农村电网无功补偿

农村电网无功补偿（共11篇）

农村电网无功补偿 篇1

随着农村经济的快速发展, 农村用电负荷也在快速增加, 无功需求也在不断增大。农网的用户多为低压用户, 而低压电网处于电网的最末端, 因此对低压电网进行合理地无功补偿, 不但可以保证电力系统稳定运行, 减轻上一级电网补偿的压力, 解决无功不足的现象, 而且也可以提高电压质量, 降低电能损失, 提高供电可靠性, 减少用户电费, 因此, 低压电网的无功补偿对农村电网有着重要的意义。

1 农村低压电网无功补偿的必要性

电网中, 对于容量100kVA以上的客户, 对客户执行功率因数调整电费。因此, 客户为了达到所要求的功率因数值, 大多数都安装了无功补偿装置。但是, 在农村低压电网中, 用电负荷容量较少, 且用电季节性较强, 电力负荷分散, 供电距离长, 峰谷悬殊, 因此, 大多数为综合配电变压器, 并且大量配电变压器是按照季节不同, 用电量不同进行配置, 一般没有安装无功补偿装置, 这些变压器长时间处于低负荷运行状态, 消耗了大量无功。据大量调查统计, 农村低压电网总的无功损耗中, 配电变压器和用户的无功损耗约占84.8%。近几年来, 随着损耗指标的不断提高, 电网的经济运行成为了当前的一项重要的任务。

2 农村低压配电网无功补偿的方法

无功功率不宜长距离输送, 无功补偿方式理论上而言, 最好的方式是就地补偿, 整个系统没有无功电流流动。选择合理的无功补偿方式能够有效地维持整个系统的电压水平, 提高供电电压质量, 通过分析比较农村低压电网的特点, 可以采用如下几种补偿方式:

1) 10kV以下线路上集中补偿

这种补偿采用线路补偿, 即将户外并联电容器安装在架空线路上, 以提高电网的功率因数, 达到降损升压的目的。一条配电线路上尽量采用单点补偿, 不宜采用多点补偿, 以降低安装和维护费用;控制方式不设置分组投切, 以免增加成本;补偿容量不能过大, 否则, 由于用电峰谷悬殊, 将会导致配电线路在轻载时过电压和过补偿现象;保护装置和接线也要简单, 每相只配置一台电容器装置, 以降低整套补偿设备的故障率, 同时要防止电容器安装后产生谐振现象。

2) 0.4kV母线的跟踪补偿

这种补偿方式是将补偿电容器组连接在配变或用户配电所的0.4kV母线上, 通过跟踪负荷变化进行补偿。采用无功补偿自动投切装置, 可以较好地地跟踪用户无功负荷变化, 且运行方式比较灵活, 运行维护工作量较小。

3) 电动机随机补偿

随机补偿是将低压电容器组与电动机进行并接, 通过控制、保护装置与电动机同时投切。这种补偿方法不需频繁的调整补偿容量, 而且投资少、运行方式灵活、配置方便、安装维护比较容易。

4) 随器补偿

随器补偿, 是指低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器的二次侧, 以补偿变压器空载无功的一种补偿方式。随器补偿方式能有效地补偿配电变压器的空载无功, 实现就地平衡, 这也是目前补偿配变无功最经济有效的手段。

3 无功补偿方式在农村低压电网中的作用分析

采用无功补偿装置, 合理选用无功补偿设备, 在农村低压电网中可以发挥重要作用。

1) 提高功率因数, 降低线损

农村电网在运行中, 由于运行着大量非线性负载, 这些负载不仅要消耗有功功率, 还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路或变压器时, 会产生一定的功率与电能损耗。

其中:P为有功功率 (kW) , U为额定电压 (kV) , R为线路总电阻 (Ω) 。

提高负荷的功率因数与线损降低率关系可以用下列简单关系式表示。

其中, COSΦ1为补偿前的功率因数, COSΦ2为补偿后的功率因数。

由此可算出当负荷的功率因数由0.7提高到0.85时线损可降低32%。所以, 在受电端采用无功补偿方式, 就可以减少负荷的无功功率损耗、提高功率因数和降低线路损耗。

2) 改善电能质量

电网中无功补偿设备的合理配置.与电网的供电电压质量关系十分密切台理安装补偿设备可以改善电压质量。

负荷电压损失U简化计算如下

其中:U为线路额定电压 (kV) , P为输送的有功功率 (kW) , Q为输送的无功功率 (kVar) , R为线路电阻 (Ω) , X为线路电抗 (Ω) 。

由上式可知当电力网输送的有功功章一定时输送的无功功率愈大网络的电压损失愈大到用户的端电压就愈低.

安装补偿设备容量QC后.线路电压降为△U, 计算如下.

很明显, ∆U〈U1, 即安装补偿电容后电压损失减小了, 由上式可得出接入无功补偿容量Qc后, 电压升高计算如下:

由于越靠近线路末端线路的电抗X越大因此从上式可以看出.越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

3) 增加农网的有功传输能力, 提高电源设备利用率

在设备容量不变的条件下, 提高功率因数, 可以少送无功功率, 多送有功功率, 多送的有功功率△P计算如下:

如需要的有功不变, 则由于需要的无功减少, 因此所需要的配变容量也应相应地减少, △s计算如下:

安装无功补偿设备, 可使发电机多发有功功率。系统采用无功补偿后, 使无功负荷降低, 发电机就可以少发无功, 多发有功。

另外, 还可以通过提高配电线路的供电能力、改善设备运行状态, 延长设备的使用寿命、减小农网电源设备容量, 节省设备投资、减少农村用户电费支出等方式, 提高有功功率, 减少无功功率输送, 降低费用。

4 结论

农村低压电网中采用无功补偿技术, 从根本上提高了电网的运行电压, 同时还有利于降低电网的有功损耗, 提高电网的经济运行能力, 希望在当前农村电网改造建设中积极采用。为广大农村用户节省了电费开支, 提高了农网安全、可靠和经济运行水平, 将扩大农村电力消费市场, 促进农村经济迅速发展。

参考文献

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农村电网无功补偿 篇2

关键词：电力系统;低压电网;无功补偿

0引言

在电力系统低压电网中，无功补偿装置设置的目的就是提升电网的供电效率，保证电力供应顺畅。在电力供电系统中，无功补偿装置是一项比较重要的设备，它能够有效地减少输电线路以及变压器的损耗，提升供配电路中的效率，进而使原有的供电环境得到改善。将无功补偿装置合理地用于供电过程中，能够实现最大限度地降低供电网络中的电能损失，进而实现良好的经济与社会效益。在电力系统低压电网的供配电过程中，科学、合理地采用无功补偿的方法进行电能的输送，可以达到降低损耗以及稳定电网电压的作用。本文作者结合自己多年从事低压电网管理的工作经验，探讨了无功补偿装置的运用。

1无功补偿装置的重要性分析

1.1维持供电网络电压的稳定对于低压电网的供电网络来说，稳定的电压是保证其正常工作的先决条件，它可以确保供配电网络的电能输送质量。依据供电网络中的电压损失计算公式，可以得出输送无功负荷Q产生了全部的变电器电压，因此，供电网络中的无功功率Q对于确保电压稳定具有特殊的作用。所以，在低压电网的供配电过程中，应当尽可能的降低电网中的无功功率Q，以便达到维持电网电压稳定的作用。

1.2降低电能消耗企业的电费支出依据我国目前所执行的电费收缴制度，电能消耗企业所缴纳的电费与其功率因数有关，根据该企业的功率因数来确定所要缴纳的电费。所以，绝大多数电能消耗企业都十分关注对机械设备的节能保养，进而有效降低企业的电费支出。在低压电网中设置无功补偿装置，能够有效地降低企业机械设备运转过程中对电能的消耗，进而降低企业的电力成本支出。

1.3降低供配电系统的电能损耗

在确定电力系统因使用无功补偿装置而节省的能耗时，可以使用公式P=IUCOSα。电力系统安装无功补偿装置后，当功率因数从未安装前的0.75提高到安装后的0.9后，能够降低大约30%的电能消耗，可以看出其具有非常好的降低电能消耗的作用。所以，电力系统在进行低压电网输送电流时，可以考虑运用无功补偿装置，这样能够有效地降低电力系统中电能损耗。

2无功补偿装置配置地点的选择

在电力系统低压电网中，无功补偿装置可以设置在以下三个地方，一个是设置在变电所的母线上，一个是设置在10 kv的线路中，另外，还可以设置在用户低压端。

2.1变电所母线设置无功补偿装置在变电所的母线上，无功补偿的容量要比其它的地方都大，通常情况下是采用手动分级投切的方式进行。首先要确定该变电所覆盖范围内的总的无功负荷量，再依据总的无功负荷量来确定变电所母线上的无功补偿容量，以便确保上一级的功率因数能够满足设计要求，同时使变电所的母线电压始终处于允许的范围之内。

2.2 10 kV线路设置无功补偿装置对于10 kV线路来说，其无功补偿容量的确定是依据变压器的无功损耗以及线路中的无功损耗值。10 kV线路中的无功补偿容量不可以过大，否则，会使得线路处于低负载时出现无功过补偿现象，这样就会导致线路中的损耗量增大，同时也不能保证线路中的电压稳定。

2.3用户低压端设置无功补偿装置通常情况下可以根据用户的无功负荷的变化，进行补偿电容器的自动切换，这样就能够避免出现向高压线路反送无功电能的情况。在供配电电网里，若将无功补偿装置设置在用户低压端，能够保证线路中有最小的电流，进而有效降低线路中的电能损失。此外，由于供配电线路中的电流比较小，就能够使供配电线路中电压降减少，进而避免电压出现较大的波动。通过在用户端设置无功补偿装置，可以产生较好的效果，不然即便线路关口处有着比较高的功率因数，也不能实现合理降低线路的功率损耗。在供配电线路中，应当将低压侧设置无功补偿装置作为主要的补偿方式，而高压端的无功补偿装置只起到辅助作用。为了能够有效地达到线路中的无功补偿，可以结合线路中实际情况选用自动控制的方式，及时获取供配电电网中的功率因数、功率、电流、电压等参数，依据电网中各参数的变化，来确定合理的操作指令，进而保证供配电低压电网始终保持良好的运行状态。

3无功补偿应遵循的原则

在电力系统低压电网中设置无功补偿装置需要遵循同机补偿、电容器补偿、随时补偿等原则。低压电网正式输电之前，应当先将电动机与低压电容器组相连接，在连接的基础上再让其工作，这么做不仅能够有效地减少因低电流通过所带来的电能损失，而且可以提升低压电流的使用效率，进而实现无损耗的目标。在低压电网供配电变压器的两侧，可以连接低压电容器，这么做可以补偿由于配电变压器空载状态时的无功损耗，此外，也可以在一定程度上补偿由于变压器使用而造成的电能损耗。

在低压电网的补偿过程中，电网的控制保护装置采用无功补偿切换装置，0.5 kV左右的大用电户的母线上设置低压电容器组补偿，这么做既可以达到两种补偿的要求，而且能够在一定程度上保证电压的稳定，进而避免电气设备因电压变化而受到损坏。

4无功补偿的具体方法

4.1低压电网中集中补偿在低压电网中进行集中补偿主要是利用由电脑控制的低压并联电容器柜，在380V配电变压器处进行。采用集中补偿的方法主要有以下几方面的优点：首先，是能够补偿的容量很大，可以同时满足上千容器的使用;其次，是可以对其进行跟踪，对用户用电情况进行实时跟踪，依据用电波动情况来确定需要使用的补偿数量，进而达到供配电的平衡;再次，是可以产生较好的经济效果，采用集中补偿的办法可以有效地控制供配电电网中电能的损耗，而且设备的维护和投资全部由使用方负责，这样就明显的降低了供电企业的相关支出，而且可以对电能损耗进行有效控制。当前，用电大户在设置无功补偿装置时，大多数都是依据电网功率因素的变化来对电容器进行自动调节。用电企业运用集中补偿的方式，可以对可能出现的问题做到早发现、早解决;此外，当地的供电部门也会对企业的用电情况给予更多的关注，以便能够加强对电网电压的检查，确保电压一直能够处于合理水平。

4.2低压电网中的静止补偿

在电力系统中的远距离输配电线路中，可以采用静止补偿的方式进行无功补偿，这样不仅可以确保电网电压的稳定，而且能够避免输配电期间出现充电现象，进而全面提升输电的总体容量，即在几条线路同时进行输配电时，可以对产生的能量损耗进行及时补充，进而实现稳定电压的作用。与此同时，可以达到补偿和配给的作用，进而使其充分展示出调节的功能。在现实使用时，应当先确定调节点，也就是受电地区的下一级电网与调压输电网与输电网的电压支撑点之间的相互连接的枢纽点设计无功补偿装置。明确该装置可以调节的范围，之后对其实行跟踪维护。虽然这种方式具有很好的自动化水平，但同时也会受到一些难以避免的因素影响，如不良的天气等。因此，在使用过程中，要加强其观测力度，以便能够及时获取最新的数据，出现问题时要及时进行调整。

4.3低压电网中的分散补偿

在电力系统中的用户端采取分散补偿的方式，不仅可以达到提升电压使用率的作用，而且能够保证电压始终处于合理水平，避免因电压变化对电器所造成的损坏。采用分散补偿的方式可以有效地降低资源成本支出，因用户所用电器有着较高的频率，使用分散补偿的方法，有着较好的应用前景。采用分散补偿的方法，可以有效提升供配电线路中的供电水平，稳定线路中的电压，确保用户电器电压能够始终处于合理范围，保证电器可以安全、平稳的运行。

5结语

在电力系统低压电网中使用无功补偿装置，应当先对低压电路中所有的特点进行分析研究，从实际应用角度采取一定的措施，进而降低电网中的电能损失，确保低压电网的供电质量。

参考文献：

关于低压电网无功补偿问题的讨论 篇3

【关键词】低压电网；无功补偿；效益

在经济条件、区位等因素限制下，有些地方对无功补偿还没有正确的判断与认识，也不清楚在低压电网运行条件下（如380/220V），应对各类公用变压器等采取必要的功率补偿措施，从而导致各地很多低压电网线都受到不同程度的损害。基于这点，探讨和研究针对低压电网的补偿方法，有着极大的现实意义。

1.低压电网无功补偿的概述

1.1 无功补偿的概念

无功补偿，简单来说，是对低压电网无功功率提供补偿，使其功率因数不断增加，从而不断提高供电变压器的运行效率，营造出稳定、靠谱的供电环境。低压电网无功补偿，通过选择相应的补偿方法及装置，能有效降低低压电网所造成的损耗，逐步减少电压波动及谐波，确保电压能保持稳定。针对小系统而言，可通过无功补偿方法来调整三相不平衡电流，相与相间的电容、电感等能实现有功电流向相间转移。现实中，只需在各相间连接各个容量的电容器，便可使各相的有功电流保持平衡，将各相功率因数增加到1。而在大系统中，无功补偿还具有逐步提升电网的稳定性，对电网电压进行调整等用途。

1.2 低压电网中的无功补偿的作用

低压电网无功补偿，可有效提升电网内部电压的稳定性，逐步改善电压质量，并通过降低电力传输及电能损耗，使供配电设备能拥有更强的供电能力。实际中，工矿企业中所配备的供配电系统，通常都离不开无功补偿装置的存在。利用无功补偿，可使配电设备的利用率及电网电压质量得到有效提升，从而帮助企业实现低碳节能目标。对企业而言，其功率因素的大小直接与电价挂钩，如企业要减少电力成本，就应在电力设备节能与用电设备的功率因数这两方面下功夫。而无功补偿则是帮助企业增加其电网功率因数，实现节能低碳目标的重要举措。

与此同时，无功补偿还能帮助企业降低其内部电力系统的耗能。《全国供用电规则》中明确表示：针对高压供电用户而言，功率因数应高于0.9，而对于其他电力用户而言，其功率因数也应高于0.85，如果功率因数小于0.7，则不应进行供电。假如实际低压电网不符合上述要求，我们就必须安装相应的无功补偿装置。通常上述分析，我们可看出，不管是对低压电网、供电还是用电企业来说，无功补偿都有非常关键的作用。

2.低压电网无功补偿原理及方法

2.1 低压电网无功补偿原理

在配电网中，有不少用电设备都属于感性负荷，如感应电动机，与电压相位相比，感应电动机的电流相位要滞后的多；与感性负荷相对应的是容性无功功率，其电流相位相对于电压相位，要更为超前。因此，我们通常可用容性无功功率对感性无功功率进行补偿，从而降低电网内部的无功负荷，因超前与滞后电流间存在一定互补，即电容性负荷中的无功功率会对电感性负荷进行补偿。当电网容量保持平衡时，无功功率也会相应减少，此时的功率因数也就得到了提升。

2.2 无功补偿的方法

2.2.1 随机补偿

随机补偿，即通过熔断器后，把低压电容器组和用电设备连接在一起，并将其同用电设备展开投切。这种补偿方法主要有下列优点：使用过程中无需投入无功补偿，关闭补偿设备后，用电设备也会停止运转，这就不需要我们对补偿容量做出调整；该种补偿方法投资和占位相对较少、且配置、安装起来较为简便，不容易出现事故等等。概括来说，随机补偿多以补偿励磁无功为主，其通常是对用电设备内部的无功消耗提供补偿，且能对电网的无功峰荷予以限制。

2.2.2 随器补偿

随器补偿，和随机补偿相似，它也需要通过低压熔断器，将低压电容器和配电变压器连接起来，对空载状态下的配电变压器提供功率补偿。值得一提的是，在空载或轻载的状态下，配电变压器的大部分无功负荷为空载励磁无功，尤其对于轻负载配电变压器而言，它的损耗在供电能量中的占比极高。该种补偿方式大体包含下列几个优势：接线较为简便，维护检修难度较小，能对电网无功的基荷予以限制，并最终实现对高配电变压器的无功降损功效。随器补偿的经济性价比相对较高，因此其在现实中得到了广泛应用。

2.2.3 中间同步或静止补偿

上述补偿方法，即在无距离低压电网线路中，通过安装部长装置，如一台同步调相机或者是静止补偿装置，从而对其进行无功补偿。在线路传输过程中，该种方法可有效提高电压的稳定性，并能降低多条输电线路的损害，其调节功效较为显著。此外，还有网损微增率补偿法、跟踪补偿以及低压集中等众多补偿方法，其通过对低压电网实行补偿，对电压的稳定性及电能利用效率的提高，也有一定的效果。

3.低压无功补偿装置的接线及安装技术

3.1 低压无功补偿装置的接线

在实际中，装置监测点的接线，实质上指的是补偿装置中的电流引入点，我们通常比较容易发现。电流引入点，即被补偿系统中对补偿装置电流互感器所设立的安装点。而电容器组引入点，是设立在被补偿系统中的总进线接点。应提出的一点是，掌握接线方法非常重要：应将负荷的供电电源作为接线依据，在电容器组总进线的节点电源处设立电流感器安装点，从而使无功补偿装置对有功和无功功率等数值进行实时检测，为判断无功补偿装置的投切效果提供数据支撑。

3.2 技术要点

现实中，在对低压无功补偿装置进行安装时，有下列几个问题要引起重视：接入控制器中的电流方向、电压相位不能出错，为逐步提升其安全系数，在装置安装后的第一次运行前，要对智能控制器上显示的电流、电压相序等做全面的检测和了解。其次，分补电容器应与应补单相负荷相适应，即要把功率因素偏低的该项投入到与之相应的分补电容器中。第三，要对总电流进行监测（一般可通过电流传感器予以实现）以便掌握电容器中电流相位的动态及变化。

3.3 效益评价

国家电网公司曾明确表示，功率因数值不符合标准的，应切实催促供电企业等进行补偿装置的安装，以减少电网损耗。补偿装置的安装，是基于长远利益而采取的一种有效措施，有着非常重要的现实意义。伴随着该项措施的逐步落实，用户将变成最大和最直接的获益者，供电系统也可获得更好的完善与发展。低压无功补偿装置不仅能带来可观的经济、环境及社会效益，其对全面小康社会的构建等都有很大的促进作用。由此，虽然不少地方面临着资金不足等问题，不过为长远发展，也应予以克服。

4.结论

低压电网无功补偿可对电网系统进行优化，从而逐步改善电压质量。无功功率不同，我们应酌情选择相应的无功补偿方法及补偿装置，通过无功功率因数的增加，以实现线路与配电变压器等降损之目标，推动社会稳步向前发展。

参考文献

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[3]李文辉，罗海浅.谈低压无功补偿装置的几种接线方式[J].科技风，2012.

农村低压电网无功补偿技术分析 篇4

关键词：无功补偿,农村线路,电网补偿,补偿设备

电网负荷分为有功负荷和无功负荷, 所谓有功负苛就是从电源经线路传送给负载, 而被负载消耗掉的那部分功率。而无功就是电源向负载传送, 而负载其实并没有真正消耗而是全部反送给电源的那部分功率。反送的频率是2倍工频, 这样无功实际就是往返于电源和负载之间 (以100HZ的速度) 而负载实际并没有消耗的一种功率。这种功率的传送同样需要电流来完成, 显然无功在线路上传送会增加线路上不必要的电流, 从而增加线路上的有功损耗, 引起发热, 增加线路末端电压降。电网中的电力负荷主要是电动机、变压器等属于感性负荷, 其无功是属于感性无功, 其值大于零。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后, 由于容性无功的值小于零, 这样一个小于零的无功和一个大于零的无功就可相互抵消。这样就减少了无功功率在电网线路中的流动, 因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗, 这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数, 是一项投资少, 收效快的降损节能措施。

一、无功补偿的作用

(一) 无功补偿改善电能质量

电能质量包括电压、频率、周波波形三方面。频率和电压波形主要由发电机决定。而电压的质量很大程度上决定于负载。电网中无功补偿设备的合理配置, 与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。

负荷 (P+JQ) 电压损失ΔU简化计算如下:[L]

式中:U-线路额定电压, kV

P-输送的有功功率, kW

Q-输送的无功功率, kvar

R-线路电阻, Ω

X-线路电抗, Ω

安装补偿设备容量Qc后, 线路电压降为ΔU1, 计算如下:

很明显, ΔU1<ΔU, 即安装补偿电容后电压损失减小了。由式 (1) 、 (2) 可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下:

由于越靠近线路末端, 线路的电抗X越大, 因此从 (3) 式可以看出, 越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

(二) 无功补偿降低电能损耗

安装无功补偿主要是为了降损节能, 如输送的有功P为定值, 加装无功补偿设备后功率因数由cosφ提高到cosφ1, 因为P=UIcosφ, 负荷电流I与cosφ成反比, 又由于P=I2R, 线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高, 负荷电流I降低, 即电流I降低, 线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时, 电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%, 计算如下:[K]

(三) 无功补偿挖掘发供电设备潜力

1、在设备容量不变的条件下, 由于提高了功率因数可以少送无功功率, 因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下:

2、如需要的有功不变, 则由于需要的无功减少, 因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下:

可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下:[M]

3、安装无功补偿设备, 可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后, 使无功负荷降低, 发电机就可少发无功, 多发有功, 充分达到铭牌出力。

(四) 无功补偿减少用户电费支出

1、可以避免因功率因数低于规定值而受罚。目前各地方电网规定有所不同, 据调查, 大部分供电公司对大宗用户功率因素过低者 (一般是低于0.9) , 有一定的惩罚措施, 即实行的功率因素调价收费。[J]

2、可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗, 因而相应可以减少电费的支出。

3、无功补偿方式。电网中常用的无功补偿方式包括: (1) 在变电所母线集中安装并联电容器组; (2) 在高低压配电线路中分散安装并联电容器组; (3) 在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器; (4) 在单台电动机处安装并联电容器等。

装无功补偿设备, 不仅可使功率消耗减小, 功率因数提高, 还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时, 应注意以下两点: (1) 在轻负荷时要避免过补偿, 倒送无功造成功率损耗增加, 也是不经济的。 (2) 功率因数越高, 每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小, 通常情况下, 将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

二、农村配电线路的特点

农村配电网多采用多分支辐射式单向供电的方式。这种方式负荷分散性大、密度小、随农业季节波动大、昼夜峰谷差大、用电设备配套也差。较之城市工业配电网供电半径长、导线较细、配电变压器平均负载率低, 因此, 农村配电线路无功负荷大, 线损高。并且配电变压器载容比又较低, 经常处于半空载状态, 吸收了大量的无功, 而农网主要用电设备多为异步电动机, 也需要较多的无功, 使电网功率因数偏低 (约为0.6) , 电压不稳定。

在农村配电线路上进行无功分散补偿, 相对于集中在35 kV及以上变电站补偿, 有以下优点。

(一) 改善末端用户电压水平。

目前不少农村配电线路延伸过长, 负荷重。在高峰时, 末端用户电压往往偏低10%～15%, 而分散补偿则可就近提高末端电压, 这对结构不合理而又暂未改造的线路, 效果尤为明显。

(二) 变电站集中补偿用的大容量电容器组, 受系统电压和负荷波动影响。

投切频繁投切时产生的涌流、过电压对母线及设备的冲击及谐波放大等, 给运行管理带来不安全因素, 也有损于电容器寿命。若将其中一定数量 (不超过最小运行方式时无功消耗值) 的电容器分散到线路上, 则可相应减小变电站母线上集中装置的电容器容量, 此时变电站集中补偿主要作调压手段使用。

(三) 有时因运行方式的改变, 在缺乏其他调压手段下, 变电站母线电压往往偏高, 站内电容器组常会被迫退出运行。

如果线路进行分散补偿, 当其配置容量和安装地点选择恰当, 配合变电站对主要分接点作一适当调整, 就可提高电容器的投运率。

(四) 在变电站母线上集中补偿不能降低10 kV线路线损。

若分散补偿就可减少无功功率在线路上的传输, 从而大大减少线损, 增大线路有功传输容量。

(五) 分散补偿每千乏投资约为中小容量集中补偿电容器组每千乏投资的2/3。

户外分散补偿由于每组容量小, 通风散热条件好, 实践表明只要电容器选型好, 配置及安装得当, 电容器年损坏率比集中补偿小, 维护简便。

三、农村配电网无功补偿

(一) 农村电网无功补偿原则。

坚持“无功就地平衡”的原则。农村电网无功补偿总的原则为:全面规划, 合理布局, 分散补偿, 就地平衡。在制定无功补偿方案时, 要全面分析本地区的无功电力需求量及无功缺额, 综合比较无功补偿的经济效益与投资费用, 确定最优补偿容量与最优补偿方式。

(二) 农村电网无功补偿方式。

农村电网无功补偿的方式为:集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合, 以低压补偿为主;调压与降损相结合, 以降损为主。

10 kV线路分散补偿应以降损为主。在开展无功补偿时, 应寻求补偿的最佳经济容量、经济功率因数和经济当量, 以求最大限度地取得降损经济效益。合理做法是:根据补偿效益与设备本身投资回收、折旧、维修及运行耗费作综合性技术经济比较, 以求得最优无功补偿容量 (对应这一补偿容量所达到的是经济功率因数) 。

1、农村配电网的负荷可以概括为3种类型: (1) 负荷集中在主干线末端; (2) 负荷沿主干线均匀分布; (3) 负荷沿主干线非均匀分布。

对第一类, 其无功负荷应由用户进行就地补偿, 本文不再赘述。现就后两类情况进行分析。

2、负荷沿主干线均匀分布, 线路上安装一组电容器, 在均匀负荷时配电线路上安装电容器的最佳容量, 是该线路平均无功负荷的2/3, 安装最佳地点是自送电端起的线路长度的2/3处。但线路上安装电容器的总容量应受到以下限制: (1) 用户电压在轻负荷、高峰负荷和不平衡负荷时, 应不超过允许的电压偏移值; (2) 电容器的容量不能导致发生超前的功率因数。

3、负荷沿主干线非均匀分布, 分支线分别呈60°及90°分布。在非均匀负荷时配电线路上安装电容器, 分支线呈60°分布时, 最佳容量是该线路平均无功负荷的4/5, 安装最佳地点是自送电端起的线路长度的3/5处;分支线呈90°分布时, 最佳容量是该线路平均无功负荷的4/5, 安装最佳地点是自送电端起的线路长度的2/3处

4、补偿容量的确定及配置。

(1) 变电站。变电站安装电容器, 其主要作用是补偿变压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及无功损耗, 同时可以进行调压。一般变电站的补偿容量, 按照主变压器容量的10%～15%来补偿, 要注意根据变电站的负荷性质、运行方式和调压要求, 确定合理的补偿容量。

(2) 配电线路。在农村10kV线路里, 由于点多、线长、面广、负荷季节性强, 配电变压器空载损耗大, 以及异步电动机大马拉小车等多种因素, 因而农村电网的功率因数特别低。在农村10kV电网里, 配电变压器的损耗占全部线路损耗的80%以上。配电变压器容量在100kVA及以上的用户, 必须进行无功补偿, 并应采取自动投切补偿装置, 其补偿容量根据负荷性质来确定。

1) 配电变压器低压侧安装电容器时, 应考虑以下原则:在轻负荷时, 防止向10 kV配电网倒送无功, 以取得最大的节能效果, 根据配变容量按下式计算:

式中, Sn—配变容量kV

2) 按提高功率因数值确定补偿容量Qc。

式中管理办法》中对功率因数的要求来确定补偿容量, 或按经济功率因数值来确定补偿容量。

, P—最大负荷月的平均有功功率KW

COSΦ1、COSΦ2—补偿前后功率因数值。

3.3.2.3按提高电压值确定补偿容量Qc。

式中, △U—需要提高的电压值V

U2—需要达到的电压值kV

X—线路电抗Ω

农村线路线损占电力网线损的比重很大。配电线路上电容器容量的确定, 应按最大限度地降低无功损耗的原则来考虑, 要根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。[S]

3) 电力用户。各用户应按《国家电力公司农村电网电压质量和无功电力

四、农村电网补偿设备

农村电网补偿设备很多, 可采用传统的电容器组设备。通过计算确定电容器组的容量, 然后配置电容器组。近几年随着电力技术的发展, 各种成套无功补偿装置相继出现, 部分装置自动化程度还相当高, 用户可以根据需要选用不同的无功补偿装置。

主要特点

(一) 补偿配置灵活, 直接高效。 (二) 投资小, 回报率高。 (三) 体积小, 重量轻。 (四) 安装方便, 使用安全可靠。

主要技术指导

(一) 使用条件:海拔≤2000米, 环境温度-25℃～+50℃, 湿度35℃时, ≤90%,

(二) 额定电压:400VAC, 50Hz。

(三) 额定容量:1～120 kvar

(四) 电容量允差:0～+15%

(五) 损耗角正切值:≤0.2%。

(六) 最高允许过高压:110%额定电压。

(七) 最高允许过电流:130%额定电流。

总而言之, 农村电网改造工程的实施, 为解决之后的无功补偿提供了极好的机会。淘汰高能耗的变配电设备、更换导线、缩短供电半径等, 虽是提高电能质量、降低损耗的有效措施, 但仅仅在此方面的投入是远远不够的。无功补偿的作用能有效地减少线路损失, 降损效果极其显著。另外无功补偿能明显地减少系统元件的容量, 提高电网的输送能力和挖掘变配电容量。因为电网传输的电流与功率因数成反比, 功率因数提高后, 电流数值下降, 导线截面可相应减小或在原导线截面的前提下, 能提高电网的输送能力, 且减轻和改善了传输元件的发热, 从而延长了元件的使用寿命。

无功补偿是一项高效、安全、方便的节电技术, 同时又是一种节电、降损、增收的科学技术, 受到供用电企业和全社会的认可。

参考文献

[1]、农村电网的无功补偿和线路损耗》[K]广东科技出版社45-48;

[2]、《电力线路技术手册》[L]兵器工业出版社齐文禄1991年7月78-90;

[3]、靳龙章、丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利水电出版社, 199755-67;

[4]、孙成宝、李广泽.配电网实用技术[M].北京:中国水利水电出版社, 199769-78;

农村电网无功补偿 篇5

关键词：电网谐波；并联无功补偿电容器；谐波电流；电网维护；电气设备 文献标识码：A

中图分类号：TM531 文章编号：1009-2374（2015）19-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.075

近些年来，电网谐波电流造成的危害越来越频繁，尤其是对并联无功补偿电容器的危害更为严重，甚至会造成电容器的烧毁，严重时会产生火灾，相关部门对此必须将电网谐波电流的抑制问题进行重视，找到解决此问题的措施并进行大力实施，要对此问题的严重性给予高度重视，以积极的态度面对此问题，以达到抑制电网谐波对并联无功补偿电容器的危害的目的，促使电网的安全运行，为人们的安全用电提供保障。

1 电网谐波电流的产生以及危害

1.1 电网谐波电流的产生

随着社会经济的不断发展，电力行业的发展也极为迅速，电网的分布范围也越来越广，而且在建筑业、工业等行业不断发展中，由于使用的电气设备数量的增加，对电网负载的要求也越来越高。在当今电网运行的过程中，由于出现过多的非线性负载，会产生谐波电流，谐波电流的不断叠加会造成电网中电流过大，对于无法承受大电流的电网以及电气设备会造成一定的

破坏。

1.2 电网谐波电流的危害

电网为人们日常生活、生产以及工作提供了可靠的电能，但是电网在运行中，电网谐波会对并联无功补偿电容器产生一定的危害。例如，在广西电网公司中，发生一起由于电网谐波对无功补偿电容器产生影响，导致电容器发生烧毁的情况，最后发展成整个电网瘫痪，对于广西电网公司造成了非常严重的损失，由此看出，电容器在电网运行过程中是必不可少的组成结构之一，当受到电网谐波电流的影响，就会使电容器产生额外的热量，电容器的温度升高增加了电容器的有功耗损，而且，对并联无功补偿电容器的使用寿命也将产生一定的影响，会加快电容器的老化。另外，电网谐波电流还可能使并联无功补偿电容器出现过负荷的现象，以至于电容器出现烧毁故障，对电网的正常运行造成极大的损失，对周边人群用电的可靠性、安全性也将带来一定的影响。

2 电网谐波方法机理

电网系统在发展的过程中，经过数次的改进和完善，主要是本着电网系统供电的安全性、可靠性为目的来进行完善，其中并联无功补偿电容器就是重要的应用设备之一，对提高电网功率因素的等效电路有着极大的作用（如图1所示）。

图1 等效电路图

图1中的I为电网谐波源所产生的谐波电流，XS为电网系统中的等效基波感抗，RS作为电网系统的等效电阻，IS作为电网系统的谐波电流，IC作为进入到并联无功补偿电容器的谐波电流。作者通过大量的实践证明，如果为了提高电网系统的功率因数而实施电容器无功补偿的话，虽然能够给电网系统带来一定的效益，但是，如果并联无功补偿电容器设置的参数与实际电网运行不符合的话，就会产生大量的谐波电流，甚至电容器的运行会放大谐波电流而产生谐振的现象，长期处在这种情况下运行，不仅会对电容器的使用寿命产生一定的影响，严重时甚至会烧毁电容器，造成电网谐波并联无功补偿电容器出现严重故障。

3 如何有效地抑制谐波电流

3.1 在并联无功补偿电容器中串联电抗器

通过以上的分析得知，谐波电流不仅对电网的损害极大，对电气设备也会造成一定的损伤甚至烧毁，对电网系统运行的安全性、稳定性等都造成极大的影响，因此，抑制谐波电流的工作也成为电网系统的重点工作。为了更好地抑制谐波电流放大对电容器造成的损坏现象，作者通过大量的实验寻找到既经济又实惠的可行方法，该方法主要是将并联无功补偿电容器中串接大小适当的空心电抗器。该方法在实施的过程中，主要是根据注入电网系统中的谐波次数、供电系统条件、补偿电容器参数以及限制指标等方面进行分析，再选择一个适当大小的电抗器串接到电容器中，提高并联无功补偿电容器的电抗率，从而有效地抑制谐波电流对并联无功电容器的影响。就现阶段电抗器的电抗率来说，主要分为12%、6%、4.5%、<0.4%四种，一般情况下并联无功补偿电容器中接入4.5%电抗率的配置，当然，具体的接入配置还需要根据实际情况来定，如果配网的三次谐波较大的话，为了提高并联无功补偿电容器运行的可靠性，应采用12%电抗率进行配置，从而达到抑制电网谐波的作用，避免或降低对并联无功补偿电容器的影响。

3.2 电抗器参数的选择

以上提到的抑制电网谐波对并联无功补偿电容器的影响，主要采取的是串联电抗器的方式，而对串联电抗器参数的选择非常关键，如果选择电抗率不适宜的话，就会造成串联的电抗器虽然花费了一定的资金，但是却无法起到更好地抑制谐波电流的作用，甚至增加电容器的功耗。串联电抗器能让谐波下的电容器回路总阻抗均显示为感性，这样才能从根本上消除电网中所产生的谐波，如果总阻抗为容性的话，就无法对电网谐波起到抑制的作用，要达到这个目的，必须进行电抗率的计算，主要计算如下：

P=MNc/x2

式中：P为串联到并联无功补偿电容器中电抗器的工频感抗；M为可靠系数，一般情况下可靠系数取1.1～1.4之间；N为并联补偿电容器的工频容抗；x代表可能注入电容器的最低次谐波次数。通过上式来计算出电抗器的电抗率，再结合《并联电容器装置设计规范（GB 50227-2008）》，可以确定不同的并联无功补偿电容器该需要多少电抗率的电抗器。

另外，还应注意串联的电抗器与补偿电容器额定电压存在的匹配问题，如果并联无功补偿电容器中串联电抗器的话，并联补偿电容器的端电肯定会升高，而在这个过程中，必须要考虑到《并联电容器装置设计规范》中对电容器运行电压的标准，同时，要严格按照《电力系统电压和无功电力技术导则》中对变电站母线电压的要求，必须保证串接电抗器后的电容器符合规范要求，同时还要确保变电站的母线电压在规范范围内运行，这样才能真正发挥出并联无功补偿电容器的作用，否则将会引发电网故障，造成更大的经济损失。

4 结语

综上所述，电网在正常运行的过程中可能会出现电网谐波，这种情况不仅影响了电网的正常运行，也对并联无功补偿电容器产生一定的破坏。通过本文对电网谐波对并联无功补偿电容器危害的分析，作者结合自身多年工作经验，以及自身对电网谐波危害的认识，主要从电网谐波电流的产生、电网谐波电流的危害、电网谐波方法机理以及如何有效地抑制谐波电流等方面进行分析，希望通过本文的分析，对提高电网的运行效率，确保并联无功补偿电容器的正常运行给予一定的帮助和

启发。

参考文献

[1] 肖志国，卢昌宏，宗恒秀，张柱石，高俊福.玉田寰宇铸造公司谐波治理及经济效益分析[J].电力电容器与无功补偿，2012，（3）.

[2] 刘文泽，蔡泽祥，冯顺萍.变电站中电网谐波谐振分析与EMTP建模仿真[J].电力电容器与无功补偿，2013，（2）.

[3] 李良杰，宗恒秀，纪伟.唐山供电公司对谐波源用户的谐波测试及治理[J].电力电容器与无功补偿，2013，（5）.

[4] 王志川，刘丹莉，彭祥华，周群.基于改进蚁群优化算法的电力谐波和间谐波的检测与分析[J].四川电力技术，2014，（6）.

[5] 彭祥华，周群，曹晓燕.一种高精度的电网谐波/间谐波检测的组合优化算法[J].电力系统保护与控制，2014，（23）.

[6] 贾清泉，姚蕊，王宁，孟瑞龙.一种应用原子分解和加窗频移算法分析频率相近谐波/间谐波的方法[J].中国电机工程学报，2014，（27）.

作者简介：梁珂（1973-），男，广西电网有限责任公司玉林供电局工程师，研究方向：变电检修及管理。

农村电网无功补偿 篇6

关键词：低压,无功补偿,农村电网

我国农村电网现在虽然有了一定的规模, 但是其管理模式和技术还有待于提高, 我国农村有的地方在电压和无功方面的管理都不完善。因此, 就会造成电压不稳定、波动大、线路损耗大等一系列问题。要想解决这些问题, 就必须在农村电网中安装无功补偿装置并落实下去, 如此看来在农村电网中装无功补偿设备已成为不可阻挡的趋势了。

1低压无功补偿装置在农村电网中的使用方法

低压无功补偿装置在农村电网中的使用方法主要有三种。第一种就是随机补偿。随机补偿的主要作用是补充电动机的无功消耗, 这样就可以很好地限制用电单位的用电量。随机补偿用电时, 需要的投资少, 而且非常方便, 安装时也不复杂, 用起来既灵活又方便, 最重要的一点是利用此法时, 用电设备和补偿设备是同时开启同时关闭的, 这样就不用不断地调频来控制了。第二种是随器补偿。该种方法最大的优点是具有很高的经济性, 主要用于补偿变压器空载无功的情况, 而且在接装时接线比较简单, 管理也很方便, 尤其是可以降低无功网损, 可以节省原材料和资金, 目前该方法是无功补偿非常有效的方法之一。第三种方法是跟踪补偿。该种方法的使用时间比前两种要长一些, 而且工作量比较少, 虽然它的投资较高, 但实用性强。这三种方法各有其优点, 根据实际情况选用适当的方法才是最重要的。在使用的过程中不能只考虑单一的使用方法, 要把三种方法相结合, 只有这样才能达到更好的效果。

2低压无功补偿装置在农村电网中运用的原则

目前农村的电网装置还不是很完善, 而且农村电网的电压不稳定且质量普遍比较差, 所以就需要无功补偿装置来调节。无功补偿装置可以根据农村用电量的变化情况来调节, 如果发现用电不足就及时供给;如果超额就要相应地压一些, 这样一来就可以避免用电不平衡的现象出现。经过无功补偿装置的调节还可以减少或避免用电高峰时电压的不足或者用电量少时电压又过高的现象。我国农村电网无功补偿装置在安装前要作全面的规划, 充分了解农村用电情况后, 再合理地分配布局。在使用无功补偿时要坚持高压补偿和低压补偿相结合, 且一定要以低压补偿为主。在上面提到的几种方法中, 每一种方法都有其补偿的侧重点, 当然每一种方法也都有其缺点。所以在选择补偿方式时, 不能只考虑单一的一种, 应结合几种补偿方式来达到理想的效果, 利用几种补偿方式来调节好用电平衡。充分地利用资源, 节省成本, 取得较好的经济效益。低压无功补偿装置在农村电网中使用时还应该以增加电网的传输能力, 提高设备的利用率为目的, 在传输的过程中, 能相应地改善电压的质量, 降低输电线路在输送过程中的电能损耗, 还能减少设备的容量以达到方便地使用。通过以上这些手段都可以达到节约用电的目的。

3低压无功补偿装置在农村电网中运用时应注意的事项

在选择低压无功补偿装置时, 首先应考虑的是技术含量高、工作原理先进, 并且装置的功能要完善。在使用这些设备时还应该注意一些事项, 以避免一些不必要的故障发生。在使用无功补偿装置时, 装置要达到低温和低损耗的要求。在匹配无功补偿装置时, 无功补偿的装置应与用电设备达到一致的效果。当用电设备停止使用时, 补偿设备也应相应地停止;当用电设备开始工作时, 补偿装置也应开始使用。在安装无功补偿装置时, 不能采取只装而不管的态度, 安装无功补偿装置是提高农村电网用电质量的开始, 所以工作人员应坚持职业规范, 不能对装置的好坏、损耗等不理不睬。在安装的时候, 装置的位置也非常重要, 不能随便找一个地方就安装, 因为安装的位置也会影响农村电网的利用率和发展, 应尽量选择低压负荷区内, 这样才能达到最好的补偿效果。还有一种补偿方式就是采用阶段性的补偿, 这种补偿方式在安装时应考虑便携式、拆装都很方便的装置, 最好的办法就是制定明确的规定, 强制工作人员对无功装置的维修, 在农村也要开展相应的工作, 提高大家对无功装置的认识并达到保护的作用, 有关部门也应进行检查, 保证无功装置在农村的正常使用。无功补偿装置应采用复合开关, 这样既能控制接触点烧损, 又可以节约一定的能量。因为以前的装置在升温时会有能量损耗, 而利用无功补偿装置, 这个问题就可以顺利解决了。

无功补偿在农村电网中的利用有其重要的意义。在农村安装无功补偿装置后, 不仅提高了系统的功率系数, 降低用电过程中的功率损耗, 还使用户在用电时保持电压的稳定, 能保证用户不会因为用电人数增加而致电压太低或是用电人数少时出现电压过高的现象。所以, 想要改善我国农村的用电情况, 使我国农村用电达到好的利用率及节能的效果, 就需要安装无功补偿装置。

参考文献

[1]何通.农网无功补偿技术发展及建议[J].大众用电, 2011 (9) .

浅谈农村电网的无功优化问题 篇7

关键词：无功优化,粒子群算法,降低网损,低电压

0 引言

农村电网在供电方面存在供电半径长、档位不合理、配变过负荷、相位不平衡、导线截面小等问题,从而导致输电线路网损大、电网末端电压水平低等现象。为了确保“新农村、新电力、新服务”的顺利推展,我们需从电网管理层面对电网运行进行技术优化,以保证电能质量,减少输电线路的功率损耗。

电网中大多数元件、负荷均要消耗无功功率,而无功功率的分布直接影响电网电压和潮流分布。目前的无功优化主要是通过系统无功设备的合理配置,确保电网在满足一定的安全约束条件下,使得系统的无功补偿设备的投资和电网运行费用最小。通过建立无功优化的相应数学模型,在电网的规划建设和实际调度中实现无功优化,可以减小线路的电能损耗,提高企业的经济效益,有效治理农村“低电压”问题。

1 电力系统的无功优化

1.1 无功优化的基本思想

1.1.1 无功对电压的影响

系统无功和电压平衡的关系如图1所示:Ue为系统额定电压,曲线1、3为电源的无功电压静态特性,曲线2、4为负荷的无功电压静态特性。

曲线1、2的交点a为系统额定电压下的无功平衡点。假若系统无功不足,负荷增加后,系统只能降低电压运行,达到图中的b点。假若系统无功功率充足,通过增发无功功率,最后系统稳定运行于c点,此时系统能维持在较高电压水平下运行。

1.1.2 无功对网损的影响

网损分为线路网损和变压器网损2类。

线路网损:

式中,ΔP为线路的有功损耗;P为线路传输的有功功率;Q为线路传输的无功功率;R为线路的电阻;U为线路的额定电压。

变压器网损:

式中,ΔPT为变压器的有功损耗;P为变压器传输的有功功率;Q为变压器传输的无功功率;SN为变压器的额定容量;P0为变压器的铁耗;PK为变压器的铜耗。

由以上公式可知,当线路传送功率时,会造成有功功率的损耗,且输送的无功越大,总损耗越大,反之总损耗减小,故无功功率对有功损耗有较大影响。

1.2 无功优化概述

目前的无功电压控制方式立足于各变电站的站内就地补偿,但从整个电力系统角度出发,如果是电源点电压不合格,而该电源点同时联络几个负荷点时,单纯采用在负荷变电站就地调节方式就无法在全网范围内进行合理调节。因此,从优化控制角度出发,要及时调节电源点无功,使负荷变电站无功补偿设备得到充分利用,尽可能降低网损。

电力系统无功优化的目标是有功网损最小,通过变压器分接头的合理选择,发电机机端电压的理想配合以及无功补偿的优化配置等措施,使系统无功潮流实现最优分布,达到减少有功损耗、保证电网电压的目的。

2 惯性权重线性递减粒子群算法的电力系统无功优化

惯性权重粒子群算法是在传统粒子群迭代公式中引入了惯性权重,其迭代公式为:

惯性权重ω(k)表示前一代速度对当前速度的影响,将ω(k)设置为从0.9到0.4线性下降,在刚开始进行搜索时,能较快地固定最优解的大致位置,随着进化代数增大,惯性权重ω(k)逐渐减小,粒子速度减慢,开始精细的局部搜索。

惯性权值递减法粒子群中ω(k)按式(3)变化:

式中,ωmax、ωmin分别为ω的最大值和最小值;iter(k)、itermax分别为当前迭代次数和最大迭代次数。

2.1 算法分析

2.1.1 目标函数

以系统有功损耗最小为目标,以负荷节点电压质量和发电机PV节点无功出力为罚函数,构造目标函数:

其中,等式右边第一项为网络的有功功率损耗;第二项为对电压越限的罚函数;第三项为对无功功率越限的罚函数。NVlim和NQlim分别为电压和无功功率越限的母线集合,在潮流计算过程中检验电压和无功功率的约束是否满足,若越限则加入罚函数。

2.1.2 功率约束方程

2.1.3 变量约束

变量约束可分为控制变量约束和状态变量约束。选取发电机机端电压VG、无功补偿节点补偿容量QC、变压器分接头Ti为控制变量,发电机无功出力QG、负荷节点电压VD作为状态变量。控制变量和状态变量约束都不能超过各自的上下限值。

2.2 仿真及其结果

以IEEE-9节点测试系统为例,系统接线图如图2所示。该系统包含3台发电机、3台变压器和1个无功补偿节点。在计算过程中,变压器的变比调节范围是[1],共有9档分接头,调节步长为2.5%。节点7装有无功补偿装置,分5档投切,步长为10,补偿上限为50 Mvar。λVi=1 000,λQi=5分别为违反电压约束和发电机无功出力约束的罚因子。节点电压初始值为1.0,变压器变比初始值为1.0,初始系统的有功功率损耗为4.955 MW。

PSO算法中,ω=0.5,c1=c2=2,种群粒子数为60,迭代次数为50次,intermax=100,ωmax=0.9,ωmin=0.4。

对IEEE-9节点系统进行无功优化计算,目标函数采用全系统的有功网损最小与罚函数构成的扩展目标函数式。仿真运算后,将初始潮流、PSO优化后的潮流、基于惯性权重线性递减的PSO优化后的潮流的各节点电压、变压器变比、线损进行比较,结果如表1所示。

3 结论

图3为PSO算法和基于惯性权重线性递减的PSO优化算法的适应度曲线。由图3可以看出,PSO算法和改进PSO算法都可以获得较好的优化结果,都能达到降低网损的目的,改进PSO算法具有更强的搜索能力,能以极快的速度获得最优解。同时PSO算法和改进PSO算法能改变节点5和节点9电压水平低的问题。

由上述仿真计算可知,改进粒子群算法可以对潮流进行控制,达到无功优化、降低网损、解决农村“低电压”问题的目的。

参考文献

[1]唐志琼,韩学军,孙守刚.基于改进粒子群算法的电力系统无功优化研究[J].陕西电力,2009(1)

[2]魏涛.农村电网改造的探索与分析[J].科技与企业,2012(21)

农村电网无功补偿 篇8

随着农村电网电力电子各种变压器,整流装置,换流装置,节能灯等大量使用,农村电网中谐波含量急剧增加,电网谐波的存在严重影响了电能质量,农村电网谐波使农村的电动机、发电机、水泵等电气设备产生附加损耗,使设备温升增加,缩短设备的使用寿命;对继电保护,自动控制设备产生干扰易造成误动作;影响正常的电能计量造成计量误差;干扰邻近通信线路的正常工作。目前,谐波已成为污染电力系统的严重公害之一,各国对电网谐波问题都十分重视,多次召开国际性学术研讨会。随着农村现代化电力设备的增加,农村电网谐波[1,2]问题日益突出,解决农村电网谐波问题显得非常迫切。

为保证农村电网系统供电质量,必须对其进行治理。有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)作为一种主动式的谐波电流补偿装置,能够有效地抑制电力系统中的非线性负荷引起的谐波污染。而有源电力滤波器所采用的谐波电流检测方法决定了谐波电流的检测精度和动态响应特性,进而直接影响有源电力滤波器的补偿性能和效果。基本的农村电网APF补偿电流的检测方法[3,4]主要有:模拟带通或带阻滤波器检测法;基于傅立叶变换的检测法;基于瞬时无功功率的检测法。但是, 由于谐波具有固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征,因此难以对谐波进行准确检测,为此许多学者对谐波测量问题进行广泛研究,各种基本方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点。针对这一问题,应运而生了一些在以上各种方法基础上的拓展和改进方法,也诞生了些新的农村电网APF补偿电流的检测方法。下面对农村电网中APF补偿电流检测的各类方法的原理简要说明,主要是对其特点、局限性、发展动态进行分析讨论,同时着重介绍近几年来的一些新兴的农村电网中APF补偿电流检测方法。

1农村电网中APF补偿电流检测法

1.1基于傅立叶变换理论的检测法

1.1.1基于Fryze时域分析的有功电流检测法

基本原理是将负载电流分解为两个正交分量:一个是与电网电压波形完全一致的电流分量,称为有功电流分量;另一个分量为负载电流与有功电流的差值,包含基波无功和谐波,称为广义无功电流分量。该方法的主要缺点是必须计算负载的有功功率和电网电压的有效值,这需要对电网电压和负载电流的乘积以及电网电压信号的平方进行积分运算,再加上其他运算电路所需的计算时间,用该方法计算出广义无功电流瞬时值至少有一个周期以上的时间延迟,故不适用于频繁变化负载的补偿。而且,这种方法仅仅区分有功电流和广义无功电流,却无法将基波无功和谐波电流相分离,因此这种方法只能适用于全补偿的场合,对于需要将基波无功电流和谐波电流分别补偿的情况,该方法无法应用。

1.1.2频域分析的快速傅立叶变换(FFT)检测法

该方法是建立在Fourier分析的基础上的,因此要求被补偿的波形是周期变换的,否则会带来较大误差。通过FFT将检测到的一个周期的谐波信号进行分解,得各次谐波的幅值和相位系数,将拟抵消的谐波分量通过带通滤波器或傅里叶变换器得到所需的误差信号,再将该误差信号进行FFT反变换,即可得补偿信号。其优点是可以选择拟消除的谐波次数,通过附加的计算,该方法还可以通过电网电压基波分量与负载电流基波分量的相位关系,计算出负载电流的基波有功和基波无功电流;而且受环境因素影响也较小。但是该方法需要进行FFT变换及其反变换,计算量非常大,因而有较大的时间延迟。当电网电压波形畸变严重或者频率波动时,将会引起较大的非同步采样误差,对谐波电流的检测精度影响很大。

该类检测方法[5,6,7,8],精度较高,功能较多,使用方便,是当今应用最广泛的一种方法,其缺点是:①需要一定时间的电流值,且需要进行两次变换,计算量大,需花费较多的计算时间,从而使得该检测方法具有较长时间的延迟,检测的结果实际上是较长时间前的谐波电流,实时性不好。②在采样过程中,当采样频率不是信号频率的整数倍时,即:式子undefined(式中T0为信号周期;TS为采样周期;fS为采样频率;f0为信号频率;L为正整数)不成立时,使用该方法会产生频谱泄漏现象和栅栏效应,使计算出的信号参数(即频率、幅值和相位)不准确,无法满足准确的谐波测量要求,因此必须对算法进行改进。文献[10,11]介绍了一种基于加汉宁(Harming)窗插值的谐波分析法。提出将基于加汉宁窗插值的谐波分析法用于谐波的测量,该方法能在很大程度上减轻非同步采样给谐波测量带来的误差,虽然该算法用于谐波分析时的误差随着采样时间的变短、采样频率的减少而增大,但实际使用时容易达到所需的采样时间长度和采样频率,且相对普通的谐波分析法增加的计算量不多、容易编程实现,是谐波测量的非常有效的方法。

随着电力系统中非线性负载的广泛应用,电力系统中的谐波情况也越来越复杂,非整数次谐波含量越来越高,对测量的精度要求的提高,出现基于多种原理的综合结合一种较新算法的谐波测量方法。且这类测量方法将是今后谐波测量研究的一个方向。文献[12]提出了基于快速傅里叶变换与误差最小原理的电力系统谐波测量方法。该方法设定了畸变波形模型和修正参数,当模型波形与实际波形之间的均方差最小时,模型参数可以代表实际波形的参数。为避免分析出的谐波次数不准确而出现无效参数,把实际采样数据分成训练组和测试组。在训练组中通过最陡下降梯度查询学习策略的迭代循环修正参数。在测试组中检测谐波次数的正确性,获得有效的谐波分析结果,实现对次谐波和频率相隔很小的谐波的同步跟踪。

1.2基于瞬时无功功率理论的检测法

为了能在线实时监测和补偿谐波,日本学者赤木泰文等人于1984年提出了基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法,它是目前农村电网中APF中应用最广的一种检测谐波电流方法,对于谐波和无功补偿装置的研究和开发起了极大的推动作用。目前,对于基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法的不断改进,涌现了以下几种方法,如p-q法、íp-íq法以及d-q法。其中,p-q法适用于电网电压对称且无畸变情况下谐波电流的检测;íp-íq法不仅在电网电压畸变时适用,在电网电压不对称时也同样有效;而基于同步旋转坐标变换的d-q法可在电网电压不对称、畸变情况下精确地检测出谐波电流,其优点是当电网电压对称且无畸变时,各电流分量(基波正序无功分量、不对称分量及高次谐波分量)的检测电路比较简单。

基于该理论的瞬时谐波测量方法得到了普遍重视和应用。然而这种方法的测量精度在很大程度上受到实际工况中多种因素的影响 ,因此它不是最理想的测量谐波的方法。但随着研究者的深入算法的改进,最近几年出现了一些基于此理论的新的较先进的电力谐波测量的方法。

文献[13]提出了基于瞬时无功功率理论的数字化谐波检测方法。应用Remez算法对FIR数字低通滤波器进行优化设计,提高了谐波测量精度,该方法特别适合在DSP上编程实现,运算量适中。该方法比传统的基于快速傅立叶变换的谐波测量方法要好,即使系统中有问谐波存在也能对各次谐波电流的正序、负序分量进行有效的检测。其缺点是不能对谐波的相位进行准确的测量。

文献[14]为能用数字信号处理器(DSP)实现三相电路的谐波测量,从基于瞬时无功理论出发,分别讨论了三相电流中谐波正序和负序分量检测的数字方法,由此得出一种实时的谐波测量算法.该算法能准确地测量出三相电流中的谐波正序和负序分量.当有源电力滤波器(APF)等装置的谐波电流检测电路采用该算法时,可根据需要适时调整DSP程序来形成不同的参考电流,以便更好地满足APF的不同补偿要求.仿真和实验研究结果表明了该算法的有效性和可行性。

1.3基于采样保持原理的谐波电流检测法

J.W.Dixon等人提出了一种应用采样保持电路来实现谐波、无功电流和不平衡负载的检测计算的方法。此方案将负载电流经带通滤波器得到相电流基波瞬时值,其经过整流输入采样保持电路,采样保持电路与相电压峰值同步,采样保持电路获得的直流信号正比于电流有功分量幅值。用同样的方法得到另外两相的直流信号,根据负载的有功功率,对这三相直流信号进行平均,平均后的直流信号与3个对称的正弦参考波形相乘,可以获得各相对称基波有功电流然后它们与实际负载电流相减就得到了所需的补偿电流值。此方法得到的检测电路既可用于谐波抑制,补偿功率因数,又能平衡系统三相功率。它没有复杂的坐标变换和乘除法数学运算,可以避免负载电流瞬变引起的电源电压波动和瞬变现象,但对电路元器件精度要求较高,调整较为困难,且电压波形发生畸变时,无法实现有效补偿。

1.4基于小波变换理论检测法

傅里叶变换有其明显的缺点,那就是没有时间局部信息,小波变换克服了傅里叶变换这种在频域完全局部化而在时域完全不局部化的缺点,它是一种窗口大小(即窗口面积)固定但时间窗和频率窗均可改变的时频局部化分析方法。在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,从而小波变换具有对信号的自适应性。从原则上讲,凡传统使用傅氏变换都可以用小波变换来代替。它主要利用正交小波在L2 (R)空间线性张成的标准正交小波基波和小波函数时域局部性的特点,将谐波时变幅值投影到小波函数和尺度函数张成的子空间上,从而把时变幅值的估计问题转化为常系数估计,利用最小二乘法即可实现时变谐波的检测。同时,递推最小二乘法的应用使该方法也适用于谐波在线跟踪。这种方法只是在仿真上证明了它的有效性,但是在实际现场没有证明它的可行性,因此在这方面还需要进一步研究与探讨。

小波可以同时提取信号的时频特性,克服了傅立叶变换时域无局部化特性的缺点,适用于非整次谐波的分离和突变谐波的检测,是一种良好的时频分析工具,在农村电网的谐波分析中得到了广泛的应用。但是小波对信号频带的划分不是均匀划分,而是具有高频频带宽而低频频带窄的特点, 导致了高频信号的检测精度降低,小波包的出现很好地解决了这个问题。小波包可以实现信号频带的均匀划分,提高了信号的检测精度,但是利用现有的滤波器组结构实现小波包分解时,会遇到频带划分不按频率大小顺序连续排列的问题,频率大的谐波可能会被分解到较低的频带中, 而频率小的谐波会被分解到较高的频带中,频率相近的谐波可能会被分解到相距较远的频带中, 这样就无法通过小波包分解的结果直观地判断谐波的频率大小和特性,阻碍了小波包的广泛应用。

小波变换目前在农村电网中APF补偿电流检测研究现状,主要有对基于MALLAT算法、小波包变换、连续小波变换、复小波变换、自适应小波的谐波检测以及电能质量分析方法的谐波测量的方法的研究[15,16]。同时,小波变换与虚拟仪器的结合,将小波变换引入虚拟仪器中,可以提高虚拟仪器对于谐波的跟踪和测量效果。

文献[17]利用Labview软件实现了小波MALLAT多分辨率算法,在此基础上建立了信号谱分析系统,并实现了对模拟信号的采集,通过计算机完成了对信号的分析处理。实验结果证明了该虚拟仪器系统可以较好地实现对于信号的频谱分析,可以为谐波和电能质量分析提供参考依据。图1为虚拟仪器测量系统框图。

将小波分析应用于谐波问题,目前正处于起步阶段,还大有潜力可挖,它也正逐渐成为谐波检测中新的热点和突破口。在今后的研究中,小波变换在电力谐波测量研究的重点应该是:①将小波变换与其他的数学方法结合起来,将它应用于不对称系统(如三相四线制系统)的谐波测量中。②根据电力系统谐波测量的特点,构造出适用于复杂谐波信号分析、具有较短计算时间的小波函数,或是建立起一套更为完善的小波分解理论,提出新的谐波测量和分析的方法。

1.5基于神经网络理论的检测法

神经网络应用于农村电网中APF补偿电流检测尚属于起步阶段。目前基于神经网络的谐波测量方法主要有两种,一是基于多层前馈神经网络(MLFNN)的谐波测量;二是基于自适应线性神经网络的谐波测量。从理论上分析,多层前馈神经网络由于已经训练完毕以及原有的训练样本中没有这些突变的样本,且训练过程不确定,在应用之前一般需要大量的训练,网络神经元过多,计算量就会过大,以至于不能适应这种变化。而自适应神经网络由于自身的自适应性,会比多层前馈神经网络的适应性好。而且找到所有的训练样本是不可能的,因此具有一定适应能力的神经网络比较具有发展前景。然而,采用自适应人工神经网络方法,必须已知系统的精确基波频率才能进行精确的谐波分析。如果能够将自适应神经网络与多层前馈神经网络结合起来,应该可以解决自适应网络的收敛速度不高,收敛精度低的问题,以及改善多层前馈神经网络自适应能力差的问题[18,19]。

文献[20] 提出了一种新的基于三角基函数的神经网络算法,提出了该神经网络算法的收敛定理,并结合加窗函数插值算法进行电力系统谐波分析。在非同步采样和非整周期截断及白噪声干扰等情况下,该谐波测量方法测量精度高.该神经网络算法所需数据量小(只需要一个基波周期的采样数据),收敛速度快.因此,该算法在电力系统谐波测量中有较高的应用价值。文献[21]阐述了基于自适应神经元的谐波测量模型、基于BP网络的测量模型和基于径向基函数网络的谐波测量模型的特点。结论对于实际应用时测量方法的选择具有指导意义。

运用人工神经网络模型进行整数次谐波检测可达到较高的检测精度,但这种线性神经元模型不适合非整数次谐波的检测。为精确检测非整数次谐波,文献[22]提出了一种改进的线性人工神经元模型,并将加汉宁窗的FFT算法和改进的线性人工神经元模型结合起来,提出了一种用于非整数次谐波检测的新方法。该方法首先对采样信号用加汉宁窗的FFT 算法进行预处理,得到了谐波个数和精度不高的谐波次数;其次根据谐波个数设定神经元的个数,根据预处理后得到的谐波次数设定神经网络谐波次数迭代的初始值;最后对改进后的人工神经网络进行训练,便可实现非整数次谐波的精确测量。

总之,基于神经网络的谐波测量方法的研究还有待深入,特别是网络的实现技术研究更需要给予关注。今后的研究主要会集中在新的测量原理与测量模型以及神经网络的实现方法与技术上。采用神经网络完成电力谐波测量,不仅为电网谐波测量提供了一条新的途径,而且也是一种切实可行的方法,有着广泛的应用前景。

1.6自适应闭环的检测方法

自适应闭环检测方法[25,26,27,28]的原理见图2所示:由原理图,us通过自适应滤波、移相后得到两个正交的参考输入量Rsinwt和Rcoswt。由于输出电流io(t)中含有基波、谐波分量,因而将其与两正交参考输入量相乘,通过一个积分环节得到基波的有功和无功的平均电流Ip和Iq。其余频率成分信号积分后为0。平均电流Ip和Iq再分别与Rsinwt和Rcoswt相乘后的得到瞬时基波有功ip(t)和无功iq(t)。得到ih=is-ip-iq,即谐波分量。

根据文献[26],上图所示的系统传递函数为:

undefined

其闭环幅频特性:

undefined

式中:R,w为参考电压信号输入幅值和角频率,k为图1中积分器的增益。很明显,式(1)是一个二阶陷波器,原始输入信号中频率等于w的成分都会被滤掉,剩下的就是需要检测的谐波电流。其中心频率取决于输入电压的频率,这样的系统对元件参数的依赖性较小,即系统元件参数对测量结果影响较小,因而其检测精度较高,这是自适应谐波电流检测法客观存在的优点。

由式(2)可知,当w=w1,Aw=0时,说明检测电路对is的基波分量产生无限大衰减;当w≪w1或w≫w1时,让谐波电流顺利通过。由此它是个比较理想的自适应谐波电流检测系统。

2结语

通过以上农村电网中APF补偿电流检测方法分析介绍,我们可以根据不同的情况选择检测方式,并采用不同的硬件来实现。傅立叶算法是目前检测中最基本的方法,广泛应用于谐波测量仪器当中;以瞬时无功功率理论为基础,可以得出实时检测有源电力滤波器的谐波和无功电流的方法,也可应用于无功补偿等谐波抑制领域;小波分析和人工神经网络是目前农村电网中APF补偿电流检测方法的热门问题,自适应闭环检测是正在研究的新方法、新理论,它可以提高谐波测量的实时性和精度。随着电网中非线性负荷的增多,谐波污染日益严重。今后农村电网中APF补偿电流检测方法发展趋势如下。

(1)基于某种或多种理论的综合,巧妙结合某种先进的算法是发展的一个重要方向。

(2)检测算法向复杂化、智能化发展;求解方法从直观的函数解析,进入复杂的数值分析和信号处理领域;ANN和小波变换等数学方法是新的发展方向。

(3)检测方法的应用与实时分析、控制目标相结合,使测量与控制集成化、一体化。

(4)随着APF技术的发展,使用自适应闭环检测的动态响应效果和检测精度之间矛盾解决。自适应闭环检测方法将得到广泛关注。

(5)硬件实现方面的精度、速度、可靠性的快速发展,将为实现高性能算法和实时控制奠定基础,为电力谐波测量的发展提供了更新的空间。DSP+FPGA的硬件实现的谐波测量法将成为电力谐波测量硬件实现方面的一个十分重要的研究方向。

摘要：农村电网中有源滤波器(APF)是谐波治理的一个重要组成部分。其补偿电流检测方法的选择直接决定了电流补偿的精度和动态相应效果。根据检测的要求,为了减少误差和精确测量,必须选择一种较适合系统的、经济实用的APF补偿电流检测方法。概述了农村电网中APF补偿电流检测的方法,分析讨论了其原理、特点、局限性、发展动态及方向等。着重介绍了一些现阶段最新的农村电网中APF补偿电流检测的方法,同时预测了其总的发展趋势。基于多种理论的综合,并结合先进的算法,将为APF的发展提供更大的空间。

电网的无功补偿探讨 篇9

无功补偿, 就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率, 以提高系统的功率因数, 降低能耗, 改善电网电压质量。由于电网中的负荷大部分均为感性负荷, 再加上电网中的各级变压器和线路也为感性, 因此电网必须进行无功补偿, 在电网中的适当位置装设无功补偿装置成为满足电网无功需求的必要手段。

2 电网无功补偿配置原则

对电力网无功功率消耗的基本情况进行分析, 各级网格和输配电设备均需消耗一定数量的无功功率, 特别是配电网占据了较大的比例。为使无功功率的传输损耗尽可能将至最低, 使输配电设施的效率的以提升, 应该秉承“分级补偿, 就地平衡”的原则, 科学的布置无功补偿设施。

2.1 总体平衡与局部平衡相结合, 以局部为主

一是应该使整个县局电网的无功电力保持平衡状态, 二是应使变电所、10 kV配电线路的无功电力保持平衡状态。若不科学地设置补偿的位置及其容量、无功电源, 局部的无功电力就无法达到平衡, 从而导致各个分区间无功电力出现交换及长途输送, 加大了电网的电能及功率的损耗。

2.2 电力部门补偿与用户补偿相结合

在配电网络中, 用户大概能够消耗50%~60%的无功功率, 配电网消耗了其余的无功功率, 所以, 为使无功功率在网络中的输送尽可能的降低, 需进行就地补偿及平衡, 因此, 用户及电力部门一定要由一起进行补偿。

2.3 分散补偿与集中补偿相结合, 以分散为主

集中补偿是在变电所集中安装大容量补偿电容器。分散补偿, 即在配电网络内用户的用电设施、配电变压器和配电线路等分散的负荷区进行的无功补偿。集中补偿主要是对主变压器自身的无功损耗进行补偿, 使供电网络的无功损耗, 以及变电所以上输电线路的无功电力减少, 但无法减少配电网络的无功损耗, 由于用户所需的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送, 因此, 一定要明确无功功率的发生部位, 以便于进行补偿, 从而减少线损。必须将分散补偿作为中、低压配电网的主要工作。

2.4 降损与调压相结合, 以降损为主

通过并联电容器来完成无功补偿, 其主要是为了满足无功电力的就地平衡, 使线损及网络的无功损耗降低, 同时还能采用电容器的分组投切的方式, 在一定程度上调整电压, 这是补偿的辅助目的, 正常情况下的工作主要以降损为主, 调压为辅。

3 无功补偿容量配置

根据无功分层分区平衡的原则, 下式可用以计算局部电网所需增加的电容器容量:

式中:Qc——所需增加电容器容量, kvar;PL——局部电网实际最大负荷, kW;cosφ1——无功补偿前功率因数;cosφ2——无功补偿后要求达到的功率因素。

4 无功补偿设备

无功补偿设施也就是电力系统内的无功电源, 其为了供给或吸收适度可变的无功功率, 最大限度地减少通过线路的无功潮流。

4.1 并联电容器和串联电容器

并联及串联的电容器均属静电电容器, 串联电容器补偿感性无功, 并联电容器补偿容性无功, 其与接入系统的方式相对应, 其中因为并联电容器不需要太复杂的接线及操作方式, 不会过多影响到可靠性能而被广泛运用, 当并联电容器的谐波阻碍其工作时, 串联电容器方可启用。但它不能带电连续改变, 只对固定无功进行补偿, 因此需通过分组投切的措施进行补偿。

4.2 并联电抗器

馈线分布电容能使轻载和空载线路升高而超出规定的范围, 尤其是现在城网改造后, 市区走线绝大部分为电缆, 分布电容较一般架空线路超出十倍甚至更多, 此情况尤为严重, 必须采取措施加以控制。并联电抗器可以产生感性无功, 平衡线路上多余的容性无功, 在对电压的控制上极具优越性。并联电抗器结构不太复杂, 具有稳定的性能, 且价格适宜。

4.3 静止无功功率补偿器

对补偿装置的无功功率进行连续调节属于静止无功功率补偿器的一大特点。其构成为固定电容器 (FC) 闸管控制电路控制电抗器 (TSC) , 对TCR中的晶闸管的触发延迟角进行调节来完成连续调节。

5 无功补偿方式

利用电抗器或电容器进行无功补偿, 但其带来的效果随着接入电网的方式的转变而发生改变, 以下是配电网的无功补偿方法:

5.1 变电站集中补偿:接于汇流母线上的无功补偿方式, 它通过母线上的无功负荷直接对电容器的投切进行控制。

5.2 低压集中补偿:也叫做分组补偿, 是按照用户地的负荷中心, 对补偿装置进行分组, 并装设于具备较低的功率因数的村镇终端变、配电所高、低压母线上, 以及车间配电室或变电所分路出线上。

5.3 线路无功补偿:是在配电线路上的某一架杆上安装补偿设备的方式。

5.4 用户终端分散补偿:又称个别补偿或随机补偿, 通过控制, 保护装置与电机同时投切, 既能提高线路的功率因数, 又能改善用电设备地电能质量。

6 结束语

通过本文对无功补偿的介绍, 让大家了解了无功补偿对电网的重要性, 为了作好降损节能的作用, 改善电能的质量, 提高输变电设备的有功出力, 使电气设备在最佳经济状态下用运行, 使有限的电力更好的为社会主义建设事业服务, 做好无功补偿工作势在必行。

摘要：由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用, 因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。本文主要介绍了无功补偿的配置原则, 补偿容量的配置、补偿设备以及补偿方式。

关键词：电网无功补偿,配置原则,补偿容量,补偿方式

参考文献

[1]王成山, 唐晓莉, 余贻鑫.城市高中压电网无功功率优化规划[J].电网技术, 1998, 22 (8) :23-26.

[2]城市电力网规划设计导则, 国家电网, 2006.

地区电网的无功平衡和电压控制 篇10

关键词：无功平衡；电网运行；无功补偿；电压

随着电网的不断发展和电力体制改革的逐步深化，适应建设“一强三优”供电公司的要求，人们对电压问题的重视程度逐渐增加。本文从分析地区电网电压情况和无功设备状况入手，找出无功电压调整中存在的问题，有针对性的提出解决措施和方法，对提高电网电压管理和用户高质量的供电有着十分重要的意义。

1 某地区电网无功电压现状

1.1 无功设备的基本情况

目前，地区电网共有220 kV主变19台，容量3120 MVA，均为有载调压变压器；110 kV主变62台，容量2717.5 MVA，也均为有载调压变压器。

该地区电网的无功功率补偿设备主要是一台并入220kV电网的60万火电机组和各变电站的电容器组。地区电网110kV及以上变电站无功补偿电容器总容量736.334MVAR，其中220 kV变电站408.504 MVAR，110 kV变电站327.83 MVAR。

1.2 配置原则和调整手段

在无功补偿设备的配置上，主要是考虑分层分区就地平衡的原则，根据主变容量和负荷情况安装足够容量的无功补偿设备。对于220kV电网，应避免远距离、大容量的无功功率传输，力求保持各变电站的无功功率平衡，尽可能使220kV线路的无功功率流动小；对于110kV及以下的供电网，推行低压配变就地补偿，实现无功功率的分区和就地平衡，防止电压大幅波动。

无功电压的调整主要是通过调整主变分接头位置、投切电容器和电抗器、改变系统运行方式、调整发电机励磁等方法。

1.3 电压控制情况

2013年、2014年两年，地区电网综合电压合格率分别为99.967%和99.993%，2015年，将会继续提高。尤其是 2015年投运的220kV涡河变，不仅加强了电网可靠性，也对提升地区电网内县级电网的电压水平起到了关键作用。

2 存在的问题

随着社会经济的迅速发展、城市新区等工程建设，使地区电网规模不断扩大，供电负荷不断攀升。尤其是哈郑直流的落地，使地区电网结构和运行特性发生重大变化，地区电网的无功电压运行管理变得更加复杂，如不采取有效的针对性措施，可能影响供电质量，甚至危及电网安全。

2.1 哈郑直流引起的220kV层面无功传输问题

哈郑直流换流站靠近地区两座500kV变电站，致使500kV母线电压偏高，为调整电压，500kV变电站采取投入电抗器的措施。在降低500kV母线电压的同时，也使220kV母线电压降低，造成220kV线路无功潮流传输偏大，还会出现市际间无功的大量传输。

2.2 高峰时段电压调整能力不足

地区电网的大负荷季节一般在春季的灌溉时期、度冬度夏期间，此时间段电压调整困难。虽然提前采取了电压调整措施，对稳定主网电压起到了积极的作用，但在高峰时段，由于某些线路供电半径大、设备缺陷等原因，仍有电网电压偏低现象。

2.3 对县区供电电网缺少无功管理

地区县区电网的无功调压设备没有建立统一的台账，同时县区35kV变电站大多为无人值班，但又不能实现远方操作，故无功调整比较滞后，不能根据负荷和电压情况及时调整。

2.4 有载变压器调压范围选择问题

根据省调规程要求，220kV主变档位应在中间档位及上下三档范围运行，主变档位可调范围窄。同时有些主变因设备缺陷无法调档，造成调压困难。有些主变因负荷增长过快，还未进行主变调档就被闭锁。

2.5 电容器运行问题

地区电网主要的无功补偿设备是电容器。但电容器运行时发热等因素造成电容器相关设备如连接铝排、电容器本体等设备经常出现故障，而由于检修力量不足或设备备件购买周期长等原因，造成故障电容器检修工期长，电容器整体投入率不高，影响无功电压的调整。

2.6 负荷不稳定问题

地区有部分钢铁加工企业，造成电压调节无法跟上负荷变化的速度。

2.7 AVC调压策略问题

在自动化系统AVC功能中，只能设置各站自身的调压策略，不能将220kV变电站和其所带的110kV变电站的调压策略进行统一考虑，影响AVC的闭环控制。

3 调压措施

3.1 综合考虑各种因素的影响

由于无功电压调整的分散性和分层性，使得其控制比有功功率和频率的控制要困难得多。做好电压监视，控制好无功潮流和电压中枢点电压，合理使用调压手段，才能保证电压的可控、能控、在控。

3.2 提前做好電压调整

在电网运行中，做好负荷的预测工作，当高峰负荷到来之前，就将电容器投入，使电网电压提高至上限运行，这样可防止高峰负荷时电压的过分下降。同时做好预判，如果判断负荷增长较多会引起主变调压闭锁，在无功充足的情况下，先调整主变档位将电压提高至上限运行，待负荷升高后再投入电容器。

220kV主变档位调整应提前申请省调同意，并将地区负荷和电压变化情况及时向省调汇报，征得省调同意后扩大主变档位调整范围。

3.3 加强县区电网无功电压管理

建立县区电网无功设备台账，并制定县区无功电压管理规定和考核办法，确保县调无功电压调整的及时性。

3.4 提出电网改造建设建议

针对供电半径长、供电负荷重的线路和变电站，调度应及时向规划部门提出电网改造建设建议，解决线路末端电压低的问题。

3.5 及时消除电容器缺陷

运维部应加强电容器的运行维护，提高电容器检修处理速度，确保无功设备的投入率保持在较高的水平。尤其是针对经常出现问题的电容器，及早进行技改大修。

3.6 合理优化AVC控制策略

电网无功补偿技术应用 篇11

由于无功功率的存在以及电力电子产品的广泛使用，使得电力输配电系统或企业的供电网电能质量下降，在选择无功补偿装置的型式和设计布局时需要解决:谐波问题，冲击性负荷需要动态跟踪，补偿装置自身的能耗和补偿效果等问题。因此在选择设计无功补偿装置时要综合考虑以上问题，使无功补偿装置能根本解决以上问题，发挥最优补偿性能。

电网中的无功补偿可分为系统补偿和负荷 (包括配电网) 补偿。系统补偿的主要目的是为了提高输电网的传输容量、改善电网的稳定性等;负荷补偿的主要目的是为了提高系统的功率因数和供电质量、减少线路损耗等。

2 无功补偿的原理

2.1 无功功率及功率因数

可见，在一定的电压和电流下，提高cosφ，其输出的有功功率将增大。

提高功率因数的意义:电网的电压损失可表示为, 可见, 影响ΔU的因数有线路的有功P、无功Q、电阻R、电抗X, 如果采用容抗为Xc电容来补偿, 则电压损失可为, 可见ΔU减小, 改善了电压质量。

当线路提高电流时, 其有功损耗为ΔP=, 可见线路有功损耗ΔP与cos成反比, cosφ越高, ΔP越小。

投入电容补偿后，流过变压器绕组中的电流减少，故绕组的有功损耗也相应减少，单台变压器减少的有功功率为, Qc为补偿电容量，Q为变压器无功负荷，RB为变压器等效电阻。变压器铜损减少的有功功率为ΔPT=，β为变压器的负载率;cosφ1、cosφ2为补偿前、后的功率因数;ΔPK为变压器的额定铜损。

2.2 无功功率补偿原理

电力系统中，阻感负载占有很大比例，如图1所示，阻感负载的功率因数为将R、L电路并联接入电容C，如图1 (a) 所示，并联电容后电压与电流的相位变小了，即供电回路的功率因数提高了。若电容C的容量过小，使供电电流的相位滞后于电压，称欠补偿，如图1 (b) 所示。若电容C的容量过大，使供电电流的相位超前于电压，称过补偿，如图1 (c) 所示。通常不希望出现过补偿，因为会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率同样会增加电能损耗，严重的话还会影响电容器的寿命。

3 主流无功补偿装置

无功补偿的通常做法是在系统中采用固定安装或自动投切的方式接入并联电容器等容性设备，以供给感性负荷所消耗的部分无功功率，减少无功功率在电网中的流动，从而降低线路的电能损耗并提高系统的功率因数，改善电网的运行条件。电力电子技术的发展应用，电网当前主流的无功补偿装置可分为两类:

1) SVC:与旋转类同步电机补偿原理不同，采用电容器、电抗器这类静止不动的无源器件达到无功补偿的目的。

2) SVG:取消传统的电容器和电抗器，将电压型变流器通过电抗器并联在电网上，适当地调节变流器交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使其吸收或发出满足要求的可连续调节的无功电流。

4 各种无功补偿装置性能对比

4.1 HVC型

使用真空接触器，断路器等机械触点投切高压补偿电容器。

1) 特点:简单，初期设备投资比较少。目前大多数变电站都在使用，适合静态负荷，负荷波动不大的系统无功补偿。

2) 缺陷:对波动、冲击性负荷，HVC做不到动态跟踪，不能频繁投切;电容投入瞬间，电容器的冲击电流会在系统电压波形上产生凹陷，影响电能质量，会影响到同一条线路的其它设备正常运行，尤其是有PLC可编程控制器有可控硅触发角控制的设备在这瞬间失控，产生故障，目前国内还没有一种产品能真正意义上解决这一世界性难题。

如果采用分组投切，补偿精度比较粗，更做不到连续补偿。

电源特性不好，系统电压偏低时，一般情况下正是最需要补偿电容器出力的时候，但电容器的输出补偿容量按电压差的平方急剧下降，不利于系统电压的稳定。

4.2 TSC型

使用高压可控硅组投切高压补偿电容器。

1) 特点:能快速跟踪变化的负荷，实现动态投切，响应时间≤20ms;采用过零投切先进技术，保证电容器投切瞬间无冲击涌流;自身功耗小，不产生谐波;对系统内有冲击性负荷，适用于无功补偿需要频繁变化的场合，

2) 缺陷:电容器分组投切，补偿容量有台阶，在需要精确补偿场合，电容器分组要多，相对成本增加。

4.3 TCR型、MCR型

1) 特点:使用可控硅调节相控电抗器或磁饱和电抗器的输出电流，与电容器组配合实现动态无功连续补偿。

2) 缺陷:装置本身产生低次谐波，需要配置滤波电容器对自身产生的谐波进行滤波;配置的感性无功容量与容性无功容量基本相等，需双倍投资;装置占地面积大;电抗器噪音较大;装置自身功耗比较大，发热严重。

4.4 SVG、STATCOM

1) 特点:

装置体积小，补偿电流谐波含量低，动态响应速度快，双向连续调节无功功率输出，补偿器无功输出受接入点电压影响小。不会因系统运行方式改变或设备参数变化与系统发生串联、并联谐振。

2) 缺陷:造价较高，IGBT管的运行电压较低，SVG应用在高电压等级要通过降压变压器连接。

目前，将SVG并接在高压电网上，主要有两种方式:

一种结构是链式桥串联结构，也称为直挂式，它是由多个IGBT链接单元串联后直接接在高压母线上。

另一种是通过降压变压器连接到电网，低压侧变流器采用三电平二极管钳位式拓扑结构。与链式结构相比控制比较简单，安全性更高，使用IGBT管数量少，不用考虑IGBT管的均压问题。由于采用三电平二极管钳位式拓扑结构，开关器件承受的电压值是直流电容器电压的1/2, IGBT管工作更安全可靠，输出波形更趋近正弦波形。

特点:具有易于安装和模块化、电平数容易扩展的优点、没有接入变压器成本较低;但由于SVG直接接入高压系统所用的IGBT数目多;直流电容数目多;直流电容电压波动大;控制复杂。

5 应用实例

某110kV变电站通过降压至10kV后向用户供电。现要在10kV低压侧做动态无功补偿工程，要求装置投运后，主变每条母线为额定负荷运行时，功率因数应大于0.9。

经测试，10kV动态无功补偿容量6000kVar，根据以上介绍产品的特点做了不同的方案:

第1种方案:

采用可控硅投切电容器的TSC型式，能动态快速跟踪负荷变化，满足对冲击负荷的无功补偿，而且其本身没有谐波输出，自身功耗低，是动态无功补偿的理想产品。但补偿装置要分成三组，组合投切，每级级差在1000kVar，即补偿精度1000kVar，会出现无功不能被完全补偿的情况，例如:系统需要补偿900kVar，小于第一组1000kVar的投切门槛，第一组TSC就投不上，如强行把第一组的TSC投上，系统会出现过补偿。同理，系统需要补偿2600kVar, TSC只能投入第二组2000kVar，还差600kVar补不上，TSC的补偿是有台阶的，做不到精确补偿，若增加TSC的分组数，把级差做小了，会增加设备的一次性投资，性价比下降。

第2种方案:

TCR+FC型式，6000kVar FC全部死投，当负载波动，负荷低于设计最大负荷时，系统需要补偿的无功容量小于6000kVar时，就会出现电容过补，这时需要TCR输出感性电流去抵消电容器过补的那部分容性电流，达到无功连续补偿的功能。这种方案存在五大缺点:

1) 系统要求配置6000kVar的无功补偿，但本方案要配置两套6000kVar无功，一套感性无功，一套容性无功，双倍投资，增加设备购置费用。

2) TCR感性无功电流的输出大小是依靠调整高压可控硅的触发角相位来实现的，TCR输出的感性电流不是正弦波，包含了大量的低次谐波，TCR本身就是谐波源，TCR必需配FC来滤掉它本身产生的谐波。

3) TCR+FC有功损耗大，TCR的工作原理就是依靠TCR的感性电容来抵消过补的容性电流，电抗器和电容器之间有大电流流动，会在相控电抗器上产生很大的有功消耗，能耗大于2%，费用高。

4) TCR采用空心电抗器，一般置于室外，占地面积大。

5) 因TCR的可控硅对导通角有最大值和最小值的要求，所以TCR+FC不能做到全程连续调节，有些盲区。

第3种方案:

MCR+FC型，MCR补偿装置与TCR工作原理相似，是利用可控的磁饱和电抗器产生大小可调的感性电流去抵消过补的容性电容，MCR比TCR有优势，可以让可控硅工作在低电压区域，对可控硅的参数要求不严。但仍继承了TCR的不少缺点，限制它的进一步发展。

1) MCR产生的谐波比TCR相对小些，但仍有谐波输出。

2) MCR磁饱和电抗器发热严重，体积大，经运行证明磁饱和电抗器的烧毁概率高。

3) MCR运行噪音严重，不适宜室内布置。

4) 自身功耗大。

5) 全套装置能实现连续调节，如要求在全程范围内连续可调，MCR会出现盲区。

第4种方案:

SVG+HVC型,

1) 采用有源补偿SVG与自动无功补偿HVC相结合的综合补偿型式。SVG输出的无功电流与HVC输出的无功电流是组合叠加的方式，而不是抵消互补的方式，没有电流环流，所以整套装置的功耗小，在系统处于最低负荷运行状态时，HVC能自动退出运行，这对节电和设备的安全运行都非常重要。

2) 能达到全程范围内的连续无功补偿，没有盲区，使系统补偿后功率因数能达到0.98以上。

3) SVG响应速度快，完全可以满足系统内冲击性负荷的动态无功补偿要求，不会出现过补或欠补，系统的平均功率因数可趋近为1。

4) 本方案SVG的容量只有HVC电容器总容量的1/2，但全套装置仍具有0～6000kVar的连续无功调节功能，HVC的容量也只有3000kVar，比TCR少用了3000 kVar，事半功倍。设备投资费用下降，性价比提升。

6 结束语

通过以上比较，SVG+HVC配置的电容量是全套装置总容量的1/2，但具有0-6000kVar的无功连续调节功能，其本身功耗小、噪音小、不产生谐波输出，占地面积小，性价比占用优势，是四套方案中的最佳选择。

参考文献

[1]GB/T14549-1993.电能质量公用电网谐波[S].1994.2-5.