动态无功

动态无功（精选8篇）

动态无功 篇1

第二次工业革命以来, 电力工业也迅速发展开来。这也促进着电力系统不断发展、壮大和完善。也正是这种发展前进的方向, 决定了其经济、安全、优质运行也尤为重要。随着电力体制的不断改革和电力市场的逐步市场化, 其创造的经济效益激发了电力部门越来越多地关注于电力系统资源配置的经济性和安全性。电力系统, 单单从其整个结构的机器配置和部门分布来看, 便可知道其复杂度远远高于其他部门。然而, 在众多影响电能质量的因素中, 电压, 无可厚非是衡量电能质量的重要标准。电压质量对保持电网稳定、电力系统的安全、电力资源的合理利用、减低损耗, 提高电力系统的输电效率和确保电力系统运行的经济性、保证社会各项生产活动的正常运行等都有直接而巨大的影响。而无功功率是影响电压质量的主要因素, 电力系统的无功优化是提高系统运行电压, 减小网损, 提高电力系统稳定水平的有效手段。因此电力系统无功优化问题是电力系统优化问题研究的重要内容之一。

配电网指从输电网或地区发电厂接受电能, 通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。在电力网中起重要分配电能作用的网络系统。电力系统无功优化作为配电网系统中的重要议题, 必然成为先进相关专业人员的探讨, 目前我国配电网中普遍存在着无功补偿不足、布置不合理的情况, 存在着城乡电网与区域电网电容器容量倒置现象。用电需求与配电电网的分布不合理与不协调。表现之一:10KV电压等级以上的配电电网用户无功需求量远远大于供给量, 这样在很大程度上造成了供电现状的浪费。因此, 有效合理的优化动态无功, 不仅可以达到节能降耗的目的, 还可以减少用电装置的损害及由谐波引起的事故。在这里, 本文对电力系统无功优化的定义先进行解释。

电力系统无功优化, 即以保证电力系统电压质量为前提, 利用无功补偿来改变全网潮流, 使系统的有功损失和无功补偿费用最小。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿, 由于在实际电网系统中, 实际电荷是动态运动的, 有时候负荷变化会很大。而传统的动态无功, 也就是静态无功优化, 无法充分考虑各个动态电荷的动态联系。再者, 传统的静态无功优化利用当时或过去某一时刻的优化结果来指导下一时刻的电力系统设备, 显然缺乏科学性。这样而言, 动态无功优化便应运而生了。一般而言, 无功优化主要包含两个方面, 一方面是无功补偿装置的优化规划, 另一方面是电压无功优化控制, 把电压无功优化控制叫做AVC。

1 无功补偿装置优化

所谓无功补偿指在电网中安装发出无功功率的设备, 从而使负荷所吸收的无功被就地平衡, 避免大量无功电流的远距离传输。由于实际系统的无功负荷主要是感性负荷, 因此实际系统的无功电流主要是感性无功电流。感性无功电流的相位滞后电压90度, 容性无功电流的相位超前电压90度, 容性无功电流与感性无功电流的相位正好相反, 因此容性无功电流可以抵消感性无功电流。在大部分情况下, 可以用电容器来补偿负荷产生的无功电流, 这就是无功补偿。简单的说, 就是电网发出来的有有功功率和无功功率, 而无功功率太大会增大电能损耗, 而一般负载如电机类的负载是感性的, 工作时需要消耗无功功率, 所以就需要给电网无功补偿, 目前常用的是电容补偿, 利用电容发出的无功给负载提供无功功率, 这样能减小电网的损耗, 还能提高设备的使用效率。配电网无功补偿装置的研发成功, 以及其真正的投入批量生产, 可带来较大的社会效益。在电力行业主要分为高压配电网和中低压配电网两个部分。

1.1 高压网———依据“分层分区、就地平衡”的无功补偿原则, 根

据电网实际负荷水平或负荷预测数据, 综合考虑设备投资、降损及调压效果, 应用改进遗传算法和快速潮流计算方法, 规划决策区域电网中各220kV、110kV及35kV变电所的并联电容器、并联电抗器的安装地点、安装容量和分组方式, 用以解决高压配网无功补偿计算长期沿用经验公式而带来的配置不合理的问题, 并且有效降低网损、提高电压合格率、减少投资、改善电网的稳定性。

1.2 中低压网———以电网有功网损和电容器的安装购置费用之

和最小为目标, 综合考虑各种典型负荷水平下的补偿需求, 对低压配网的无功补偿提出配置规划决策方案, 其中包括:无功补偿设备的配置位置、配置容量、分组方式, 并且指出配置前后的网损变化、补偿方案的工程预算、预期效益及回收年数, 用以改变中低压配网无功补偿配置计算繁杂、工作量大、配置管理不足等缺点, 解决中低压配网电容器的补偿容量、补偿地点和补偿分组的难题。无功补偿对改善电压质量起着重要作用。可以提高功率因素, 达到降低系统损耗和提高系统供电效率的目的。目前, 电力系统无功补偿主要采用以下几种方式:

(1) 同步调相机。同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表, 它不仅能补偿固定的无功功率, 对变化的无功功率也能进行动态补偿。

(2) 并补装置。并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置, 但电容补偿只能补偿固定的无功, 电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节, 不能实现无功的平滑无级的调节。

(3) 并联电抗器。目前所用电抗器的容量是固定的, 除吸收系统容性负荷外, 用以抑制过电压。

2 电压无功优化控制

电压无功优化运行闭环控制, 即通过调度自动化系统采集各节点遥测、遥信等实时数据以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件, 进行在线电压无功优化分析与控制, 实现主变分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标, 最终形成控制指令, 通过调度自动化系统自动执行, 实现了。国内在这部分的产品, 主要分为网调级别、省网和地区网以及县级电网几种, 在地区级和县级电网, 这个系统可以分为集中式模式和分布式模式。不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损, 使电力系统能够安全经济运行。无功优化是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下, 通过调节控制变量 (发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节) 使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。

通过无功优化, 使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美地结合在一起, 这也决定着无功优化的前景十分广阔。因此, 对电力系统的无功优化研究意义重大。

摘要：本文对当前配电网动态无功优化的意义进行了总结, 简要介绍了无功优化的重要性, 对电力系统无功优化的方法进行了简要探讨。

关键词：配电网,动态无功,无功优化,电能质量,无功补偿

参考文献

[1]诸骏伟主编.电力系统分析 (上册) [M].北京:中国电力出版社.1995.

[2]于尔铿等.能量管理系统[M].北京:科学出版社.1998, 281～291.

[3]朱太秀.电力系统优化潮流与无功优化[J].电网技术.1990 (4) :13～16

[4]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.

动态无功 篇2

关键词：无功补偿装置；矿山；供电；应用

引言

阿尔哈达矿业有限公司地处内蒙古大草原腹地，海拔+1086m，年极端最低气温-43.6℃，年平均气温0.7℃，冬季长达7个月之久。因公司扩大生产需要，在我公司新建副井地表设立了一座10KV高压变电所，作为地表及井下高压供电系统的枢纽站，该配电室共装配有26面高压配电柜及其附属设备，我公司于2013年7月份在副井地表变电所10KV母线上安装投运了2套型号为SP-HTSC/10KV-1500kvar的高压动态无功补偿装置，使用中安全、可靠、节能。

1.使用情況

该装置由光电触发控制系统、阀控系统、电抗器、电容器、保护元件等单元组合而成。控制系统由微机实时监测、按照模糊控制理论智能调节。采用大功率半导体开关可控硅阀组作为投切补偿电容器组的控制部分切，一次电路主开关合闸后，装置便处于准备工作阶段；当控制器检测到的无功功率值超过整定值时，自动判断出需投电容器组的级数，控制器对指定的晶闸管输出触发信号使之导通将电容器组投入运行。当负载无功功率值低于整定值时，控制器停止输出触发信号，触发器停发触发信号而将电容器组退出工作。无功补偿一步到位，实现对电压、无功功率的全自动综合补偿与调节，避免了老式电容柜死投造成的过补和无功倒送现象，确保了我公司投切电容器过程的安全可靠、无冲击、无涌流、无过渡过程。确保了我公司供电系统中的功率因数始终保持在0.95以上。装置的外形设计采用柜式结构，并配有观察窗，便于对系统的监视和维护，同时，每个柜门均设有连锁保护装置，开门即跳闸，切实确保了我公司操作技术人员人身安全。

2.装置优点

2.1SP-HTSC高压动态无功补偿装置采用德国CIBAUD控制技术以及美国TI公司生的高带数据处理器DSP及CPLD存储器计算、控制，快速精确的实时补偿，响应速度小于20ms，对冲击负荷、时变负荷能够实时监测、动态补偿，确保功率因数在0.95以上。

2.2SP-HTSC高压动态无功补偿装置是一种动态跟踪补偿的新型电容补偿装置，采用全数字化的智能控制系统，利用大功率可控硅串联组成高压交流无触点开关，实现对多级电容器组的快速过零投切，改变了我国普遍采用的老式机械开关无功补偿器进行无功功率补偿的现状，因机械式的补偿器采用接触器投切电容器，在操作过程中容易产生过电压、电压跌落、闪变和电弧重燃等现象，使得电容器的寿命大大减小，而且日常维护量很大，该补偿装置有效的避免了以上问题。

2.3可控硅阀组的过零投切过程实现了零电流投入、零电流切除，无冲击、无涌流、无过渡过程，极大的延长了补偿电容的寿命，且没有高压的形成，不会产生电压过高的闪变现象。

2.4可控硅的驱动控制部分采用光纤触发技术，一次系统和二次系统完全隔离，保证触发精度，确保装置安全运行。

2.5可控硅的阀端采用直接检测方式，克服了传统的单管或电网电压等检测方式带来的触发延时、震荡、不准确、稳定性与可靠性差等缺点。

2.6通过电抗器与电容器参数的合理配置，实现了谐波抑制功能，同时不会与系统发生谐振。

2.7具有过压、欠压、缺相、过流、过温、防雷、频率异常、可控硅异常等保护功能，保证装置运行稳定可靠。

2.8采用大屏幕的彩色触摸屏作为人机界面，操作简单、方便，实时显示系统参数及设备运行状态，实时显示电网电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率，并具备断电记忆功能。

2.9控制器利用通讯口接口与上位机进行连接，采用通讯管理机实现就地和远方的通讯，同时，控制系统与变电站的综合自动化系统联网，实现了远程显示与控制功能。

2.10该装置中的可控硅阀组系统只作为一个快速大功率开关，不涉及调整触发角的问题，因此不会产生谐波，不需要再添加专门的滤波支路，且具有抑制谐波的功能，对电网不会造成二次污染。

2.11该补偿装置具有降低线损、节约电能、提高供电质量的显著特点，每年可给我公司带来巨大的经济效益。

3.使用后运行效果

安装投运该补偿装置后，大大提高了我公司供电系统的稳定性，确保正常生产。无功补偿装置投入后，在供电系统中的功率因数始终保持在0.95以上，与未投入前相比，可节约近20%的电能。

4.结语

在矿山企业供电系统中，老式电容柜每年都会出现死投造成过补和无功倒送现象，我公司HTSC高压动态无功补偿装置在矿山供电系统中的应用，提了高供电系统中电能的质量、利用率、安全性与稳定性，对于矿山企业供电系统具有一定的推广和借鉴价值。

参考文献：

[1]《电气工程师手册》 主编：王建华 机械工业出版社 2006年9月.

作者简介：

崔松涛（1970-），男，山东莱州人，高级工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司物资装备部经理，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。

康佳鑫（1988-），男，山东菏泽人，助理工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司电气技术员，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。

孙福亮（1964-），男，山东龙口人，电气工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司电气主管，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。

孙胜亮（1989-），男，黑龙江勃利人，助理工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司机械技术员，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。

动态无功 篇3

电力系统无功电压自动控制可有效改善电压质量,减少系统有功损耗,对电力系统的经济安全运行有重要意义。 但是传统优化模型中仅通过将节点电压限制在合格范围内可能会导致系统无功储备的降低,从而造成电压稳定性下降。 随着电力市场的发展以及负荷的加重,电压稳定问题日益突出,近年来计及电压稳定性的电力系统无功电压控制研究成为热点[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。

目前在考虑电压稳定性的无功电压优化中描述电压稳定程度的方法大致有3种。 第1种为状态指标法。 文献[2-4]将雅可比矩阵的最小奇异值作为衡量电压稳定性的指标,建立了多目标无功电压控制优化模型。 文献[5-7]以L指标作为优化目标以提高系统的电压稳定性。 采用状态指标评估系统电压稳定程度具有实现简便、计算快速的特点,但由于状态指标线性性不好,无法计及发电机无功约束等非线性因素。 第2种为负荷裕度指标法。 文献[8-10]在优化模型中引入负荷裕度指标以实现在无功电压控制的同时保证电压稳定裕度的目的。 负荷裕度指标在电压稳定评估中被广泛使用,可直观表征电压稳定程度,但是预定义的负荷增长模式可能与实际情况相差较大,且所需计算量较大。 第3种为动态无功储备指标法。 文献[11-12]以动态无功储备作为电压稳定性的量度加入目标函数中,提出了一种多目标无功电压控制优化模型。 动态无功储备可有效反映系统的电压稳定程度,具有直观、计算简便的优点。

在计算系统动态无功储备时需计及不同无功源对电压稳定的支撑作用,目前主要有2种处理方法第1种通过不同的权重系数表征各无功源的重要程度,将无功源的无功储备进行加权求和得到系统总动态无功储备。 该方法的重点在于权重系数的计算文献[11]将系统分为若干分区,通过计算每个分区的无功负荷裕度得到该分区各无功源的权重系数,但该方法对同分区中的不同无功源采用相同的权重系数并不合适。 文献[12]通过无功源所属分区的有功负荷裕度及其在分区中所处的电气位置确定该无功源的加权系数。 文献[13]则是基于无功电压灵敏度矩阵得到各无功源的权重因子。 但基于节点间电气距离或无功电压灵敏度的权重系数无法考虑系统的非线性特征。 第2种先计算各无功源的有效无功储备,再将其相加得到系统总动态无功储备。 文献[14 15]将故障情况下PV曲线鼻点无功源的无功出力与当前无功出力的差值作为无功源的有效无功储备以监测该故障态的电压稳定程度。 文献[16]则将VQ曲线鼻点各无功源的无功出力与当前无功出力相减得到其有效无功储备。 这类方法是以无功源实际能输出的最大有效无功出力来反映该无功源对系统的无功支撑能力,并通过计算系统的电压崩溃点来考虑系统的非线性特征,可以得到准确的最大有效无功出力。

此外,现有的计及动态无功储备的无功电压控制模型均仅通过目标函数中的系统总无功储备项来提高系统的电压稳定程度,但这样并不能确保电网各个分区都具有保证其稳定性的最小无功备用容量,本文通过增加每个分区最小无功备用容量约束来解决这一问题。 文中引入文献[16]中有效无功储备的概念,并将分区动态无功储备同时作为目标函数和约束条件,提出一种新的无功电压控制优化模型。 对IEEE 118节点系统的仿真结果和在辽宁电网自动电压控制(AVC)系统中的实际应用表明,本文所提出模型与方法是有效的。

1计及分区动态无功储备的无功电压控制优化模型

本文将分区动态无功储备同时引入目标函数和约束条件中,建立了如下无功电压控制优化模型。

1.1目标函数

其中,NB和NG分别为系统中节点和无功源的个数; ω1、ω2和 ω3为各优化目标的权重系数,其取值可根据实际优化需求进行调整,且有 ω1+ ω2+ ω3= 1;Ploss为系统有功网损;Ui和Ui,set分别为节点i的电压及其期望值; Qg,i和Qg,i,eff分别为无功源i的无功出力和最大有效无功出力;f1*、f2*和f3*分别为3个子目标函数的最优值,即单独考虑某一子目标最优时的目标值。 目标函数中,第2项为电压偏移量,第3项为系统总动态无功储备。

1.2约束条件

a. 潮流方程约束:

b. 运行约束:

c. 控制变量上、下限约束:

d. 分区动态无功储备约束:

其中,x为系统状态变量向量;g(x)为潮流平衡方程; NT和NC分别为系统中变压器可调变比和并联电容电抗的个数;Ui,max和Ui,min分别为节点i电压的上、下限;Qg,i,max和Qg,i,min分别为无功源i的无功出力上、下限;Ti、Ti,max和Ti,min分别为变压器i的变比及其上、下限;QC,i、QC,i,max和QC,i,min分别为电容电抗i的补偿值及其上、下限;Narea为电网分区个数;NG,k为分区k中无功源节点个数;Qrs,k,min为分区k的动态无功储备下限值。

上述模型的特点为:引入有效无功储备的概念通过各无功源有效无功储备的直接相加得到系统动态无功储备;将动态无功储备同时作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在提高系统总动态无功储备的同时确保各分区动态无功储备的均衡,避免局部电压崩溃的发生。

本文无功电压控制优化模型的重点和难点在于无功源有效无功储备和各分区动态无功储备下限值的计算。

2分区动态无功储备的计算

2.1有效无功储备的定义

电力系统无功储备可分为静态和动态2种。 由并联电容器等提供的静态无功储备不具有恒定电压支持能力,无法有效响应故障。 本文的无功储备主要是发电机、调相机和STATCOM等动态无功源提供的无功储备。 动态无功储备对维持系统电压稳定性具有重要作用。 当动态无功储备充足时,可以应对各种故障或负荷快速增长,维持系统的电压稳定。 因此,动态无功储备水平可作为一种衡量系统电压稳定程度的指标[17]。

在实际电力系统运行中,由于电网拓扑和负荷状态等因素,动态无功源的最大无功输出并不一定等于其技术上的无功上限。 有些无功源的无功出力还未增长至其技术无功上限,电网就已电压崩溃[14,15,16]。 因此,本文将系统电压崩溃点各动态无功源的无功出力作为其最大有效无功出力,其与当前无功出力的差值即为其有效无功储备。

2.2基于VQ曲线法的分区动态无功储备计算

由于无功的局部平衡特性,在无功电压控制中对电网进行分区是一种十分有效的手段。 文中采用文献[18]提出的分区方法将电网分为Narea个分区并采用VQ曲线法计算各分区动态无功源的最大有效无功出力。 实现VQ曲线法首先要确定各分区的关键节点,分区过程中得到的电气距离dij可作为识别分区关键节点的依据。

其中,dij为无功源节点i对被控节点j的电气距离 ΔUi为节点i的电压偏移量;ΔQi为节点i的无功注入变化量。

将式(8)代入式(9)计算被控节点到该分区中各无功源的综合平均电气距离,选择其中距离最小的节点作为该分区的关键节点。 这样得到的关键节点为分区的电气中心,其与各无功源的电气距离均适中可以全面地考虑整个分区无功源的无功出力情况。

其中为节点j到其所属分区k中各无功源的综合平均电气距离 ;Gk为分区k中无功源的集合 。

VQ曲线法[19]的具体做法是:在分区关键节点上投入一台虚拟的调相机,逐步减小调相机的输出电压Uf,求解潮流得到该调相机的无功输出Qf,重复此步骤直至采集到足够多的点,便可得到该节点的VQ曲线,如图1所示。 VQ曲线的最低点A为电压崩溃点,此时各无功源的输出即为其最大有效无功出力。

将由VQ曲线法得到的无功源最大有效无功出力代入式(10),即可得到各分区的动态无功储备。

其中,Qrs,k为分区k的动态无功储备。

相比于文献[11-13]中利用各无功源技术无功储备加权求和得到系统总动态无功储备的方法,本文做法不仅避免了上述权重因子求取的不确定性, 而且有效计及了各无功源对系统电压稳定的不同影响,具有快速简便的优点。

2.3分区最小无功储备限值的计算

为了避免局部电压崩溃现象的发生,各分区应确保一定量的动态无功储备。 由于各分区的结构和负荷情况不同,其保证电压稳定性所需的最小无功储备也不同。

在计算分区所需最小无功储备时,本文采用的方法是选择分区中最严重的单一开断故障(本文以负荷最重的一条线路故障为例),计算此时关键节点VQ曲线 ,如图2虚线所示 ,得到VQ曲线鼻点A*各无功源的无功出力Q*g,j,eff和运行点B* 各无功源的无功出力Q*g,j,代入式(11)计算各分区所需的最小无功储备限值。

本文认为各分区正常运行状态下的动态无功储备应大于该分区在故障情况下无功源输出可能出现的最大变化量,以保证该分区有充足的无功储备维持其电压稳定性。

3算法步骤

本文提出的计及分区动态无功储备的无功电压控制的实现步骤如下。

步骤1分区动态无功储备及其下限值的计算 。

a. 确定电网的无功电压控制分区 ;

b. 确定各分区的关键节点;

c. 计算各分区关键节点VQ曲线的鼻点 , 得到无功源的最大有效无功出力;

d. 根据式 (10) 计算分区动态无功储备 ;

e. 确定各分区最严重故障 ;

f. 计算该故障下的VQ曲线 , 根据式 (11) 计算各分区所需的最小无功储备限值。

步骤2建立式(1)—(7)的数学模型,并应用考虑离散变量的非线性原对偶内点法[20]进行求解。

4算例分析

为了验证本文无功电压控制优化模型与方法的有效性,对IEEE 118节点系统进行仿真并将其应用于辽宁电网自动电压控制系统中。

4.1IEEE118节点系统

利用前文所述的分区算法对系统进行分区,将IEEE 118节点系统分为8个分区并识别各分区的关键节点,如表1所示。

计算各分区关键节点的VQ曲线,得到无功源的最大有效无功出力。 以7号分区为例,其关键节点为节点101,由表2可看出距离关键节点电气距离较远的无功源的最大有效无功出力一般小于其技术无功出力上限,其中无功源103、104和105虽然距离关键节点电气距离也较远,但是由于自身无功输出容量较小,其最大有效无功出力也达到了技术无功出力上限。

建立式(1)—(7)的数学模型(本文取 ω1=0.53 ω2=0.000 5、ω3= 0.469 5),采用非线性原对偶内点法进行求解,并与传统无功电压控制和文献[12]优化方法进行比较,如表3和表4所示(表3中电压偏移量为标幺值,后同)。 结果表明:传统无功电压控制主要优化了系统的有功网损,系统总动态无功储备虽略有增加,但这是某些分区无功储备的增加量大于其余分区无功储备减小量导致的结果;文献[12]优化方法将加权无功储备作为目标函数之一,该方法虽较大幅度地提高了系统的总动态无功储备,但分区3和分区6无功储备有所减少,存在无功储备分布不均的现象;本文提出的无功电压控制方法可通过选取合适的权重系数达到在牺牲较少有功网损优化效果的前提下,减少电压偏移量和增加系统总动态无功储备的目的,并通过约束条件确保各分区的动态无功储备均大于其所需的最小值,使系统动态无功储备分布更为均衡。

注:带“*”的节点代表无功源节点。

为了进一步比较上述3种优化方法对系统电压稳定性的影响,本文分别采用分区负荷增加和全网负荷增加的方式,使各节点负荷按原始比例增长,以各分区关键节点为电压观测点,计算得到优化前后各分区及全系统的有功负荷裕度,如表5所示。 表中的结果表明:传统无功电压控制和文献[12]优化方法虽然使系统整体的电压稳定性增加了,但由于各分区动态无功储备分布不均导致部分分区的电压稳定性有所降低,而本文无功电压控制通过将无功储备引入目标函数和约束条件中,实现了在维持各分区电压稳定的前提下,提高系统整体电压稳定性的目的。

4.2辽宁电网实际应用

本文所提出的无功电压控制方法已成功应用于辽宁电网自动电压控制系统中。 本算例所用数据是辽宁电网2013年10月22日的实时数据。

首先对辽宁电网进行无功电压控制分区,结果如表6所示。

按照前文所述实现步骤,建立计及分区动态无功储备的无功电压控制数学模型(本文取 ω1= 0.28 ω2= 0.07、ω3= 0.65),得到优化结果如表7和表8所示。 由表7、8可以看出:传统无功电压控制在实际电网中同样会导致系统动态无功储备分布不均,而本文提出的无功电压控制方法可以根据不同分区对无功储备的需求程度均衡各分区无功源的无功出力,保证各分区具备其所需的最小无功储备量,并在此基础上减少有功网损、改善电压质量、提高系统的整体电压稳定性。

注 : 仅列出电厂节点的分区情况 。

5结论

本文以动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,将分区动态无功储备同时作为目标函数和约束条件,提出了计及分区动态无功储备的无功电压控制模型与方法,该方法可以实现减小电网有功损耗、 改善电压质量和提高电压稳定性的目标。 IEEE 118节点系统和辽宁省实际电网的仿真结果表明,本文方法可以有效克服现有无功电压控制导致系统无功储备分布不均的缺陷,实现均衡各分区动态无功储备提高系统电压稳定性的目的,具有实际应用意义。

摘要：当前电网无功电压自动控制算法未能很好地提高系统电压稳定性。以电压控制分区动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,提出一种无功电压控制优化模型。通过计算各分区关键节点的电压-无功曲线得到无功源的有效无功储备,以故障下无功源出力的最大变化量作为各分区最小无功储备,将分区动态无功储备作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在保证电压稳定裕度的同时减少系统有功网损和实现电压控制的目的。IEEE 118节点系统的仿真结果和在某实际电网自动电压控制系统中的应用表明,所提出的模型与方法是有效的。

动态无功补偿装置的应用 篇4

关键词：动态无功补偿,装置,应用

近年来, 变频控制在工程机械的提升控制系统、回转系统、变幅系统、给料系统及除尘系统中被采用, 造成电压波动和大量谐波, 严重威胁工程机械设备的安全生产。动态无功功率补偿及滤波装置的合理配置可以改善工程机械设备配电系统的电能质量。

1. 改善电能质量的解决方案

(1) 提高自然功率因数减小谐波

提高工程机械传动控制设备的自然功率因数、减小传动控制设备的谐波在配电中较为可行的主要方法有: (1) 合理选择电机和变压器容量, 使其接近满负荷工作, 尽量避免电机的空载运行。 (2) 大功率设备启动时采用软启动, 减少对电网的冲击;同时采用电压等级高及短路容量大的电网供电, 减少谐波含量。 (3) 大功率提升机采用交—直—交变频调速技术, 解决交—交或直流调速存在的功率因数低及谐波大的问题。 (4) 配电变压器采用D, ynll接线, 为3次谐波提供通路。

(2) 补偿系统无功功率并抑制谐波

传动控制设备工作中常常采用并联电容器组来补偿系统的无功功率。这种方式虽然能够提高供电系统的功率因数、减少无功电流引起的压降和损耗, 但不会改变电压变化的上下限, 常常会出现过补偿及电压过高的情况。

2. 动态无功功率补偿装置及其分类

动态无功功率补偿装置能够跟踪负荷的无功波动, 自动地进行适时补偿, 从而保持电压的稳定。动态无功功率补偿装置一般可分为:机械投切电容器型 (MSC) , 机械投切电抗器型 (MSR) , 晶闸管控制电抗器型 (TCR) 及晶闸管投切电容器型 (TSC) 。可以单独使用, 也可联合使用, 并经常加入滤波 (FC) 回路用于抑制谐波。常用的动态无功功率补偿及滤波装置有:

(1) 机械投切电容器+滤波装置 (MSC+FC)

其控制器根据检测到的电压及电流计算母线上功率因数, 确定无功功率补偿容量, 投切相应真空断路器, 以改变补偿容量。自动投切电容器组被分为若干组, 由真空断路器控制, 根据控制器指令进行一组或多组投切。为限制合闸涌流和抑制谐波, 每组电容器回路中串接一定容量的电抗器。

MSC+FC可有效地补偿系统的无功功率和滤除系统的高次谐波, 不会出现母线电压过高及过补偿的情况。但一次投切的电容器组容量较大时, 会造成较大的涌流, 并且对大功率冲击负荷 (如大功率提升机等设备) 造成的闪变, 不起作用。投切开关只能在规定的电压或功率因数允许范围以外才能动作, 不能频繁操作。在投切电容器组时, 开关灭弧室容易发生重燃现象, 使系统电压瞬间提高, 危及设备的安全运行。

(2) 晶闸管投切电容器+滤波装置 (TSC+FC)

这种滤波补偿装置与MSC+FC相比, 用晶闸管取代了投切电容器的开关。控制器根据检测到的无功功率情况, 控制某一组或几组晶闸管的导通和断开, 进而控制相应电容器组的投切。晶闸管可在其两端电压过零瞬间完成电容器的投切, 投切过程中不会形成冲击电流和过电压, 电容器可以频繁地投切。TSC响应无功功率变化的时间很短, 且自身不产生谐波, 可迅速跟踪补偿供电系统冲击性负荷造成的无功不足。

3. 典型案例

以厦门明翰电气有限公司2009年为广东投运的MB240型沥青混合料搅拌设备配电系统改造为例, 该设备冷料系统、提升系统及除尘系统的总功率达到180kW, 最小冷料系统的电机功率7.5kW及最大的除尘系统电机功率132kW均采用变频调速方式控制。除尘系统属于动态负荷, 除尘过程中无功变化大, 该设备配电系统没有采用动态功率补偿装置前, 功率因数最低 (达到0.2左右) , 系统负荷变化频繁。除尘系统启动时出现电源供电突然中断, 造成生产中断2天, 以该设备每天正常工作10h, 出料240t/h, 以每吨净利润约80元计算, 两天直接经济损失384000元, 不包括无功损耗及谐波造成的设备损耗等间接损失。经过功率因数和谐波测试后, 为配电系统加装了TSC+FC动态功率补偿装置, 补偿装置的无功补偿总容量150kvar, 控制器的控制模块是以数字信号处理器DSP和高精度采样电路为基础, 可对每一个周期所有数据进行分析, 在5~20ms内计算出所需要无功补偿, 在谐波严重的情况下能进行动态补偿。设置滤波器组过电流保护、晶闸管过热保护、过压保护及欠电压保护后重启该设备除尘系统, 整台设备运行平稳, 系统功率因数保持在0.9左右, 电机出力明显提升, 缩短了工作时间, 减少功率损耗。

参考文献

[1]夏祖华等.动态无功补偿技术应用综述.电力设备, 2004 (5)

动态无功电流的瞬时采样直接法 篇5

1 无功电流检测算法

系统的相量图如图1所示。

设系统电压为

负荷电流为

从相量图中可以看出,负荷电流无功分量的幅值为

由三角函数关系sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ可得:

将系统电压us(t)=Ussin(ωt+θ1)采样,并且延时1/4个周期,可得:

式(4)可以写成:

图1中负荷电流相位滞后于系统电压相位,表明负荷是一个感性负荷,此时,

而

故在容性负荷情况下,IqL仅仅变化一个负号,即无论负荷是容性还是感性,IqL的幅值都不变,因此,式(7)所求得的IqL的绝对值即为无功电流的幅值。

在实际的无功电流计算过程中,系统电压经过锁相环(PLL)后,由检测到的相位可得到us(t)的单位正弦波us*(t)=sin(ωt+θ1),其相位和系统电压相位相同,幅值为1。在式(7)中用us*(t)代替us(t),用us*(t+π/2)代替us(t+π/2),则可得到更为简单的无功电流幅值表达式:

式(10)避免了计算系统电压的幅值,除了减小计算量之外,同时也避免受到系统电压突变等情况的影响。

无功电流直接法的框图如图2所示。从图2可以看出,该算法基于三角函数自身的数值关系,仅需1个延时环节和3个乘法器,结构非常简单,且仅有1/4个周期的延时。

2 直接法在STATCOM中的应用

2.1 单相STATCOM的原理

如图3所示,STACOM在无功补偿方面的作用在于使负荷的无功部分全部由STATCOM发出,负荷的有功部分以及无功补偿装置的有功损耗均由系统电流提供,即STATCOM的补偿电流由两部分组成:负荷电流的无功分量以及STACOM整个装置的基波有功损耗电流。采用上述直接法可从负荷电流iL中分离出无功电流分量iqL,将其和补偿装置的基波有功损耗电流-ip相叠加,得到补偿电流的指令信号ic*=iqL-ip。由此,系统电压与系统电流同相位,系统基波的功率因数即为1。

本文采用直流电容电压外环和交流电流内环的双闭环控制系统[10,11,12]。从直流侧电容电压与补偿装置有功电流的关系出发,可以在实现无功补偿器直流侧电压线性化控制的同时获得补偿器有功损耗[13]。交流侧采用滞环控制,以补偿电流参考值为基准设计一个滞环带,当实际补偿电流超出滞环带时,逆变器开关动作,使实际电流始终保持在滞环带内,围绕其参考值上下波动[14,15]。

2.2 STATCOM装置的有功功率损耗电流

由式(10)和图2可以得到STATCOM所需输出对系统补偿的无功电流,以下讨论STATCOM装置的有功功率损耗电流。

根据功率平衡原理,当电容C上电压Udc保持不变时,电感输出的电流iC不包含基波有功电流。一个无损的STATCOM装置直流侧电容电压的周期值为定值。而实际补偿装置存在损耗功率pA,其在一个周期内的积分不为零,所以将引起电容电压周期值的变化,即电容电压周期值的变化反映了补偿装置有功功率的传递[10]。

令式(1)中θ1=0,则系统电压为

补偿装置的有功功率损耗电流为

则损耗功率pA一个周期内的积分为

因此,损耗电流的幅值为

损耗电流计算框图如图4所示。

在实际计算中,通过PI调节对直流侧电压进行控制,同时得到补偿装置的损耗电流。其中比例环节使得电容电压快速接近给定值;积分环节用来调节静差,使得电容电压在参考电压值附近波动,改善系统的稳态性能。式(14)可对PI调节中的参数设置给出一定的参考。

3 数值仿真及实际实验结果

采用图3所示的STATCOM主电路图仿真模型,由4个IGBT管构成单相全桥变流器系统。电源采用单相交流电源,额定电压为220 V,直流电压参考值设为380 V。负荷端根据仿真要求,采用感性负载模型和容性负载模型。

3.1 直流侧电压波形及各项性能指标

图5为直流电容电压参考值Uref=380 V时的仿真图。

从图5可以看出,稳态时直流侧电容电压在固定值附近波动。直流电压的有效值Urms=379.03 V,平均值Ud=378.81 V,交流谐波电压分量的有效值(又称纹波电压)Uh=12.77 V。

则电压波形系数:

电压纹波系数:

3.2 交流侧电流波形及各项性能指标

图6(a)为负荷电流为感性时,交流侧系统电压、电流以及负荷电流的波形。所有波形均呈现很好的周期性,且线路电流保持良好的正弦特性。IGBT触发导通后可以稳定可靠工作。从图中看到,负荷电流滞后系统电压2.8×10-3 s,即cosφ=cos(2.8×10-3×360°/0.02)=0.637。在0~0.05 s期间,系统电流与负荷电流波形基本重合,0.05 s之后,通过无功补偿,系统电流与系统电压基本同相位,功率因数λ=cosφ=0.997。仿真证明直接法在0.05 s内动作,补偿效果良好。对系统电流进行谐波分析,结果见图6(b)。

系统电流谐波畸变率为

谐波电流畸变会对电压畸变产生很大影响,应该严格控制STATCOM输出电流中的谐波成分。上述方法输出电流的谐波畸变率小于5%,不会对系统造成消极影响。

图7为负荷电流为容性时交流侧系统电压、电流以及负荷电流波形。图中,负荷电流超前系统电压1.9×10-3s,即cosφ=cos(-1.9×10-3×360°/0.02)=0.827,通过无功补偿后,系统电流与系统电压基本同相位,功率因数λ=cosφ=0.995。

图8是根据上述原理设计的STATCOM的运行效果的实际录波图,其中,图8(a)是经过补偿后的系统电流,图8(b)是FFT分析的频谱图,图8(c)是系统电流变化时的补偿效果图,图8(d)是电流变化时的放大图。

实测结果表明STATCOM采用直接法进行无功补偿时,交流侧系统电流波形呈现良好的正弦周期性,STATCOM发出无功电流的波形系数良好,不会给系统带来谐波影响,系统电流THD值小于3%,优于国家标准规定的5%。同时通过负荷变化实验可见,在负荷电流变化中,STATCOM能够几乎无畸变地快速跟踪负荷变化并进行合理的补偿。实测数据表明在STATCOM的补偿容量范围之内,上述STATCOM装置可以实现单位功率因数。

4 结论

尽管动态无功补偿的各种理论算法都已比较成熟完备,本文提出的瞬时采样直接法仍具有传统检测无功电流分量算法所不具备的计算速度优势,利用三角函数自身的数学关系即可得到补偿目标量,响应时间仅1/4周期。仿真与实际应用证明无功补偿效果良好。算法不受负荷电流是容性或者感性的影响,稳定性好,可以全范围补偿系统的无功电流分量。

摘要：通过分析单相动态无功补偿系统结构,提出了一种新型的单相动态无功电流检测算法,并将其应用于静止同步补偿器。所提算法通过三角函数的数学关系导出无功电流的计算方法,采用电压与电流的瞬时采样值直接得到无功电流的幅值,是一种动态无功电流的瞬时采样直接法。该算法的控制目标是使补偿装置发出的电流为系统的无功电流,结构简单且易于实现,并且不受负荷电流为容性或者感性的影响,总体响应时间为1/4正弦周期。数值仿真与在静止同步补偿器中应用的实验结果都表明,算法能够保持系统电流无畸变,无功补偿范围广。

静止动态无功补偿装置的应用 篇6

随着电网用电负荷的逐渐增加,对电能质量的要求越来越高。SVG是新一代静止无功补偿器产品,相当于一个可变的无功电流源并联于电网中,其无功电流可以灵活控制,根据系统状态吸收或者发出无功电流,自动补偿系统所需的无功功率。

2 静止动态无功补偿技术简介

1)SVG(Static Var Genetatior)动态补偿原理。SVG装置通常由VSC逆变器、直流电容器、连接变压器、断路器以及冷却系统等辅助装置组成。SVG是将逆变器经过电抗器或者变压器并联在电网上,通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值或相位,或者直接控制其交流侧电流的幅值或相位,迅速吸收或者发出所需要的无功功率,实现快速动态调节无功的目的。

2)SVG装置原理框图见图1。

3 静止无功补偿装置工程实例

3.1 项目介绍

辽宁红沿河核电厂厂址地处辽宁省瓦房店市西端渤海辽东湾东海岸。在红沿河核电一期厂区北侧,设置了一个220 kV施工与辅助电源变电站。它主要是为红沿河核电站施工建设期间提供现场施工电源。此变电站自2007年投运以来,由于现场用电负荷较低,一直存在向系统倒送无功及功率因数为负值的电网考核标准的问题,影响了220 kV施工电源运行的经济性和稳定性。

3.2 系统条件

220 kV施工与辅助变电站施工进线为220 kV复红线,线路全长为31.017 km,导线型号为LGJ-400/50型钢芯铝绞线。现阶段变电站内装设一台31.5 MVA的施工变压器和220 kV,10 kV施工用电及其配套设备,作为红沿河核电厂施工、办公、生活用电。220 kV施工与辅助变电站内10 kV母线电源段通过8根3×185电缆接至10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段,每段母线上各配置无功补偿电容器1组,站用变1组和接地变1台;10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段共有20根3×185电缆接至就地设备。

4 无功倒送的原因分析

根据复红线2007年电量统计,自2007年以来,红沿河220 kV施工及辅助变电站向系统倒送无功功率问题很严重。

220 kV施工与辅助变电站进线复红线线路,全长为31.017 km;220 kV施工与辅助变电站内10 kV母线电源段通过8根3×185电缆接至10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段,总长度12 km;10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段目前共有4根3×185电缆接至就地设备,总长度约为10 km,这些架空线路及电缆的对地电容电流都使得线路中容性电流增大,而目前现场施工设备主要以塔吊机、拖车泵、电焊机、电动空压机、照明等为主,负荷相对较轻,消耗容性无功较少,这些都导致施工现场容性无功过剩,并产生向系统倒送无功功率的现象。

5 无功倒送的解决措施

5.1 静态无功补偿

动态补偿装置可跟随负荷无功的变化,实现无功功率的动态补偿,对于本工程可采用动态电容补偿装置接入系统,改善功率因数,提高电网电能质量。

5.2 补偿设备容量确定

220 kV施工与辅助变电站施工进线为220 kV复红线,线路全长为31.017 km,导线型号为LGJ-400/50型钢芯铝绞线,定为线路A;220 kV施工与辅助变电站内10 kV母线电源段通过8根3×185电缆接至10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段,总长度约为12 km,定为线路B;10 kV配电所内Ⅰ,Ⅱ母线段目前共有4根3×185电缆接至就地设备,总长度约为10 km,定为线路C;则线路A,B,C的电容电流值为:

其中,Ue为厂用电系统额定线电压,kV;C为厂用电系统每相对地电容,uF;L为线路的长度,km;ω为角频率。

总的无功功率为:

如每月按30 d算,一天有功负荷工作8 h,一个月有功负荷工作小时数Tm1=240 h;一天无功负荷工作24 h,一个月无功负荷工作小时数Tm2=720 h。将电量值除以每月工作小时数,可得每小时消耗的有功、无功量,如表1所示。

由此可看出线路容性电流每小时产生的无功功率大于复红线上每小时倒送的无功功率,这说明除了负荷消耗了一部分无功功率,其余都倒送回系统。

kW/h

根据电量统计,取2007年5月～2008年2月共10个月,其中无功送电量最大值为3 237 960 kVar·h,有功受电量为W=375 540 kW·h,按无功送电量最大值进行补偿,根据用户要求需将功率因数补偿到0.9。可采取以下步骤:

1)将功率因数由负值补到1,这样就可以计算得到:

4 888.36 kVar。

其中,cos 3为施工现场用电设备的平均功率因数。

2)将功率因数由1补到0.9。

可求得补偿容量:

考虑到以后可能有新的电缆投入运行,而负荷为轻负荷,故取一定数量的裕量,由此确定无功补偿的容量为6 MVar。

6 结语

综合考虑以上因素,本方案采用±2 MVar静止无功发生器(Static Var Generator,简称SVG)和4 MVar并联电抗器组合的动态补偿装置进行动态无功调节,维持功率因数在0.90以上,工程总造价为285万元,由于电网每月平均罚款近100万元,三个月即可收回成本,这就把调节无功功率连续性与经济性有机的结合在一起。当倒送无功在2 MVar以内时,可只投静止无功发生器进行动态调节,当倒送无功在2 MVar以上时,可投入静止无功发生器和相应数量电抗器进行动态调节。随着施工负荷的增加,消耗的无功逐渐增加,倒送的无功功率越来越少,达到一定程度时动态补偿装置将会逐步退出,现场原有的电容补偿装置将会投入运行。

参考文献

动态无功 篇7

关键词：电网,无功补偿技术,问题

1 电网动态无功补偿技术的作用

近年来,随着我国到大功率非线性负荷的不断的增加,电网的谐波污染以及无功冲击的不断上升,无功调节手段的缺乏造成母线电压随着运行方式的变化,导致电网系统中稳定性受到严重的影响,电网动态稳定性与无功功率的有效性有很大的关系。电网动态无功补偿技术是一项提高电压稳定性的有效并且经济的措施,也是保证电网安全性稳定性以及战略防御的客观需求[1]。在电网系统中采用这种技术不仅能够提高输电能力以及保证电压的稳定性,而且对提高配电网电能的质量的综合指标,改善系统的静态以及动态的品质具有重要的作用。电网动态无功补偿技术在输电系统中作用主要有以下几点:(1)电网动态无功补偿技术能够提高电力系统的功率因数,减少无功潮流降低网络损坏,从而能够节约电能资源;(2)调节系统的电压,改善电能的质量;(3)动态无功补偿技术对提高配电系统的暂态稳定性和静态稳定性,限制操作过电压具有重要的作用和价值;(4)能够抑制次同步振荡和加强对低频振荡的阻尼;(5)减少电流和电压的不平衡。减少线路的损失等作用。

2 电网动态无功补偿技术发展状况

电网动态无功补偿技术从带旋转的机械方式到目前的电力电子元件的应用,其发展历程可以分为以下几个阶段:(1)同步调相机,这个阶段的无功补偿技术呈现的特点主要是噪声大、响应速度慢、、技术陈旧、能量损耗大等特点;(2)开关投切电容器,这个阶段的动态无功补偿技术补偿方式响应速度慢并且连续可控制性相对比较差;(3)晶闸管投切电容器和晶闸管控制电容器装置,在这个阶段中装置主要采用晶闸管串联控制技术,不仅损耗下、速度快、而且控制灵活、是一种实用性强,并且相对成熟的技术;(4)静止无功发生器,这个阶段主要采用可关断器件串联技术,这种技术速度快、占地面积小、控制灵活方便,这种技术是目前比较先进的一种技术。现在在世界范围内采用的无功补偿装置主要是晶闸管无功补偿设备,这种装置主要有三种类型:一种是晶闸管控制电抗器(Thyristor Control Reactor,TCR);一种是具有饱和电抗器的无功补偿装置(Saturated Reactor,S R);另一种是晶闸管投切电容器装置(Thyri stor switch Capacitor,TSC)。

其中TCR型动态补偿装置主要有一下特点:(1)可以根据电网负荷的情况进行分相调节,并且能够实现从0到1最大功率的连续调节[2];(2)电路相对比较简单,操作以及维护方便,但是相对存在一些缺点,比如在运行的过程中会产生一些谐波,占地面积大设备投资大等缺点。

TSC型动态补偿方式主要有以下特点:(1)设备投资小,如果与TCR相比能够节省25%;(2)结构紧凑,在设计的过程中能够设计为柜体的形式,并且占地面积小;(3)运行能耗小,电容器自身是没有过度过程投切,不会产生谐波的现象,设计合理的谐波还能够吸收谐波。

随着电力电子技术的发展,随着科学技术的研究和发展,静止型无功补偿装置的出现能够进一步实现动态无功补偿的目的。静止型无功补偿装置主要采用换向变流电路的静止无功发生器技术(Static Var Generator,SVG)。与传统的TCR装置相比,SVG技术的运行范围更加广泛、调节速度更快,并且在多重化、PWM技术以及多电平等措施中不仅能够极大地减少补偿电流中谐波的含量,而且还能够极大的缩小装置的投资成本以及体积,但是其价格却比普通的晶闸管高很多,并且这种技术应用于小型的储能元件水平进一步提高。

3 电网动态无功补偿技术的应用

由于国外的SVC技术价格高并且维系以及售后服务不及时,备用件的价格昂贵等存在很多的不利的因素。针对这种状况我国在20世纪80年代开始着重研究SVC技术,在2001年我国推出一项TCR型的SVC技术,这种技术主要采用综合自动化、光电触发以及封闭式纯水冷却和全数字化控制等先进的技术,在电网以及变电站的无功电压控制中以及工业用户中得到成功应用。这种技术的应用不仅有效改善电网电能的质量,保证电网运行的安全性以及稳定性,而且对节能降耗和可靠生产具有重要的作用和价值。

随着电网动态无功补偿技术研究和发展,在2004年TCR型SVC工程投入运行,不仅实现SVC国产化,而且SVC容量调节范围能够达到-53~100Mvar,可以直接应用于35KV的电压等级系统中。从而实现我国输电领域中大容量、高技术水平和高电压的SVC装置在电网中应用。TCR型SVC关键技术主要包括:SVC联网技术,综合自动化技术、电网集成技术以及多位处理器协调控制技术、晶闸管阀电气和结构工艺设计技术,半导体器件的冷却技术等主要技术。TCR型SVC技术在电网中应用具有以下特点:(1)控制系统主要采用DSP的全数字化控制器,动态响应的速度快,时间段,并且编程功能强、控制精度高等优点;(2)控制灵活方便能够实现分相控制、三相控制以及三相平衡化等控制方式[3];(3)具有远方操作,多功能自动化接口以及自动化系统接口功能,而且能够实现无人值班;(4)晶闸管阀体主要采用卧式的晶闸管阀组,运行安全可靠、并且设备紧凑,维护工作量少等特点。

4 结语

随着科学技术的发展电网动态无功技术的研究和发展,在电网系统中采用S V C技术不仅能够给解决电压崩溃和电压稳定的问题,而且对保证电网的安全性、稳定性具有重要的意义和价值。电网动态无功补偿技术不仅能够改善供电系统的安全性和稳定性,而且对抑制过电压以及电压的跌落具有重要的作用和价值。对电提高用电效率和输电能力具有重要的作用和价值。

参考文献

[1]任丕德,刘发友,周胜军.动态无功补偿技术的应用现状[J].电网技术,2004,28(23):82-83.

[2]Tabandeh,M,Alavi MH,MaramiM,eta1.Design and implementat ion of TSCtype SVC using a new approach fOrelectrical quantities measurement.P0werTech Proceedings.2001 IEEE Porto,2,2001.

微电网的配电网动态无功优化研究 篇8

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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