造成负面影响, 具体包括电网的总电流增加、供电电压降低、电能损耗加大等。而配置合理的无功功率补偿, 能够改善电网的潮流分布, 提高电网功率因素, 有效降低电网有功功率转变为无功功率时的电能损耗, 提高设备的利用率与电网的传输能力。

1.2 无功补偿在电力运行中的作用

(1) 降低电路的有功损耗。电力系统中, 当电流I通过电路时, 线路上的电阻就会产生功率损耗:

(2) 减少电路的电压损失。线路运行过程中, 电压的损失可以用如下公式来表示:

如果向其中并联补偿器, 则电压的损失可以表示为:

(3) 提高设备的利用率。线路中的功率因素可以用公式表示为:

该式中, S表示的是电源设备容量, 当设备流过一定大小的电流与电压时, 功率因素越高, 则设备输出的有功功率就越大, 设备的利用率明显提升。

2 当前低压配电网无功补偿的问题分析

2.1 无功补偿容量不足

电压配电网常用于我国居民用电, 因此在供电方面, 用户公用的变压器数量很多, 并且随着用户的不断提升, 变压器的数量也在不断增加, 这使得变压器内的无功补偿容量严重不足, 有功损耗加大, 变压器的利用率往往较低。而在供电的输出及用户方面, 由于不能统一无功功率补偿, 使得补偿不合理的问题常常发生。

2.2 无功补偿装置技术程度不高

在我国低压配电网中, 现阶段使用的大量无功补偿装置往往采用一相无功信号, 以此作为投切容量的依据, 这种方法容易造成采样的准确性缺失。在投切容量方面, 往往以线路的功率因素投入或者切除电容器, 这就必然导致投切精度低以及操作频繁的问题。

2.3 集中补偿占大多数

集中补偿只能降低线路站点以及变压器等的无功功率损耗, 并不能减少变压器到用户之间的无功功率以及有功损耗, 这必然会影响线路传输的节点效果, 对传输效率的提升不利。

3 低压配电网无功补偿的优化

3.1 遵循科学合理的补偿原则

从当前城乡居民供电中无功功率的损耗情况来看, 各级供电网络及设备在电力输送过程中都要消耗一定量的电能, 尤其是配电网消耗等电能比例最大。因此, 为了尽可能的减少低压配电网中的无功功率损耗, 提高供电网络的传输效率, 就应采取合理的供电布局方式。

(1) 应遵循整体供电平衡与局部平衡相结合的原则, 满足区域供电网络的无功功率平衡, 并使各个分站的无功功率保持平衡。因为若无功功率整体布局不合理, 局部的无功功率必然不能实现统一, 造成一些变电所以及部分电路的无功功率提升, 而有的变电所与电力无功功率下降, 使得不同区域电压形成差异, 在交换过程中必然会产生大量的功率损耗。因此, 在电路供电规划时, 一定要布局好总体, 再研究局部补偿, 实现最佳的补偿效果。

(2) 电力企业供电补偿必须与用户用电补偿相一致, 电力传输过程中, 为使无功功率在供电网络中进行传输, 要尽可能平衡供电企业与用户的补偿, 做好设备管理。

(3) 应采取集中补偿与分散补偿的方式, 集中补偿是整体, 分散补偿为辅助, 满足局部的平衡需求;也即供电部门与用户补偿相一致。集中补偿的实施主要是在供电所装设容量比较大的补偿设备。分散补偿的实施是在最接近用户的变电站、用户设备、配电线路等地方进行分散补偿。

(4) 要实现降压与调压相结合, 主体以降低损耗为主。实际中, 可以采取并联电容器的方式来实现无功补偿, 变容器连接的目的是达到功率平衡, 减少电力网络中的无功损耗。同时还可以利用并联的电容器来进行分组投切, 对线路传输电压进行适当的调整。

3.2 补偿方法的选择

通常将补偿方法分为固定、手动、自动补偿三种。固定补偿主要是综合电网的平均供电参数, 根据无功功率的损耗情况选择好补偿点。这种补偿方法的优势在于能够综合电网的运行特点, 使电网效率达到最大, 且缺点在于补偿的容量不能够反映电网的实时运行情况, 电压波动问题依然存在;手动补偿主要是通过若干并联的电容器, 来实现改善补偿容量的作用, 缺点是分组比较粗糙, 补偿设备较大;自动补偿是利用计算机控制操作, 计算出当前电网所需要的无功补偿量, 这种方法是当前电力系统无功补偿的重要方式, 可以应用到低压配电网中, 对提高线路的集成化、自我修复能力及扩充能力有重要帮助。

4 结束语

随着电力系统的不断发展, 在低压配电网中, 使用无功补偿, 对于保障电网的安全运行, 提高供电稳定性, 降低电网功率损耗有重要意义。实际工作中, 应从技术、设备、经济等方面不断寻求最优的补偿方案。

参考文献

[1]黄晓彤, 陈文炜, 林舜江, 黎洪光, 梁立锋, 耿红杰.低压配电网无功补偿分散配置优化方法[J].南方电网技术, 2015, (2) :44-49.

[2]王智忠, 李颖峰.中低压配电网无功补偿[J].电气时代, 2010, (5) :62-63.

配电网四种无功补偿方式的比较 篇5

关键词：配电网；无功补偿；方式比较

中图分类号：X773文献标识码：A文章编号：16723198（2007）11028502

1配电及低压系统无功补偿种类

无功补偿的补偿方式按照电压等级可分为高压补偿和低压补偿，其中高压补偿又分为一次侧补偿和二次侧补偿，低压补偿分为随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。按照投切方式可以分为静态补偿、动态补偿和动静相结合的补偿方式。按照补偿地点划分可以分为四种，分别是：变电站高压补偿、线路分布补偿、变压器低压母线补偿和低压用户分散补偿。每一种补偿方式都有自己的优势，必须结合农网的实际情况，进行综合对比。按照“分层分区、就地补偿”这一原则，选用合理的无功补偿方案。

1.1变电站高压补偿

变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，大多数采用静态补偿，也有投切方式的电容器组，但比较少。开关设备主要选用断路器，对电容器组可实现较为完善的保护。高压断路器的种类有油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器和磁吹断路器，目前国内大多采用六氟化硫断路器，因为它的性能好，体积小，而且造价低。由于农村变电站容量较小，因此，电容器组的安装容量大都在10000kVar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。

高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几倍到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，所以补偿时易发生严重的过补现象，不仅增加了线损，还导致电网电压升高，人为因素多导致投切效果差。

1.2线路分布补偿

线路分布补偿，多数情况采用动态补偿，这就需要装设控制器了，所用到的开关类型是负荷开关，负荷开关只能切断过负荷电流，不能断开故障电流，所以通常情况下都要和熔断器配合使用。静态补偿时就不需要控制器了，开关设备除用到上面所提到的负荷开关加容短器外，还可采用断口开距大的刀闸，也就是隔离开关，但也需要配合使用熔断器。

10kV线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适应于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。

1.3变压器低压母线补偿

变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种情况下用到的开关有交流接触器或晶闸管，再加上控制器配套工作，如果是静态补偿，用普通的刀闸就可以了。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送，增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。

1.4低压用户分散补偿

低压用户分散补偿也就是低压随机补偿，是将低压补偿电容器组与电动机绕组直接并接，采用刀闸控制和一套保护装置，与电动机一起投切，属于静态补偿。

目前，在宁夏，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿，将最恰当地降低电网的损耗，有数据统计，这种补偿方式的线损率可减少20％。对于容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿，例如企业和厂矿中的电动机，而且这种补偿的接线简单，便于维护管理。但这种补偿方式通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。

表1四种补偿方式综合比较

补偿方式变电站集中补偿线上分布补偿低压母线集中补偿低压用户分散补偿

补偿对象变电站无功需求10kV线路无功负荷配电变压器无功需求终端用户无功需求

降低损耗有效范围变电站主变压器及输电网10kV线路及输电网配电变压器及输配电网整个电网

改善电压效果较好较好较好最好

单位投资大小较大较小较大较大

设备利用率较高较高较高较低

维护方便程度方便方便方便方便

从表1中可以比较出各种补偿方式的突出特点，结合宁夏农网的实际情况，对于配电网的无功补偿应倾向于采用线上分布补偿方式，可以大大降低线路损耗。我们看到，虽然低压用户分散补偿降损、节能的效果最好，但是实际当中，不可能实现每一个用户都安装补偿装置，这样也不经济。另外，目前的补偿绝大多数是为了满足功率因数需要，很少考虑到输电线路和配电网的损耗。

2无功补偿的装置

2.1各种装置性能比较

电力网中的无功补偿设备有很多，同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器都可以用来补偿无功或作为无功电源。机械式投切的并联电抗器和晶闸管可投切并联电容器是目前我国常用的无功调节设备，这些静止型调压设备无功调节不连续，并且响应速度慢（秒级），很难适应系统运行状态的快速变化。静止无功补偿器和静止无功发生器是20世纪70年代以来出现的先进的补偿装置，响应速度快，运行范围宽，完全可以达到动态无功补偿的需要，但所需投资较大。表2中指出了几种补偿装置的应用场所，对农电网的来说，由于其负荷比较分散，单处所需补偿容量相对较小，故总的原则应该是以电容器为主。因其具有设备简单，容量大小组合灵活，安装和维护方便，本身损耗低，单位投资省等一系列优点，因而在电力网（特别是农电网）的无功补偿中得到了广泛的应用。

表2补偿装置的优缺点

补偿装置应用场所主要优点主要缺点

并联电容器变电所及用户安装地点灵活，可分散也可集中安装；容量可任意选择；结构简单，投资省，运行维护方便、经济，容易实现系统优化控制；功耗小调节容量阶梯形变化，不连续；补偿容量随电压变化而变化；对谐波有放大作用；投切时有冲击电流；补偿母线附近发生短路电流是助长冲击电流

并联电抗器高、中压变电所及线路中点吸收线路容性无功，结构简单，投资省，运行维护方便、经济容量固定，分组投切时，调节容量阶梯性变化，不平滑

静止补偿器高、中压变电所能升高或降低电压，可连续调节，性能好，响应速度快，仅有5-10ms产生谐波，投资大

调相机大型变电所及大用户可连续平滑的调节电压，谐波少投资大，旋转装置维护复杂，响应速度较慢

2.2电容器补偿的基本原理

为什么并联电容器能够提高功率因数呢？功率因数是用电设备的一个重要技术指标。电路的功率因数是由负载中包含的电阻与电抗的相对大小所决定的,或者说是由电路中有功功率与无功功率的相对大小所决定的。纯电阻负载的功率因数为1,感性负载的功率因数介于O与1之间。生产中使用的电气设备多属于感性负载,如变压器、异步电动机及带整流器的日光灯和高压柔灯等,它们的功率因数都比较低,有的低至0.35(如电焊变压器)。提高用户的功率因数,对于提高电网运行的经济效益以及节约电能都具有重要意义。

我们可以从简单的电路图入手分析，见图1，一般的负载都是感性负载，在下面的电路中，假设没有并联电容器以前回路的电流是i1，并联电容器后支路的电流是i2，可以得到下面的公式计算：

I1=UR2+X2L

I2=UXc

图1

图2

未并联电容之前,感性负载的有功功率为:

P=UILcosφL ；则 ILcosφL =P/U；

并联电容器后,整个电路的有功功率不变，因为电阻未变,这时有功功率还可按下式计算：P=UIcosφ



并联电容之后总电流I的无功分量为:Ix=Isinφ

并联电容器的容量：

c=PU2ω(tanφL-tanφ)



并联电容器的额定无功功率应为:Qc=U2ωC=P(tanφL -tanφ)

可以看出，并联电容器后,对原感性负载的工作情况没有任何影响,即流过感性负载的电流和它的功率因数均未改变，我们所说的功率因数提高了,是指包括电容在内的整个电路的功率因数比单独的感性负载的功率因数提高了；另外线路电流的减小,是由于电流的无功分量减小的结果,而电流的有功分量并未改变。实际生产中,并不要求把功率因数提高到1,即补偿后仍使整个电路呈感性,感性电路功率因数习惯上称滞后功率因数。若将功率因数提高到1,需要并联的电容较大,会增加设备投资。

3电容器的补偿方式

3.1欠补偿

当 Ι1Sinφ1＞Ι2时，总电压超前总电流,如图3中a图，φ为正值,Q也是正值,电路呈感性，这种情况称为欠补偿,也就是说,电容支路的无功电流补偿了R、L支路的无功电流的一部分,但没有完全补偿,电路仍然为感性电路。无功补偿中欠补偿的情况也很普遍，虽然电容器投入运行，但仍旧不能充分补偿电网的无功。

3.2过补偿

当Ι1Sinφ1＜Ι2时,总电压滞后总电流,如图3中b图所示, φ为负值,Q也为负值，电路呈容性。这种情况称为过补偿。也就是说,电容支路的无功电流把R、L支路的感性无功电流全部补偿后还有多余,使整个电路呈容性。在变电所的无功补偿中要特别注意过补偿，出现这种情况后就会向电网倒送无功，电网电压升高，危害电网和设备安全运行，增加往损，电压合格率降低。但是在线路的分布补偿中过补现象经常出现。

3.3全补偿

当Ι1Sinφ1=Ι2时,总电压和总电流同相位,如图3.1中c图所示。φ=0，Q =0,整个电路呈阻性,两个支路的无功电流相互抵消,总电流中只有有功分量,我们把这种情况称为电路发生谐振。

图3

4结束语

通过配电网四种无功补偿方式和补偿装置的比较，得出最优的补偿方案：线路分布补偿，安装并联电容器。

配电网无功优化补偿的研究分析 篇6

在电力系统中, 电压水平是衡量电能质量的一个重要指标, 而系统的无功平衡则是决定电压水平的基本条件。在无功电源不足的情况下, 电网的无功负荷和无功电源将处于低电压的平衡状态, 会给电力系统带来如系统有功和无功损耗增加、设备升温、设备出力不足、系统稳定性降低等一系列的危害, 严重时甚至会导致系统解列。目前, 我国配电网中普遍存在着无功电源布置不合理和无功不平衡的问题。如何在确保配电网安全可靠供电的基础上, 科学地利用和优化配置无功电源, 使配电网在无功平衡条件下运行, 是改善配电网电能质量、提高电压合格率、降低线损、实现低碳环保的绿色电网和提高供电企业效益的重要手段。

1 配电网无功优化补偿的重要意义

电力系统中对无功的需求主要来自变压器和线路的无功损耗、电动机的无功负荷, 而发电机和各类无功补偿装置则是无功电源的主要来源。当供电线路输送的有功功率数量一定时, 其输送的无功功率越多, 线路上电压的损耗就越大。此时, 若对其进行适当的无功补偿, 就会大大减少线路上所需要输送的无功功率, 从而大大减小电压损耗, 进而提高了电能质量。由于配电网是直接面向广大电力用户的, 其电能质量的好坏, 将直接影响到广大电力用户的用电安全。此外, 如果配电网的线损过高, 也会严重影响到供电企业的效益。因此, 解决好配电网的无功补偿问题, 进行无功规划优化实现无功补偿容量合理配置, 对配电网的供电安全和节能降耗都有着重要的现实意义。

一方面, 由于长期以来人们没有充分认识到电力系统无功平衡的重要性, 忽视了对无功电源的建设, 造成了无功电力缺额的局面;另一方面, 由于缺乏科学的无功规划方案, 造成了如低压补偿与高压补偿的补偿容量配置不合理、补偿装置的补偿地点不合理等现象, 不能达到优化补偿的要求。而无功优化补偿的目的就是通过优化计算, 调整无功潮流的分布, 降低网络的有功功率损耗, 利用增设无功补偿装置、调节变压器分接头等方式来保持合理的电压水平。当然, 这一切都是在保证电力系统安全可靠运行的前提下所进行的。

综上, 对配电网进行无功优化补偿能带来以下好处:

(1) 提高配电网的运行可靠性和安全性;确保配电网电压水平保持在允许的范围内运行, 有效提高了供电的电能质量。

(2) 合理地安排无功补偿的容量及补偿位置, 大大减少了投资;减少了配电网的运行损耗, 在实现低碳环保的绿色配电网的同时, 也大大提高了配电网运行的经济性。

(3) 可以有效地削减配电网的无功潮流, 使得无功潮流的分布更加合理, 减轻了变压器和输电线路的负担。

2 配电网无功补偿的主要形式及补偿容量的配置

目前, 配电网的无功补偿主要有以下几种形式:

2.1 变电站集中补偿

变电站集中补偿的补偿装置包括同步调相机、静止补偿器和并联电容器等, 装置一般连接在变电站的10 k V母线上, 维护和管理都很方便。这种补偿方式可以有效地改善配电网的功率因数, 但对配电网的降损没有帮助。

2.2 杆上无功补偿

针对10 k V馈线沿线的公用变压器进行无功补偿的方式被称为杆上无功补偿。这种补偿方式适于负荷较重且功率因数较低的长距离配电线路, 具有补偿效率高、投资小、回收快、便于管理和维护等优点。但由于这种补偿方式是长期固定补偿, 而负荷则是经常变化的, 因此适应能力较差, 在线路重载时, 很难达到0.95的补偿度。

2.3 用户终端分散补偿

在电力用户终端直接对其进行无功补偿, 是保持配电网电压水平、降低配电网线路损耗十分有效的手段。用户终端分散补偿不仅可以减少电压损失、改善电压质量, 还能进一步改善用电设备启动和运行条件, 释放系统能量, 提高线路供电能力。但这种补偿方式缺点也很明显, 由于其补偿容量一般按配电变压器低压侧最大无功功率来配置, 这就使得各配电变压器轻载时造成大量补偿电容器时闲置, 设备利用率不高[1]。

2.4 低压集中补偿

低压集中补偿通常是根据用户负荷水平的波动, 采用微机控制的低压并联电容器柜, 投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。这种补偿方式不仅能够提高配电网的功率因数, 实现无功功率就地平衡, 还能对配电网和配电变压器起到一定的降损作用, 保证电力用户的电压水平[1]。

2.5 补偿容量的配置

(1) 变电站集中补偿方式的补偿容量一般按照主变容量的20%～40%来配置;

(2) 配变低压侧电容器补偿要防止轻负荷时向10 k V配电网倒送无功, 电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为原则;

(3) 配电线路上的分散补偿容量通常可以按照在均匀分布负荷的配电线路上, 安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2/3;安装最佳地点是自送端起的线路长度的2/3处, 可以按照“三分之二”法则来选择。但在实际应用时, 也应根据具体情况具体分析, 不能一概而论[2]。

3 配电网无功优化补偿中相关问题的解决

3.1 无触点投切和无级调节容量的解决办法

低压电容无功补偿装置一般用可控硅作为执行元件, 其要求对系统电压进行实时跟踪, 然后在特定的时刻发出控制信号将补偿装置接入配电网。现有的无功补偿装置大多采用控制可控硅的触发角来控制投切电容量的多少, 这种控制方式不仅会引入高次谐波, 造成较大的冲击电流, 还会缩短晶闸管使用寿命, 无法充分体现出无触点开关控制的优势。

若采用通断率控制的方式而不是采用触发角控制方式来调节投切的补偿电容容量, 就可以很好地避免电压高次谐波的产生。此外, 采用晶闸管和二极管反并联的形式, 注意在电流过零时再投切电容, 则可以大大减少冲击电流。

3.2 电流谐波放大的原因及其抑制措施

当非线性用电负荷在配电网电力用户中占较大比重时, 若投切的容性电抗组谐波容抗与系统等效谐波感抗相等时会发生谐振, 会在电抗组中引起很大的谐波电流, 导致电抗组因过热而损坏, 还会对配电网其他的用电设备造成影响。此外, 由于容性电抗组的谐波阻抗小, 较大谐波电流的注入会使得容性电抗组过载, 严重缩短其使用寿命。

因此, 配电网应对无功补偿的容量和补偿位置进行统一规划, 选择合适的补偿容量和补偿地点以避免谐振和无功倒送。要注意避免空载变压器带电容器组运行。在手动调试时, 要注意遵循电容器组后投先切的原则, 避免将空载变压器与电容器组同时投切;对有自动投切装置的电容器组应注意带负荷。此外, 针对不同情况的电流谐波, 可通过串联适当低压感性电抗器的方法使电容器回路对某次及以上谐波呈感性, 以避免谐波放大和谐振[2]。

3.3 电压谐波产生的原因和解决方法

若采用触发角控制的电力电子器件对电抗进行投切, 就会使电压波形发生畸变, 从而产生电压高次谐波。一方面可以在软件上采用通断率控制方式来尽量减小电压波形的畸变, 保持电压波形的完整;另一方面可以采取无源滤波措施, 滤除有害的高次谐波, 减少对电网的污染。

3.4 实现全局最优的解决方案

在现实条件下, 在配电网每一处节点都安装无功补偿自动控制器既不现实、经济上也不可行。而全局最优又要求每个无功补偿自动控制器都不是孤立的, 而是相互联网, 能进行信息交流, 可以随时掌握整个配电网的实时运行信息。要在实际条件允许的情况下实现这种功能, 必须从以下3个方面着手:

(1) 采用非线性规划方法, 选出在信息上能充分反映配电网运行情况的若干个典型控制节点, 这些节点要求在补偿效果和经济上都是最优的。

(2) 结合配电网运行的实际情况, 寻求到一个简单、联网方式下独立一致、计算量不随节点的数量增加而有明显变化的最优算法, 使得当控制器工作在联网方式时, 补偿效果能达到全局最优;工作在就地补偿方式时能达到补偿点局部最优。

(3) 采用无线通讯方式进行数据传输。控制器之间的数据交流是实现整个配电网最优补偿方案的基础, 这是因为配电网的各个典型控制节点上的无功补偿自动控制器必须以配电网其他部分的参数作为优化决策的依据。由于配电网本身的结构和电气特性原因, 加上现代无线通讯技术已被实践证明是安全可靠、高速高效、经济可行的, 因此, 在各个典型控制节点之间通过无线通讯技术来传递数据是一种行之有效的手段[3]。

3.5 三相不平衡现象的产生原因和解决办法

供电系统中的负序分量将增大交流电动机的功率损耗, 还会加剧其运行时的振动和噪音。这种负序分量正是由于负荷的三相不对称而产生的。

三相不平衡电流可分解为正序分量、负序分量和零序分量, 如果能够补偿掉负序电流分量, 并通过合理的绕组接线使零序电流无法流通, 就可使三相负荷平衡, 对正序电流中的无功分量可实现分相无功补偿。

4 结语

配电网中无功电源配置的合理与否直接关系着电力系统的安全、稳定和经济运行。而配电网无功优化补偿就是在保证配电网安全可靠运行的前提下, 根据不同的负荷水平, 控制配电网中已有的如同步发电机、无功补偿器、有载调压变压器等无功补偿设备来合理调整配电网中无功功率分布, 一方面使配电网满足一定安全约束, 使各节点电压满足要求;另一方面使配电网的有功损耗最小, 无功补偿设备的投资最小。

参考文献

[1]刘金玲, 金席卷, 冯林桥, 等.配电网的无功优化和无功补偿[J].广东电力, 2008, 21 (6) :9～10

[2]苑舜, 韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社, 2003.46～49

配电网无功补偿研究 篇7

长庆油田是陕西省电力公司的重要大客户,其供配电系统的安全经济运行直接关系到陕西省电力公司需求侧技术服务的工作质量。针对长庆油田配电网的负荷特性,长庆油田和陕西省电力公司进行了针对性研究和实践,取得了显著效果。

据统计,我国部分油田年耗电量约占油田采油操作成本的30%～40%[1],我国早期的油田配电网多是边生产边建设,缺乏全面规划,导致在无功补偿方面的问题较多。多数老旧油田的配电网无功补偿配置不合理,无功损耗高。所以降低油田配电网损耗,对降低油田生产成本有重要意义。

1 油田配电网存在的问题

目前老旧油田配电网主要存在以下几个问题:

(1)由于边生产边建设,对用电需量预测不准,配电变压器容量选择较大,不能保证变压器运行在经济负荷区内。

(2)配电变压器多为老旧型设备,变压器的运行及空载损耗过大。

(3)抽油机机采系统中,考虑到抽油机平衡机构处于最低位置时需要很大的启动转矩而选用了较大容量的电动机。

(3)无功补偿不合理,变电站集中无功补偿较多,分散就地补偿较少,无功传输损耗很大,没有采取就地补偿措施的配电变压器低压侧无功功率因数很低(0.1～0.3)。

上述问题导致配电网传输无功负荷过大、运行功率因数偏低、网损增加、电压质量下降,电网容量不能得以充分利用。因此,从油田长远发展的角度来看,对配电网进行优化,提高电网运行功率因数,降低无功网损,将是油田配电网改造的重要课题。

2 油田配电网用电负荷

2.1 抽油机负荷特性

抽油机负载是以抽油机冲程为周期的连续变化的周期性负载,图1为油田系统实测的典型抽油机负荷转矩M变化曲线[2]。

为了保证抽油机有足够大的启动转矩,选择的电机功率较大,抽油机正常运行时负荷率很低,一般在20%左右[2]。

假定抽油机转速n保持额定不变,且电机始终处于非饱和状态,则电机的输入有功功率P和无功功率Qs分别为[3]:

式中:U1为电机输入相电压;Xm为电机励磁阻抗。

P与转矩M成正比,波形接近正弦曲线。可见Qs近似为常数,即抽油机的无功功率基本不变。无功功率的大小与电机的设计、材料、制造工艺有关。

不同油井抽油机的负荷曲线不同,但是通过对抽油机负荷特性的大量测试表明,各种抽油机负荷功率变化曲线很相似[4]。图2为1个典型的抽油机负荷功率变化曲线图。

由图2可以看出,在1个上下冲程周期内,抽油机有功功率的变化较大,其曲线近似为正弦波。无功功率的变化相对而言较平稳,波动范围不是太大。在电机处于工作状态时无功功率的变化将和电机负载大小有一定关系,而抽油机的负载很低,所以抽油机上下冲程的无功功率的变化较小。

2.2 油田配电网的负荷特点

表1列出了某油田采油厂主要用电负荷的类别及所占比例。油田配电网的负荷中抽油机、注水泵和油站用电占总用电量的90%以上,这些负荷大多数是以感应异步电动机为动力的泵类负荷,在轻负荷状态下,由于有功功率较小,而无功励磁功率只取决于电机的工作电压,这样就使功率因数更低,将使配电网的功率损耗加大,电压质量降低。

所以油田配电网的无功功率需量很大,完全不同于普通城市配电网,所采取的无功补偿策略与普通城市配电网有本质的区别。

2.3 无功功率网损比重大

对于同一条馈线,输送同样大小的有功功率时,总电流的增大会导致设备及线路损耗增加[3],即:

式中:ΔP为设备及线路总损耗;I为输入电流;U为输入电压;R为总的等效电阻;P为有功功率;Q为无功功率;ΔPP为与有功功率相应的有功电流在设备与线路上产生的功率损耗值;ΔPQ为与无功功率相应的无功电流在设备与线路上产生的功率损耗值。

△P与无功电流的平方成正比,所以无功电流的增加将引起线损的急剧变大。油田配电网具有供电半径长、分支多、配电变压器数量大等特点,配电网的无功损耗占网损的比例(k)很大,如式(4)所示。

油田广泛采用变电站并联电容器实现无功补偿,这种补偿方式可以补偿配用电设备的无功需求,但不能降低配电网线路的无功电流,达不到降低配电网线路无功损耗的作用。配电网线路越长,无功损耗越大。可见无功功率对油田配电网运行具有很大影响。要实现油田配电网优化运行,减少线损,必须采取有针对性的无功补偿方案。

3 油田配电网无功补偿

3.1 油田配电网无功补偿的原则

根据油田配电网的负荷特性,其无功补偿应该遵循如下原则:

(1)油田配电网的无功补偿,必须以配电网综合网损最小为目标,针对不同的负荷类型、不同的供电环节,采取相应的综合措施才能取得最好的效果。

(2)抽油机、注水泵等设备的无功需量大,只有就地补偿才能避免无功传输产生的损耗。

(3)对于主要以抽油机为负荷的配电变压器无功补偿,因为抽油机的有功功率一直在变化,无功功率基本不变,所以功率因数一直在变化,不能采用功率因数作为自动投切的判据。采用固定补偿方式性价比最高,还可以避免自动投切造成的投切开关故障。

(4)无功补偿应该按照“分级补偿、就地平衡”的原则进行。

3.2 油田配电网主要的无功补偿方式

3.2.1 随抽油机分散补偿

随抽油机分散补偿方式即给每台抽油机配备1套无功补偿电容器装置。因为抽油机工作过程中的无功需求是基本固定的,所以补偿电容器的容量大小按式(2)进行计算。补偿电容器随抽油机的启动一同投入运行,随抽油机的停机一同退出,对电容器应加装过压保护装置。

每台随机安装的无功补偿电容器只对本抽油机的无功功率起补偿作用,所以应该对同一配电变压器台区的抽油机统一安装随机补偿电容器,进而对油田1个变电站供电区域的抽油机统一进行分散补偿改造。

这种补偿方式只对抽油机的无功需量实现较为理想的补偿,对配电变压器的其他无功负荷需要考虑另外的补偿措施。

3.2.2 抽油机配电变压器低压侧分组固定补偿

不能采取随抽油机分散补偿的场合,可以在配电变压器低压侧采取分组固定补偿的方式。对于以抽油机为主要负荷的配电变压器,需要按式(2)计算每台抽油机的无功功率Qs。无功补偿电容器的分组数量按抽油机数量加综合需量来配置,电容器组的投切和抽油机运行相对应,人工分组投切。

对配电变压器的其他较大的无功需量及变压器本身的无功需求,专门配置1组电容器,根据需要人工控制投切。

3.2.3 注水泵站配电变压器低压侧补偿方式

以注水泵为主要负荷的注水站配电台区的负荷比较固定,可采用固定补偿方式。补偿容量的大小,按水泵电机无功负荷进行计算,电容器的分组与注水泵相对应,一般采用人工投切的方式较为适宜。

3.2.4 生活、维修区配电变压器的无功补偿

生活、维修区配电变压器的负荷特性与抽油机特性是完全不同的,负荷变化较大。为取得较好的效果,宜采用自动补偿方式。补偿电容器的总容量按配电变压器装建容量的三分之一估算,电容器分4～6组,按非均等方式配备,组成从小到大的补偿组合序列值,满足配电变压器负荷变化较大的需要。

3.2.5 变电站电压无功综合补偿

变电站集中电压无功综合补偿调节装置(VQC)是油田配电网变电站必备的设备,主要是补偿配电网馈线和配电变压器的无功需量,以及配电网其他的无功负荷,满足油田配电网的无功需求,调节电压质量。电容器的补偿容量按所有设备线路无功需量的总和进行计算,其总和一般不超过主变压器容量的60%。无功补偿采用电压无功综合调节方式,具体方式不再赘述。

3.2.6 其他补偿方式

高压馈线无功补偿是根据无功就地补偿的原则,在馈线高压侧对部分配电变压器进行无功补偿,适用于没有采取就地补偿措施的配电网超长馈线。在线路的中下游段或主要的无功负荷处进行集中补偿,可以降低线路无功损耗,提升馈线末端电压水平。

4 油田配电网的无功优化

4.1 油田配电网无功优化方法

油田配电网各种网络参数或控制变量有着自身的特点,抽油机负荷的无功功率基本不变,宜采用固定电容器代替传统的根据功率因数投切电容器进行无功补偿。油田配电网多为树状网络结构、支路R/X较大、一般为单电源供电等。所以配电网的无功优化有其独特的方法。文献[3]给出了1种适用于油田配网特点的简化优化方法。

为抽油机供电的变压器安装了低压侧无功补偿装置后,设配电网的有功功率损耗减少量为ΔPL,则配电网变压器低压侧无功补偿优化规划问题为:寻求1组变压器低压侧无功补偿装置的最佳安装位置,目标函数见式(5)。

约束条件包括:1)电压处在规定范围内;2)未超过总的投资规模(投资规模按总的无功补偿安装个数来体现,不同容量的无功补偿装置价格差别忽略不计)。

对于1个具有L条配电线路、M台配电变压器的配电网,(也即M个“侯选位置”),其投资规模允许安装H台低压侧无功补偿装置,先搜寻第一个ΔPL最大的位置,用潮流计算补偿点负荷,计算是否满足电压条件,依次搜寻下一个,直至搜寻到第H个。在各个侯选位置安装低压侧无功补偿装置后对整个配电网产生的有功损耗功率减少量之和最大为目标进行优化。

按照上述优化原则,设计了无功优化软件,对油田配电网无功补偿进行了优化计算。

4.2 油田配电网无功优化补偿实践

在某油田变电站,选择了1条典型的油田配电网线路,总长14 km,采用LGJ-70钢芯铝绞线,安装有27台配电变压器,为分支型线路,其中4台配电变压器已经采取了无功补偿措施。计划对剩余配电变压器中的6台进行优化补偿,测试补偿效果。采用配电变压器低压侧固定分组无功补偿的方式,首先计算出各配电变压器的无功需量,利用无功优化软件,输入线路参数,进行优化计算,得出了6台补偿配电变压器的位置。所选的6台配电变压器无功需量是最高的,相同无功需量的配电变压器应选择距离较远的,符合优化补偿的原则。对6台配电变压器安装了无功补偿装置,对欠补偿和全额补偿2种不同补偿容量的补偿效果进行了测试。按理论无功负荷需量全额补偿的,配电变压器低压侧功率因数达到0.93以上,可见无功补偿计算是正确的。具体数据见表2[5,6]。

5 油田配电网无功监测实践

5.1 无功优化监测试验系统建设

在某油田采油厂,建设了1套配电网监测试验系统,系统框图见图3。一是为取得配电网无功优化补偿试验区域第一手资料,确切掌握监测区域的无功状况,为进行无功优化补偿打下基础;二是通过补偿前后数据的监测,对补偿效果进行对比分析。本监测系统可以为油田生产提供更多服务。

(1)在采油厂建设配电网监测主站系统1套,配2台计算机,1台为数据采集监测工作站,1台为数据处理服务器。

(2)选取4座35 kV变电站,安装数据采集装置,将智能电能表接入采集器。对主变压器高压侧、低压侧,各10 kV出线的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量等数据进行监测。数据上传主站,生成各种报表,分析配电网无功状况。

(3)对实施无功补偿的配电网线路进行监测,通过该线路上6台配电变压器补偿装置的监测终端,对配电变压器的工作状况进行监测,包括配电变压器低压侧电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等。通过配电变压器监测终端上传的数据,对无功水平进行统计评估。

(4)各变电站数据和配电变压器数据通过中国移动GPRS无线方式上传到主站。

5.2 监测系统主要功能

本监测系统是1个精干高效的SCADA系统,软件为C/S结构,主要功能有:

(1)数据采集。不仅可以采集变电站、配电变压器的各种数据,通过各种不同终端,还可以采集油田的其他模拟量、开关量、数字量等数据,如压力、流量、温度等。

(2)数据处理。可组态定义模拟量计算公式、开关量逻辑公式,生成虚拟量,供各软件模块及报表调用,数据处理功能灵活。

(3)系统提供实时数据库及服务接口,供各应用模块调用。

(4)系统提供完备历史数据库,满足数据库开发互连ODBC要求,可以配备MS SQL Sever、Oracle等多种数据库管理系统。

(5)画面显示监视。具有用户画面编辑数据组态显示、实时数据显示、告警等功能。

(6)曲线棒图。用户可自定义曲线,多曲线同画面显示等。

(7)报表定义自动生成打印。用户可自定义各种报表,进行数据统计等。

(8)通信。兼容光通信、GPRS/CDMA/3G无线通信、电力载波、微波等多种方式,具备RS232485及以太网等多种接口,可扩展各种通信协议。

5.3 监测系统的优点

本监测系统采用网络结构,规模可扩展,功能可组态,适应性好。软件采用C/S及W/S模式设计,方便功能模块扩充。通信方式多样,接口丰富,不仅适应油田配网电气系统监测,还可以扩展到油井、输油管网等系统的监测及控制。

本监测系统投资低,施工工作量小,现场只需将智能电度表通信线接入采集器即可,易于推广。

5.4 监测数据分析

(1)对监测数据分析发现,以抽油机、注水站为主要负荷且没有实施无功补偿的线路,变电站侧线路功率因数较低,一般为0.3～0.5。在配电变压器低压侧,功率因数更低,一般为0.2～0.4。其原因是油田配电网馈线长,变电站集中补偿效果不好,线损大。

(2)以抽油机为主要负荷且没有实施无功补偿的线路,各配电变压器经过无功补偿后功率因数达到0.95时,经粗略统计,线损降低50%以上[5]。

(3) 6台无功补偿装置的投入,理论计算每年可节电4.82×105 kW·h。分析2个月的实测数据,去除其他因素,平均每月节电大约为3.91×104 kW,h,估计每年节电大约为4.692×105 kW·h,与理论计算基本吻合,经济效益十分显著。

6 结论

(1)油田配电网无功功率需量很大,早期建设未经补偿的配电变压器低压侧功率因数很低,一般在0.2～0.4。

(2)抽油机的有功功率变化较大,接近于正弦曲线,而无功功率相对较平稳,基本为常数,抽油机的配电变压器低压侧补偿不能按功率因数作为投切电容器判据。

(3)随抽油机的分散固定补偿方式和配电变压器低压侧分组固定补偿方式是油田配电网无功补偿的最佳经济技术方案,结合变电站电压无功综合调节,形成油田配电网完整的补偿体系。

(4)无功优化补偿选择的配电变压器位置符合优化原则,实施效果良好,配电变压器低压侧功率因数可提高到0.95,理论节电和实测节电相符,节电效果明显。

(5)油田配电网监测系统规模可扩展,功能可组态,通信灵活,为验证无功补偿效果提供了第一手数据,还可方便地扩展为油田生产检测系统。

参考文献

[1]戴超仁,姜衍智,陈国成油田电网优化与节能技术[M].北京:石油工业出版社,1995.

[2]周新生,程汉湘,刘建,等.抽油机的负载特性及提高功率因数措施的研究[J].北华大学学报(自然科学版),2003,4 (6):536-540.

[3]武晓朦,刘健.油田配电网理论线损计算[J].西安理工大学学报,2007,(5):193-194.

[4]李炳建,闫苏莉,魏娜.油田配电网无功优化分析[J].电子设计工程,2008,16(7):25-26.

[5]黄庆,董家读,黄彦全.一种新的配电网无功优化算法[J].陕西电力,2009,37(2):22-25.

[6]闫苏莉,武晓朦,魏娜.基于改进遗传算法的油田配电网无功优化[J].电子设计工程,2009,17(1):20-22.

[7]黄伦,左剑飞,吴敏.配电网无功优化规划及控制系统[J].电网与清洁能源,2010,26(6):20-22.

配电网无功补偿研究 篇8

1.无功补偿的基本原理

无功补偿技术(Reactivepowercompensation),在电力供电系统中起到提高电网的功率因数的作用。借助无功补偿技术可以有效的降低供电变压器及输送线路的损耗,有助于提升电能的使用效率。由此可见,无功功率补偿技术在电力供电系统中有着非常重要的作用,合理的使用无功补偿装置,可以最大限度的降低电网的损耗,提高电网质量。但如果选择或错误的使用无功补偿技术,则有可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多问题。

■1.1配电网中的线路损耗

供电企业主要借助配电网进行电能的传输,在电能输送过程中,配电网的导线以及电气设备都会产生一定数量的电能损耗,而这些损耗都是以热能的方式散发到周围的介质当中。根据损耗产生的原因,主要可以分为固定损失、可变损失以及不明损失三种类型。其中固定损失主要是指在配电网上施加电压后,随着电压变化而产生的电能损失;可变损失则主要是在电气设备中,如导线上或者变压器上产生的铜损以及接户线中产生的电能损耗等等;不明损失则是指供电过程中产生的不明损失,大致有窃电、放电率以及绝缘漏电等。

■1.2电能损耗计算

配电网中的电能计算主要是均方根电流法,再结合实际的计算数据、资料以及计算条件进行综合运用。均方根电流法的算法简单,主要按照配电网的无功功率、有功功率、电压参数或者整点负荷电流等数据进行求解计算,得到的计算结果精度较高,但是需要根据配电网变压器的额定容量正比关系来分配计算,所以理论数据与实际情况可能不相符。

2.配电网无功补偿技术的分析

配电网的电能损耗是无法避免的,但是我们可以采取一些合理的措施,将电能损耗降低到一定的可控范围内。无功补偿技术是供电企业常用的降低线损措施,该技术主要借助无功补偿设备提供一定的无功功率,从而提升配电网系统的功率因数,降低电能损耗。无功补偿技术投资少,见效快,而且能够有效地改善电网电压的质量。

为了确保配电网平稳、高效的运行,要根据电网的实际情况,检查电气设备的运行状态,并根据具体变化来确定实际的补偿方案。无功补偿技术的主要方式是输电线的补偿和负荷补偿,在10k V配电网中无功补偿技术主要是负荷补偿,分为变电站集中补偿、低压集中补偿、10k V杆上无功补偿以及用户终端分散补偿,各自优缺点如表1所示。

在10k V配电网中无功补偿技术使用时需要选择成本低、补偿效益高、方便安装和维护的电容器设备,尽可能实现就地无功补偿,最大限度的减少来自电源侧的无功电力。补偿方式以分散补偿为主,集中补偿为辅,就地操作在变电站进行集中补偿,在变压器旁和用电设备附近进行分散补偿。此外,在10k V配电网中无功补偿技术要尽量平衡分站、分线的无功电力,实现无功电力长距离输送的最小化。无功补偿技术主要是降低线损,辅助调压,尤其是在农村电网中,分支线路多、线路长、功率因数低、负荷分散,所以降损是主要目标。结合用户的实际情况,进行无功补偿与供电部门的无功补偿,实现低压补偿和高压补偿相结合的方式,与防腐行业轻载时出现过补偿,尽可能实现最佳补偿效果。

3.结论

综上所述,线损是供电企业技术水平考核的重要指标,线损水平的好坏能直接反映一个供电企业的技术水平和管理能力,因此在现代化电网建设过程中,降低电能损耗就成为人们关注的焦点问题。本文主要分析了10k V配电网中的线路损耗的主要类型,然后就电能损耗的计算方法进行简要阐述,重点就10k V配电网中无功补偿技术的应用进行了研究,对比分析了变电站集中补偿、低压集中补偿、10k V杆上无功补偿以及用户终端分散补偿四种补偿方式的优缺点,为日后的研究提供理论基础。

参考文献

[1]胡文慧.配电网无功补偿存在的问题及解决方法[J]山东工业技术.2014(18)

[2]王庚良.10k V配电系统无功补偿技术与经济性研究[D]华北电力大学2014

配电网无功补偿研究 篇9

1 DSP动态无功补偿系统硬件设计

TSC主控单元是将TMS320LF2407芯片作为核心, 具备采样和计算以及通信等多种功能, 具体构造如图1所示。依据功能可以分成DSP控制和主电路以及控制器的外围电路。在设备通电过后, 运行一段时间后控制器就会开始工作, 主要针对系统中的三相电压与三相电流完成采样, 依据电压与电流数值计算出系统的无功功率, 然后和用户所设置的投入门限与切除门限完成比较, 最后充分考虑系统中电压幅值的具体状况明确电容器机组的投切, 而投切命令一定要输入至触发电路中, 因为触发电路的控制晶闸管会在电压正向峰值时投入电容器, 依据“无功控制和电压调节”相关原则完成电容器机组的有效控制, 这样不但可以在一定程度上改进电压质量, 提升功率因数, 同时在一定程度上减小网络损耗。综合考虑配电网系统对于复杂性以及经济性需求, 电容器的分组通常利用K-1个电容数值全部是C的电容以及一个电容数值是C/2的电容, 从而经过分组之后可以构成2K级别的电容值。其中最小的一路是单位电容量, 其直接影响着补偿的精度。

1.1 主电路模块

其主要包含所有的电容器组, 设备一般依据负载具体状况, 同时在所有的电容器支路以串联的方式连接电抗器, 也就是构成滤波器组。通常状况下, 低压配电系统中主要利用TSC完成基波无功补偿, 如果配电网系统非线性选择电荷比重相对较大, 同时采用并联的方式接入电容器组, 会因为电容器组中谐波阻抗相对较小, 而注入到电容器组中的谐波电流比较大, 就会造成电容器出现过负荷, 在很大程度上影响其应用年限。

1.2 电磁屏蔽保护

其可以确保配电网系统的安全运行, 防止系统受到高频磁场干扰。主电路系统主要利用SVPWM控制方式, 此功率开关通常在频率相对较高的范围之内工作, 若是系统依据一定的频率或是幅值不断完成开关的动作控制过程中, 所输出的电流以及电压就会附带高频谐波有关离散功率谱, 因为高频率开关需要不断进行切换或是存在一定的高载波频率, 就会出现十分严重的电磁干扰现象。对此, 运用电磁屏蔽或是隔离电路关键分路耦合与电磁耦合等。在此电路设计过程中选择链式结构, 所有的链节中直流电压相对较低, 而且出现的电磁干扰也比较小。比如说, 选择光纤信号传输, 对于功率模块和控制模块中的信息传输利用耦合以及光纤完成传递, 这样就形成一定的电隔离, 并且相应速度比较快, 具备相对较高的传输效率。

2 动态无功补偿软件设计

2.1 采样中断模块

程序在进入A/D中断之后, DSP会进行采样值的有效读取, 一般情况下采样会在一个周期内完成, 然后进行FFI运算。其中FFI一般是由反序与蝶形运算构成。其中反序通常依据码位倒置的相关原理完成。其作为蝶形运行的关键条件。而且蝶形运算是进行FFI的关键, 一定要完成许多次的相乘才可以实现, 为了能够防止运算过程中发生数据溢出, 就应该对蝶形运运算相关中间化结果完成归一化。除此之外, FFI程序需要利用汇编语言实现, 有效运用DSP中反间接寻址与间接寻址模式。在主程序中利用C语言进行编程, 可以在到一定程度上提升可移植性。

2.2 SVPWM信号产生模块

PWM波形成模块直接影响着配电网的无功补偿, 经过对配电网测得的相关电流完成采样处理, 然后通过DSP模块完成内置运算, 有效计算出所需补偿的无功电流具体大小, 而在数据输入到SVPWM生成模块当中发出PWM信号, 有效驱动IGBT导通和关断。

2.3 SVG无功补偿控制系统

所检测的无功电流Iq和无功电流的参考值Iqref可以完成实时跟踪, 并且误差相对较小, 具备相对较高的补偿精度, 其中有功功率始终维持直线输出, 而且无功功率的大小实时依据配电网的具体需求完成有效调整, 实时完成补偿, 基本上实现了动态补偿迅速性。另外, 运用双闭环的控制手段, 可以对直流侧电压完成有效控制, 同时直流侧电压所输出的波形基本上是平直的, 可以有效保证主电路的稳定、安全以及可靠性。

3 结束语

综上所述, 以DSP作为基础完成控制, 同时利用晶闸管的投切电容器进行无功补偿的设备, 其不但可以比较准确的、迅速的极性无功功率的有效补偿, 还可以始终保持最佳功率在合理范围之内。另外, 运用此种装置能够比较有效避免补偿与投切振荡问题的发生, 在一定程度上抑制谐波与电压的闪变, 避免出现线损与变压器的损耗。

摘要：无功功率作为交流电力系统优化设计以及运行中的关键因素, 其和电力系统安全可靠与经济运行有着密切关系。在电力系统规模不断加大形势下, 对于电力系统的无功率提出了更高的要求, 特别是基于DSP的动态无功补偿装置需求。对此, 研究和分析配电网中基于DSP的动态无功补偿装置有着深远意义, 从而有效保证配电网的安全、稳定运营。

关键词：配电网,DSP,动态无功补偿

参考文献

[1]刘磊, 王仲初, 胡杨等.三相电压型SVG的直接电流控制方法及仿真[J].辽宁科技大学学报, 2010, 33 (05) .

配电网内涵节电方法之无功优化 篇10

关键词：内涵节电 无功优化 IEC61970/61968 仿真决策

中图分类号：TM714文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01

电力行业作为国民经济重要支柱，其自身损耗问题较为突出，其中配电网点多面广，结构复杂，负荷性质多样，负荷变化波动大，配电网的损耗约占总损耗的43%。因此，配电网节电工作势在必行。

1 内涵节电与无功优化

配电网节电应从实际情况出发，认真搞好电网规划建设、调整网络布局、调整运行电压、优化供电方式、更换导线、更换变压器、优化无功设备和平衡三相负荷等。其中，不需要投资或较少投资的网优类的方法（内涵节电）产生的效果明显，投资小，回收快，效益显著。无功优化是其中最典型的一种。

2 IEC61970/61968 CIM模型

进行无功优化，需要构建配电网真实模型，一般通过获取静态模型和运行数据，进行网络拓扑和状态估计而得到。

基于IEC61970/61968 标准的CIM配电网模型，表示了电力企业运行各个方面建立模型通常所需的所有主要对象，CIM模型包含这些对象的公有类和属性，以及它们之间的关系。CIM模型文件采用可扩展的标记语言XML，XML是不同系统之间的数据接口标准，是所有信息的中间层表示，可解决信息表示、关联的统一，实现跨平台、跨操作系统的信息交互。

在第三方提供CIMXML文件的情况下，优先采用对第三方系统提供的CIMXML文件进行读取和解析。在实际应用过程中，当第三方系统对电网静态模型进行维护，导出新的CIMXML文件后，应立即执行解析和存库操作。

在实现CIMXML文件级数据交换的基础上，实现符合IEC 61970/61968标准的CIS接口，不管第三方系统内部的数据模式是否完全符合标准，不需要关心数据信息在第三方系统中的存储方式，通过CIS接口就可以进行运行数据的获取。

基于IEC61970/61968标准的互操作应用日益广泛，目前已经实现与EMS、DMS、PMS和GIS等系统的交互应用[1]，该模式代表未来主流方向，是实现数据共享、互联互通的关键内容，能够有效保护用户资源。

3 无功优化规划

无功优化规划是保证电网规划时“保证在各种情况下电网的供电连续性”这一目标得以实现以及提高电网运行质量、降低网损的重要步骤[2]。

进行无功优化规划时，优先采用自下而上的顺序，在对高电压等级电网规划时，应计及下级电网的补偿效果。通过以网损最小为目标，考虑各变量的约束条件，综合考虑各种典型负荷水平下的补偿需求，对配电网的无功补偿提出配置规划决策方案。

4 无功优化控制

无功优化控制包括35 kV及以上电压等级的主网部分（主网AVC）和10 kV及以下电压等级的配网部分（配网DAVC）。

主网AVC和配网AVC独立运行，通过主配联调模块进行协调优化控制，实现变电站、馈线和台区三级自动无功电压协调控制，达到全配电网无功电压 “优化协调，分层控制，效益最大化”[2]。

主网AVC通过调度SCADA系统采集数据进行优化计算，得出变压器分接头与电容电抗器的控制指令，借助SCADA系统通道自动执行。

配网DAVC通过DMS系统采集数据进行优化计算，得出控制指令并对配网相关无功电压设备进行控制。目前国内配网自动化普遍未建立健全，可通过APN专网通信，由服务器直接与终端设备建立通信。

考虑10 kV及以下电网的设备特性及运行特征，配网DAVC一般将电压和无功进行解耦优化与协调控制，首先保证无功就地平衡，然后进行经济运行电压的优化计算和自动调节，先无功后电压，无功优化时考虑对电压的影响，电压优化时考虑对无功的平衡，实现基于电压合格基础之上的电压经济、无功平衡与降低损耗，同时稳定

电压。

5 低压无功三相不平衡优化

低压配电系统大都采用三相四线制，由于单相负载的不平衡性、用电的不同时性等原因，造成三相不平衡，中线上出现不平衡电流，不仅增加损耗、降低效率，还会引起负荷端电压中性点的漂移。

通过叠加原理和对称分量法，通过负荷的Y-Δ变换，得到低压不平衡电流的全电容补偿方法，借助全无功随器自动补偿设备对配变低压侧三相无功不平衡进行补偿，可以消除因无功负荷不平衡带来的配电网损耗。

6 无功设备管理维护

通过调查了解，配电网无功设备管理与维护存在较多问题，除了部分设备长期处于闲置状态以外，投运的设备损坏率也较高，“年年栽树，不见森林”。经过分析，主要问题包括接线不规范、取样倍率不准确、运行电压不匹配、接地不规范、人员观念误区和组织管理薄弱等几个

方面。

无功设备的管理维护，可以通过软件系统进行统一管理，通过APN专网进行通讯，通过实时掌握设备运行状态，建立异常预警机制，及时消除无功设备的隐患，保证设备正常运行。

7 仿真决策

配电网经济运行的指标是网损，通过的实时计算和离线计算，为分析提供大量可靠的基础数据，通过报表和曲线的形式进行对比和分析，方便地找出影响网损的敏感点、网损的高损对象和高损运行方式等，在此基础之上，可以继续进行仿真

决策。

仿真决策实现“所见即所得”，依据SVG图形标准，实现电网图形的共享和使用，通过直接在电网SVG图形上进行人工模拟操作，通过计算和比较，实现对电网运行方式调整或电网设备改造等降损措施的

决策。

8 结语

配电网节电工作非常重要，采用系统性的思路，秉持“全局统筹、逐步实施”的原则，先软后硬，开展无功优化规划、控制、评估分析以及无功设备管理维护工作，涵盖规划、优化、操作、评估和管理等各个阶段，在不增加电网投资或较少投资的基础上，实现系统的、整体的和巨大的

节约。

参考文献

[1]崔巍，史永，孙兵.基于IEC61970／61968电网模型构建和整合[J].电力系统保护与控制，2011（17）：71-74.

微电网的配电网动态无功优化研究 篇11

电压是电能质量的重要指标, 电压质量对电网稳定运行以及降低线路损耗等都有直接的影响。电力系统无功电压的控制与调度是提高电网电压水平的主要措施, 通过调节各种无功装置 (发电机、变压器和并联补偿装置) , 达到无功潮流的最优分配从而实现改善电压水平和降低损耗的目的[1~4]。

随着分布式发电 (Distributed Generation, DG) 包括风力发电[5]、光伏发电技术[6]的不断成熟, 分布式发电已经成为传统电力系统的有力补充。但是分布式发电具有发电随机的特点, 其输出功率随环境的变化具有波动性, 由此大大限制了分布式发电的接入方式[6]。为了解决分布式发电接入带来的问题, 近年来, 微电网作为分布式发电高效利用的网络组织形式被提出来, 微电网实质上是以独立小电网集分布式发电、负荷和储能于一体, 其可以独立运行也可以并网运行[7~9]。正常情况下微电网并网运行, 和配电网之间有功率交换, 故障情况下, 微电网和配电网脱离, 相互不干扰。

当微电网接入配电网时, 配电网无功优化将变得更加复杂, 如何根据配电网负荷情况和微电网运行特性来分配控制设备动作是配电网无功优化需要解决的问题。文献[10]研究了双馈风力发电接入配电网时的无功优化问题, 结合配网运行特性和风速变化情况, 通过调节又载调压变压器分接头和并联电容器实现了无功电压的协调控制。文献[11]讨论了风电场接入系统后的电压稳定问题。文献[6]针对光伏发电出力的随机性, 提出了一种考虑光伏电站随机出力的配电网无功优化问题, 通过建立随机潮流模型, 对电压进行机会约束, 通过无功优化, 有效降低了系统网损。

本文通过分析微电网运行特性和负荷时变特性, 建立包含微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中充分考虑微电网一天运行特性对配电网无功优化的影响, 并结合系统负荷日功率曲线进行时段划分。利用粒子群算法协调无功控制设备一天内的投切时刻和投切容量。通过对改进的IEEE33节电系统的仿真计算验证了本文方法的合理性和准确性。

二、配电网无功优化模型

配电网无功优化模型包括目标函数和约束条件, 本文建立以系统有功功率损耗最小为目标函数, 约束条件主要包含控制变量、状态变量的等式约束和不等式约束。

(一) 目标函数。

其公式如下:

其中, 为一天网络有功损耗, Ptloss为网络第t时段的有功损耗, Q1t为第t时段电容器投切容量。

(二) 约束条件。

变量的约束条件包括等式约束和不等式约束, 等式约束为节点有功Pi和无功Qj的潮流等式约束方程;不等式约束包括状态变量和控制变量的不等式约束。

1. 等式约束。

2. 不等式约束。

等式约束为一天内每一时段的潮流平衡方程;不等式约束包括节点电压、支路电流、电容器投切容量和电容器总动作次数。

(三) 包含微电网的配电网潮流计算。

微电网作为一独立单元接入配电网, 其和配电网之间的功率交换在一较短时间内相对比较恒定。配电网和微电网的功率交换可能是正的, 表示微电网从微电网吸收功率;也有可能是负的, 说明微电网向配电网注入功率。因此, 在潮流计算时, 针对微电网的运行特性, 将微电网定义为一般的PQ节点, 也就是功率恒定。

三、粒子群算法及其改进

(一) 基本粒子群算法。

粒子群算法是一种基于种群的启发式优化算法, 算法的本质是仿生鸟类觅食过程中的迁徙和群集行为[12~13]。粒子群算法根据粒子个体最优解和全局最优解来改变粒子的飞行速度, 从而改变粒子的位置。

其中, xk=[xi1xi2xij…xi M]表示第i个粒子, 粒子的维数为M维, vi (k) =[vi1vi2vij…vi M]表示为第i个粒子的飞行速度, pbesti (k) =[pi1pi2pij…pi M]为每一个粒子个体最优解, gbest=[g1g2gi…gM]为所有粒子经历过的最佳位置定义为全局最优解;ω为飞行速度的惯性权重;r1, r2, c1, c2为随机数分别取值为 (0~1) , (0~1) , (0~2) , (0~2) , k为迭代次数。

(二) 基于混沌变异的粒子群算法改进。

与其他启发式算法相比, 粒子群算法突出的优点是算法流程容易实现, 算法对于优化参数的灵敏度较低, 因此, 针对多变量的优化问题, 粒子群算法比较合适。但是标准粒子群算法由于其随机性较大, 算法容易陷入局部最优解。本文利用基于混沌[14~15]的变邻域搜索以提高算法的全局搜索能力。

1. 全局最优解的变邻域搜索。选择一定的停滞迭代次数来判断全局最优解的变化情况, 如果全局最优解停滞, 那么由当前迭代次数来确定邻域搜索半径, 在邻域内进行混沌搜索。当全局最优解停滞, 利用Logistic映射u1j=4u0j产生参数邻域变异量xj=-β+2βu1j。变异后参数变为X'ik=Xik+X, 比较变异前后全局最优解值的变化, 将适应度大的作为新的全局最优解。其中, u0j为随机产生的混沌变量, β为邻域半径, X=[x1x2…xM]为混沌变量, Xik为当前全局最优解, X'ik为变异后的全局最优解。领域搜索范围跟迭代次数有关, 随着代数的增加而逐渐减小, 他们之间的关系如式 (5) 所示。

2. 惯性权重的非线性调整。通过改变惯性权重, 使得算法在初期具有较大的速度, 增加粒子的探索能力, 后期随着速度的降低, 其开发能力得到增强。由于优化问题的具有非线性特性, 在此构造余弦函数增强惯性权重变化的非线性特性, 增强系统的仿生能力。惯性权重变化的公式为:

其中, wmax为最大惯性权重, wmin为最小惯性权重, k为当前迭代次数, kmax为最大迭代次数。

(三) 基于粒子群算法无功优化。

基于粒子群算法的无功优化如图1所示。

四、算例分析

为了验证本文提出方法的合理性和有效性, 本文以IEEE33节点配电网系统为算例进行验证, 该系统电容器组的配置位置及容量见表1所示, IEEE33节点系统如图2所示。系统中有两个微电网系统接入节点15和20, 其中15节点微电网和配电网的功率交换如图3所示, 其中正的表示微电网从配电网吸收功率, 负表示微电网向配电网注入功率。系统各点电压的上限为1.05pu, 电压下限为0.9pu。

电容器的投切容量由各时段的静态优化决定, 电容器的投切次数受到电容器最大投切动作次数的约束。允许的投切动作次数越多, 系统网络降低也越多, 表2给出了当投切动作次数为5次时, 系统优化结果。从表2中可以看出, 受到投切动作次数的限制, 每一电容器的动作时间基本一致, 动作的时刻基本都在负荷变化较大时刻, 通过优化可以有效地减少系统有功损耗, 一天的电量损耗从3108.4 k Wh降低到2498.5k Wh。

从图3可以看出, 在有些时段, 分布式发电如太阳能, 风力发电发出的有功功率较多时, 其会将多余的功率注入到配电网中, 对于配电网提供支持。但是如果微电网接入点的电压过低会使微电网接入控制器误认为配电网发生故障并断开形成孤岛运行, 因此, 在有微电网的配电网络必须保证微电网接入点的电压。从图4可以看出, 当没有足够的无功支持时, 节点15的电压可以下降到0.932pu, 并且波动较大, 当提供足够的无功功率支持时候, 节点电压基本保持不变。实际上, 当提供足够的无功功率后, 整体上系统的电压平均值从0.967pu提高到0.980pu。

图5给出了动作次数和电量损失之间的关系, 从图中我们可以看出, 随着动作次数的增大, 有功电量的损失越来越小, 当动作次数大于6次时, 电量损失基本上保持不变。另外, 还可以看出, 动作次数为1次时, 其损失下降特别明显, 也体现了无功优化的意义。

五、结语

随着分布式发电的大量接入, 其随机性和波动性对配电网的无功优化必然产生影响, 微电网为分布式发电的接入提供了有效的途径。本文建立了含微电网的配电网动态无功优化模型, 利用改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点系统的仿真算例验证了本文提出方法的有效性和合理性, 通过无功优化不仅降低了系统有功功率的损耗, 同时有效提高了节点电压, 从而避免由于电压降低造成的微电网孤岛脱网运行, 提高了微电网和配电网的互动性。

摘要：微电网集中了分布式发电、负荷和储能, 其并网接入必然对配电网的无功优化产生影响。提出了考虑微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中考虑微电网运行特性对于动态无功优化的影响。利用基于混沌邻域搜索的改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点配电网系统的仿真算例验证了本文计算的合理性和有效性。

关键词：动态无功优化,配电网,微电网,运行特性

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