无功优化补偿

无功优化补偿（精选十篇）

无功优化补偿 篇1

农村电网是指县(含县级市)及县以下的电网,其中包括城镇和农村等农业区域的电网。近年来农村经济社会快速发展,特别是随着“家电下乡”等扩大内需、启动农村消费的一系列措施的实施,农村电力需求快速增长,相应地对无功功率的需求也在不断增加;另一方面,农网处于电力系统的末端,无功电源先天不足,使得农网中无功比较缺乏。在电网中,无功不足将导致电压下降、损耗增加、网络传输能力下降、发电和供电设备的容量不能充分利用。虽然自1998年以来,国家大力实施农网建设与改造工程,显著改善了农网的供电能力和电能质量,降低了网络损耗,但目前在农网中仍然存在不同程度的无功补偿配置不够合理、经济的问题,农网综合电压合格率和综合线损率等指标还需进一步改善。因此,在新一轮农网改造升级工程开始实施之际,讨论农网无功补偿与无功优化具有重要的现实意义。

1 农村电网无功负荷的分析

农网中的无功负荷主要有3种:用电设备、配电变压器和输配电线路[1]。

用电设备中最主要的是异步电动机,绝大多数农网机械和乡镇企业的动力设备都是异步电动机,它们工作时不仅需要大量的有功功率,还要有足够的无功功率。异步电动机消耗的无功功率包括空载无功损耗和漏磁无功损耗,前者与电动机的负荷基本无关,而后者则与电动机的负荷有关。异步电动机是农网中无功功率的最主要的消耗者,约占农网总无功负荷的60%～80%。此外,随着电冰箱、洗衣机、空调器等低功率因数的家用电器大量进入农村家庭,家庭用电消耗的无功功率也呈现出快速增长的趋势。

农网中存在大量的配电变压器,这些变压器的容量必须按农忙季节或防汛抗旱等要求进行配备。由于农村负荷季节性强、峰谷悬殊,因此农网配变普遍存在“大马拉小车”现象,长时间处于轻载运行状态,消耗大量无功功率。配变消耗的无功功率也包括不变的空载无功损耗和可变的漏磁无功损耗。其中,空载无功损耗远大于漏磁无功损耗。配变也是农网中无功功率的主要消耗者,约占农网总无功负荷的15%～35%。输配电线路也消耗一定的无功功率,并随负荷大小而变,但所占比例相对较小,低于5%。

由此可见,农网的无功负荷主要由两部分组成,即配变的空载无功损耗和用电设备的无功功率。配变的空载无功损耗是农网无功负荷的基荷,用电设备的无功功率是峰荷,农网无功负荷波动的主要原因是用电设备的投入和退出运行。随着农网的不断改造,大量高能耗变压器被更换为节能型变压器,配变空载无功在总无功中所占的比例逐渐减少,而用电设备的无功比例则逐渐增加,无功负荷的重心进一步后移。因此,农网无功负荷的重点是在低压侧的用电设备上,进行无功补偿的重点也应该放在低压侧或用电设备上。

2 农村电网无功补偿的前提

在进行无功补偿前,必须先提高农网的自然功率因数,以降低负荷对无功功率的需求。

由于农网的无功功率主要消耗在用电设备和配变上,因此提高农网的自然功率因数也就是要改善用电设备和配变的自然功率因数。具体来讲,可采取下列措施:

1)用节能型变压器代替高能耗变压器,可使配变的自然功率因数得以提高。配变应选用S9及其以上系列变压器,有条件的地区也可选用节能效果更好的非晶合金变压器。

2)配变大多数时间在轻载情况下运行,这也造成自然功率因数低,调整变压器与用电设备的容量比,也能提高配变的自然功率因数。但是,农村负荷季节性强、峰谷悬殊,普通配变往往难以避免轻载运行,因此有条件的地区可选用有载自动调容变压器。有载自动调容变压器是一种具有大小两种额定容量、且两种额定容量运行方式可以自动转换的配电变压器,它可以自动检测及判断用户负荷大小,并通过有载调容开关,可在变压器不断电的状态下,对上述两种容量进行自动切换,特别适合用于农网。

3)合理选择电动机的容量,使其在尽量接近最佳负荷率下运行;在条件许可的情况下,可在某些设备上用同步电动机代替异步电动机;在某些使用绕线型异步电动机的场合,可将异步电动机同步化,即在转子绕组中通以直流励磁,将其改为同步电动机运行。

4)采用技术措施降低轻载设备的外加电压(如将三角形接线的电动机改为星形接线),切断空载设备电源。

3 农村电网无功补偿的原则

在尽量提高农网自然功率因数的基础上,再进行无功补偿。根据农网中无功负荷的特点,无功补偿应遵循的总原则是:“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡”。具体来讲,要满足以下几点要求:总体平衡与局部平衡相结合,既要满足整个县级电网的无功功率平衡,又要同时满足各个分站、分线的无功功率平衡;电力部门补偿与用户补偿相结合,以用户端补偿为主;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。

4 农村电网无功补偿的方式

根据农网中无功负荷的特点和无功补偿的原则,农网无功补偿主要采用以下几种方式[2,3,4]。

4.1 随机补偿

随机补偿是将补偿电容器与异步电动机直接并联,通过控制、保护装置与电动机同时投切。如果电动机容量较小,电容器可以和电动机直接并联;如果电动机容量较大,一般超过10kW,可用电动机无功就地补偿器来补偿。

随机补偿方式接线简单,便于维护管理。农网无功负荷的波动,主要是由于电动机的投入和退出运行引起的,采用随机补偿可以从根本上消除或减少农网无功负荷的波动,降损效益最高,并可以简化上级补偿方式。但是,当电动机年运行小时数较少时,补偿电容器的利用率较低。一般地,电动机的年运行小时数大于1 000h,宜选用随机补偿。

为防止电动机退出运行时产生自激过电压,随机补偿容量一般不应大于电动机的空载无功损耗,通常推荐

$Q{}_{\text{c}}=(0.95~0.98)\sqrt{3}U{}_{\text{Ν}}{\rm I}{}_0$ (1)

其中,Qc为补偿电容器容量;UN为额定电压;I0为电动机空载电流。

4.2 随器补偿

随器补偿是将补偿电容器通过低压熔断器并联在配电变压器二次侧,以补偿配变的空载无功损耗,适用于综合用户配电变压器。

农网配电变压器,尤其是综合用户配电变压器,普遍存在轻载现象,在负荷低谷时接近空载。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载无功损耗。采用随器补偿可以有效补偿配变的空载无功损耗,使该部分无功就地平衡,从而提高配变容量的利用率,限制农网无功基荷,降低无功网损。

由于随器补偿属于固定补偿,因此只能补偿配变的空载无功损耗Q0,如果补偿容量Qc大于Q0,则在配变接近空载时形成过补偿,而且在此条件下,当配变非全相运行时,容易发生铁磁谐振,损坏电容器和变压器。通常推荐

Qc=(0.95～0.98)Q0 (2)

4.3 低压集中补偿

低压集中补偿是将补偿电容器并联在大用户的0.4kV母线上,适用于100kVA及以上专用配电变压器用户,其主要目的是提高专用配变用户的功率因数,实现无功就地平衡。

低压集中补偿用电容器可分为固定连接组和可投切连接组:前者起到相当于随器补偿的作用,补偿用户自身的无功基荷;后者用于补偿无功峰荷。可投切连接组的投切方式分为手动和自动,采用自动投切方式,可根据用户负荷水平的波动自动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿,因此低压集中补偿又称为跟踪补偿。

对于较大的乡镇企业用户,考虑到多台电动机投运的不同时性和单台电动机补偿容量的限制等因素,采用低压集中补偿比随机、随器补偿能获得更好的补偿效果,而且不需提高补偿度,并可适当调整各组电容器的运行时间,使其寿命相对延长。

4.4 线路补偿

线路补偿是将补偿电容器分散安装在10kV线路的杆塔上,适用于供电距离远、负荷重且功率因数低的线路。其主要目的是提供线路和综合用户配变所需的无功功率,减少无功电流在线路上的流动,提高线路末端电压。

在农网中,综合用户比较多,由于没有实行功率因数考核的综合用户大多没有进行低压补偿,所以无功缺额比较大,需要由变电站或发电厂来提供。大量的无功功率沿线传输使得配电网的网损较大、用户端的电压偏低。因此,在这种情况下,采用线路补偿可以提高配电网功率因数,达到降损升压的目的。

线路补偿可分为单点补偿和多点补偿、固定补偿和可投切补偿。理论分析表明,多点补偿和可投切补偿往往具有更好的补偿效果。但是,由于线路补偿的电容器远离变电站,容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大等问题,因此在实际应用中一般采用单点补偿和固定补偿,不设分组投切。固定补偿方式输出的无功功率是一定的,为避免在线路轻载时产生过电压或过补偿的现象,所以只能补偿线路无功负荷的基荷部分。

4.5 变电站集中补偿

变电站集中补偿是在35～110kV变电站的低压侧母线上并联无功补偿装置,其主要目的是减少变电站高压侧输电线路传输的无功功率,降低高压输电网络的损耗并提高母线电压水平。

变电站集中补偿装置包括并联电容器和静止补偿器等。为了实现对无功功率的快速动态补偿,可以采用静止补偿器,但投资较大。如果选择并联电容器,则应采用自动投切无功补偿装置,使其能够根据无功负荷的大小相应投切电容器组。

在下级补偿完善的情况下,变电站集中补偿仅需补偿主变压器自身所需的无功功率,以不超过变压器容量的15%为宜。而在下级补偿不够完善的情况下,变电站集中补偿还需补偿供电区域内的无功缺额,以保证总受电端功率因数达到考核标准;但这种补偿不能减少配电网的无功损耗,因为用户需要的无功仍要通过变电站低压侧的配电线路向负荷端输送。

上述几种补偿方式各有其侧重点,对于农网来说,任何一种单一的补偿方式都不能达到理想的效果,只有综合采用多种补偿方式,才能最大程度地限制无功功率在网络上的传输、交换,实现无功的就地平衡,获得良好的补偿效果和经济效益[5]。

5 农村电网的无功优化

农网的无功优化是指合理选择无功补偿位置和补偿容量,以实现技术经济性能的综合最优化。

5.1 无功优化的数学模型

无功优化的数学模型包括目标函数和约束方程两个方面。

无功优化的目标函数可以是无功补偿容量最小、电网有功损耗最小、电压质量最好、变压器分接开关和电容器投切次数最少等,综合考虑上述指标,可得目标函数表达式为

min F=∑wifi(u,x) (3)

其中,fi为第i项函数指标,wi为第i项函数指标的权值;u为控制变量(如发电机及无功补偿设备的无功出力、可调变压器的变比);x为状态变量(如除平衡节点外,其它所有节点的电压相角;所有节点的电压幅值等)。

无功优化的约束方程为

其中,g(u,x)为潮流等式约束;QG为发电机无功出力;QC为无功补偿设备出力;U为母线电压幅值;T为可调变压器变比;带下标max和min的量分别为这些量的上、下限。

5.2 无功优化的求解方法

无功优化的求解方法主要分两大类:一类是数学规划方法,包括线性规划、非线性规划、混合整数规划、内点法、动态规划法等;另一类是人工智能方法,包括人工神经网络、遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法等[6,7]。

数学规划方法是从某个初始点出发,按照一定的轨迹不断改进当前解,最终收敛于最优解。这类方法具有数学的严密性、确定性、精确性,计算迅速,收敛可靠,但是存在以下问题:①要求函数连续和可微;②要求解空间是凸的,否则结果容易陷入局部最优解;③在处理可调变压器变比、可投切电容器组这样的离散变量时存在困难。

人工智能方法是从一个初始解群体开始,按照概率转移原则,采用某种方式自适应地搜索最优解。这类方法的特点是随机搜索,具有很强的全局寻优能力,并可自然地处理离散变量,在解决多变量、非线性、不连续、多约束的问题时显示出独特的优势,弥补了数学规划方法的不足。但是,人工智能方法也有其明显的缺陷,即解的随机性较大,搜索到最优解需要大量的计算,收敛速度慢,容易产生早熟从而非全局收敛等问题。

数学规划方法和人工智能方法各有其特点,二者并无优劣之分,合适的方法就是好方法。因此,在实际应用中要根据问题的特点选用相应的方法进行无功优化。

6 结论

本文在分析农村电网无功负荷的基础上,对农网的各种无功补偿方式及其特点进行了系统的讨论,并阐述了无功优化的数学模型和求解方法。总的来说,农网的无功补偿是一项比较复杂的系统工程,为了达到满意的效果,应当针对具体问题进行分析,综合采用多种无功补偿方式,同时建立相应的数学模型并求解,从而确定出最佳的补偿位置和补偿容量。

摘要：合理的无功补偿对农村电网的降损节能具有重要意义。为此,分析了农网无功负荷的特点,阐述了农网无功补偿的前提和原则;在此基础上,系统讨论了农网中各种无功补偿方式的优缺点和适用范围,并介绍了无功优化的数学模型及其求解方法。

关键词：农村电网,无功负荷,无功补偿,无功优化

参考文献

[1]杨勇.农村电网无功补偿分析[J].农机化研究,2004(3):94-97.

[2]孙成宝.农村电网无功补偿方式的研究[J].电网技术,1994,18(5):54-58.

[3]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.

[4]倪建立,马放瑞,毕鹏翔.农村电网节能降损与自动化实用技术[M].北京:中国电力出版社,2008.

[5]吕艳萍,童素琼.农村电网的无功补偿方式及其容量选择[J].中国农村水利水电,1999(7):31-32.

[6]耿光飞,杨仁刚.地区电网无功优化研究[J].中国农业大学学报,2004,9(5):55-58.

无功优化补偿 篇2

1 前言

随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行,输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损,提高系统运行的经济性,可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。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,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。

无功优化计算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。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起,因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。

2 无功优化和补偿的原则和类型

2.1 无功优化和补偿的原则

在无功优化和无功补偿中,首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定:

1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制;

2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。

3)无功分层平衡,即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。

4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。

2.2 无功优化和补偿的类型

电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上),由于线路的容性充电功率很大,据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上,电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿,并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。

3 输配电网络的无功优化(闭式网)

电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起,即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。

3.1 无功优化的目标函数

参考文献[3]中著名的等网损微增率定律指出,当全网网损微增率相等时,此时的网损最小。

无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿),这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面,该方法没有计及其它控制变量的调节作用,同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等,这样做的计算量太大且费时。与此同时,国内外学者对无功优化进行了大量研究,提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种,其一为不计无功补偿设备的费用,以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达:

其二,以系统运行最优为目标函数,它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用,可用下式表达:

式中,β为每度电价,max为年最大负荷损耗小时数,α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率,KC为单位无功补偿设备的价格,QC∑为无功补偿总容量。

模型二考虑了投资问题,可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行,各部门都追求经济效益,显然考虑了无功投资问题更合理一些。

3.2 优化算法

由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解,是一些算法的出发点,如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等,以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中,忽略了二阶及以上的项,其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性,又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法,使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。

针对线性算法方法的不足,又提出了一些运用非线性算法,混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解,但由于无功优化本身的特性,使计算复杂、费时,且不能保证可靠收敛。

为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节,电容器组的投切)的处理,基于人工智能的新方法,相继提出了遗传算法,Tabu搜索法,启发式算法,改进的遗传算法,分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等,这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度,并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。

但在无功优化仍有以下一些问题需要饩:

1)由于无功优化是非线性问题,而非线性规划常常收敛在局部最优解,如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。

2)由于以网损为最小的目标函数,它本身是电压平方的函数,在求解无功优化时,最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限,而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小,可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。

3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高,对无功优化的实时性提出了很高的要求,如何在很短的时间内避免不收敛,求出最优解仍需进一步研究

4 配电线路

上的.无功补偿及用户的无功补偿

4.1 配电线路上的无功补偿

由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大,无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大,故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。

其原理可简述如下:

当线路输送的无功功率Q,线路长度L,每组补偿距离为x时,每组补偿容量为Qx

Qx=Qx/L

当认为电容器安装在补偿区间中心时,降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示:

当第i组电容器安装地点离末端的距离为:

对任一组电容器安装位置离末端的位置为:

xi=L(2i-1)/(2n 1)

? 其最佳补偿容量为:

nQx=2nQ/(2n 1)

这样即可求得表1的数据。

对于配电线路的无功补偿可有效降低网损,但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的,如果线路上的无功潮流为非均匀分布的,得出的结论将不同;同时在线路上安装电容器组时,其维护、操作比较不便,且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此,建议采用下述方式。

4.2 用户的无功补偿

对于企业及大负荷用电单位,按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献[8]指出在补偿容量相等的情况下,低压就地补偿减低的线损最大,因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分,使流经线路和变压器上的无功电流大大减小,显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献[6]指出了对于开式网的最佳补偿容量,三种常见的开式网可见图2所示。

4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿

对于用户或经配变出线的开式网络,针对开式网的接线的最佳无功补偿容量,参考文献[进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数,为了分析,下面进行了简单的推导:

对于网络为放射式网络,此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为:

由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响,因此有功功率对网损的影响可不考虑,(4)式可简化为下式:

在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。

4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿

对于干线式及链式接线开式网,在第i=1点设置无功补偿,其QC1,op同放射式开式网,若在i=1,2 设置无功补偿,见图2(b)、(c)所示。

此时年计算支出费用可用下式表达:

同理,可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见,节点2电压可认为与节点1电压近似相等):

式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和,此处R∑=R1 R2

推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为:

上述公式简单明了,且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起,通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量,避免了计算的迭代过程,具体算例可见参考文献[3]例6-2,在6-2例中,求解最佳补偿容量是通过求解5组方程,6次迭代所得,而利用上述的推导公式可一次性计算出。

5 结语

浅谈无功优化补偿的意义 篇3

关键词：无功优化补偿 意义 配电系统

中图分类号：TM727.1文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0094-01

节约能源是我国经济社会的一项重要任务，加快建设资源节约型、环境友好型社会已经成为我国的一项基本国策。不断上涨的电能需求，对供电企业在节能降损方面提出了更高的要求，力求在规划和技术上将损耗降到最低，同时保障用户的负荷需求和电能质量要求。近年来，随着现代工业和电力工业的发展，大功率冲击性负荷的不断攀升，使得配网系统无功功率因数降低，电压波动加大，严重影响电能质量。因此，无论从提高输电网的传输能力，降低损耗，提高供电系统的稳定性，还是从提高供电质量的角度，都需要实现无功补偿集中优化控制。就供电系统现状而言，无论是电力生产、输送单位，还是电力使用单位，节能降损的潜力都很大。对于生产单位，采用新技术节能机组替代老发电机组，从始端降低资源损耗。对于供电企业，合理分配无功补偿，开发无功优化补偿系统，降低电能在传送时的损耗。对电力使用单位进行改造，淘汰落后产能。同时进行电力体制改革，将电力买卖市场化，电能作为商品，也由卖方市场转变成买方市场，促使企业从各个方面降低成本，争取最高利润，降低损耗。

在居民生活和工业用电负载中，有很大一部分属于感性负载，如异步电机、变压器、工業用电弧炉、电冰箱、电风扇等，这些设备在运行过程中需要进行无功补偿以降低功率因数，降低损耗。无功补偿的基本原理是将具有容性的设备与感性负载相并联，使能量在这两种负荷之间不停转换，减少电网中的无功功率。无功补偿的作用是：在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器和输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿方式在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿方式，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，无功补偿装置可以补偿掉系统中的负序电流分量，同时通过选用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，达到平衡三相有功及无功负载的作用。这对用户和供电企业本身来说，都是很有意义的。

就我国目前的现状而言，在配电系统中，普遍存在电力系统无功功率不足或者无功功率分布不合理的情况。不但系统网络损耗大，而且造成电压偏移，电能质量下降，很难满足用户的需要。大部分用电设备的自然功率因数都在0.7左右。即配电系统的网络损耗约有50%是由无功引起的，如果使配电系统的无功得到合理补偿，配电系统的网损可降低一半，整个电网损耗可降低33%左右。在电力系统中，无功功率如同有功功率一样重要，是保证电力系统稳定运行所不可缺少的部分。对于无功功率进行合理补偿对于保障电能质量，设备安全运行具有重要意义。电网无功补偿的原则是电网无功补偿应基本上按分层分区和就地平衡原则考虑，并应能随负荷或电压进行调整，保证系统各枢纽点的电压在正常和事故后均能满足规定的要求，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。如果不能合理补偿无功功率，会造成电力网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，电力网络传输能力下降，损耗增加。系统电压发生波动，电压质量不满足要求，严重时会导致设备损坏，甚至系统解列。因此对电力系统进行合理的无功补偿，不但可以改善电压质量，降低线路损耗，而且能够保障电网安全、稳定、经济的运行，对保证工农业安全生产、提高产品质量和改善人民生活都有重大的意义，这也是电力系统发展需要研究的一个重大课题。

参考文献

[1]胡胜英.并联电容器在电网中的配置分析[D].大连理工大学，2003.

[2]张协申.无功功率补偿电容器与线路谐波的相互影响[J].机电信息，2011（6）.

[3]陈刚，马爱军，张继红，等.AVC分散控制模式下的变电站电压无功控制研究[J].电网技术，2010（12）.

[4]吴灿雄，王磷，林纲.静止无功补偿装置与无功电压自动控制系统联调控制的研究与应用[J].华东电力，2010（11）.

[5]蒋建民，冯志勇，刘美仪.电力网电压无功功率自动控制系统.辽宁科学技术出版社，2010.

[6]梁碧峰.35 kV变电站及线路无功补偿设计分析[J].科技创业，2013（10）.

[7]熊筠华.地区电网变电站并联补偿电容器分组研究[D].四川大学，2005.

[8]王丽华.10 kV配电系统无功补偿技术的研究[D].天津大学，2010.

[9]王璐.低压动态无功补偿控制系统的设计与研制[D].山东大学，2011.

[10]王腾.35 kV及以下变电站与线路的无功补偿分析[J].城市建设理论研究，2012（7）.

[11]IEC 61000-3-3：Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated curernt 16A[S].1994.

无功优化补偿 篇4

在电力系统中, 由于电感、电容元件的存在, 系统中不仅存在着有功功率, 而且存在无功功率。无功功率是在正弦电路中当平均功率为零时, 在电源和储能元件之间来回交换的变动功率, 无功功率并不是无用功率, 而是在电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少的功率之一, 无功经不同的电磁耦合反映不同的电压等级, 同一等级电压的电网中, 电压高低直接反映本级的无功平衡, 是电能质量的重要指标之一。

1 无功优化的一般原则

由于电力系统的供电地区幅员广阔, 无功功率传输要引起有功功率损耗和电压的损耗, 因此负荷需要的无功功率应尽量作到就地供应, 不仅实现整个系统的无功功率平衡, 还要实现各区域的无功功率平衡。

理论上, 无功分布可以达到最优, 无功优化潮流就是使电网无功潮流最优。但在一个实际复杂的电力系统中, 却几乎不可能在线实现。如当运行条件变化时, 要维持系统无功潮流优化, 根据电网无功功率与电压分布的特点, 势必要求全系统各点各种无功功率调节手段与电压调节手段频繁动作, 没有高度发达的通信网络和自动化条件就办不到, 实际上, 许多无功控制设备也不允许频繁调节;其次, 与频率调节不同的是, 变压器分接头、电容 (抗) 器的无功调节无法做到均匀调节, 由于不可能建立全网电压标准, 只能以就地测量电压为依据, 而分散的量测误差势必给优化带来影响;另外, 由于无功电压的非线性很强, 理论上的无功优化潮流算法的收敛性得不到保证, 且即使收敛性能够解决, 无功优化潮流计算的基础———电网运行状态估计 (SE) 结果的准确性也无法保证。现实中的电力系统无功只能实现次优分布, 目前还没有统一模式。一般认为, 比较接近无功次优分布的做法是, 无功功率尽量做到分区分层平衡, 减少因大量传送无功功率而产生的压降和线损, 在留足事故紧急备用的前提下, 尽可能使系统中的各点电压运行于允许的高水平。这不但有利于系统运行的稳定性, 也可以获得接近优化的经济效益。国内有学者和工程人员最近提出的一种“经济压差”方法, 通过把高压线路经济运行的条件运用到复杂电网中, 实现电网的无功优化分布, 减小系统的电压降落、降低系统的运行网络损耗。维持输电线路无功分点恰恰位于线路中点, 线路首末端电压之差称为经济压差 (△U1) 。只有有功在电阻上的电压降落如下式:△U1= (PR+QX) /U=PR/U。

电压质量最好, 接近直流线路运行;线路传输无功造成的有功损耗最小, 它为无功分点在线路首端或末端时有功损耗的1/4。

与频率调节概念相似, 电压调节也可分为一次、二次和三次调节。电压的快速无规则变化由发电机组无功功率“一次调节”进行补偿。一次调节要求快速 (毫秒级) , 必须自动 (类似机组一次调频) , 主要由机组励磁调节器 (AVR) 实现;二次调节是补偿电压的慢变化, 控制的是控制区域内“控制机组”所吸收和发出的无功功率, 以使区域内电压合格, 其反应时间为1min-5min (类似二次调频, 即AGC) ;三次调节则是使系统电压和无功分布全面协调, 控制电网在安全和经济准则优化状态下运行, 时间为15min以上 (类似三次调频, 即经济调度) 。

2 实际地区配电网优化补偿

在实施电网无功补偿时, 补偿后的无功经济当量将随补偿容量的增大而下降, 为最大限度发挥补偿装置的经济效益, 应按无功临界当量和无功补偿容量来进行测算和补偿效益评估。

离电源的电气距离越远, 无功经济当量和无功补偿当量就越大, 这说明离电源的电气距离越远, 补偿效益就越高, 所以应大力开展就地补偿, 如随电动机、变压器补偿, 可获得较大的补偿效益。

变电站内的集中补偿装置单位总和投资较高, 造成无功临界当量较大, 导致无功补偿效益相对较大, 但是运行维护方便。

一般在城网中, 补偿设备为静电电容器, 通常在大负荷时电压偏低, 而小负荷时电压偏高。电容器只能发出感性无功功率以提高电压, 但是电压偏高时却不能吸收感性无功功率来使电压降低。为了充分利用补偿量, 在最大负荷时应全部投入, 在最小负荷时全部退出。

从城乡电力网无功功率损耗的基本状况可以看出, 各级网络和输配电设备都要消耗一定的无功功率, 尤以配电网所占的比重最大。为了最大限度的减少无功功率的传输损耗, 提高输配电设备的效率, 无功补偿的配置应该按照“分级补偿、就地平衡”的原则来进行规划, 合理布局, 而且要满足以下几个要求。

(1) 总体补偿与局部平衡相结合

要做到城网的无功平衡, 首先要满足整个市级电网的无功电力平衡, 其次要满足分站 (变电站) 、分线 (配电线路) 的无功电力平衡。如果无功电源的分布 (补偿容量和补偿位置) 选择不合理, 局部地区的无功电力不能就地平衡, 就会造成一些变电站和一些线路的无功电力偏多, 电压偏高, 过剩的无功就要向外输出;或者造成一些变电站和线路的无功不足, 电压下降, 必然要向上索取电力, 这样会造成不同分区之间无功电路的长途输送和交换, 使电网的功率损耗和电能损耗增加。因此, 在规划中, 要在总体平衡的基础上, 研究局部的补偿方案, 求得最优的组合, 才能达到最佳的补偿效果。

(2) 电力部门补偿与用户补偿相结合

有的用户虽然装设了补偿设备, 但是由于怕麻烦或增加事故, 而不投入运行, 使补偿设备的利用率很低, 效果很差;也有的地区只注重供电部门自身的无功电力建设, 忽视发挥用户的作用, 没有加强对用户的无功电力管理和考核。应当根据总的无功电力需求, 同时发挥供电部门和用户的积极性, 共同搞好无功电力的建设和管理。

(3) 分散补偿和几种补偿相结合, 以分散为主

无功补偿既要达到总体平衡, 又要满足局部平衡, 就必然要采取分散补偿与集中补偿相结合的方式。理论分析表明, 变电站的几种补偿, 主要补偿主变本身的无功损耗, 以及减少变电站以上的输电线路传输的无功电力, 从而降低供电网络的无功损耗。但是它不能降低配电网络的无功损耗, 因为用户的无功仍然要通过变电站以下的配电网络向负荷输送, 所以为了降低线损, 必须进行分散补偿。

(4) 降损与调压相结合, 以降损为主

利用并联电容器进行无功补偿, 其主要目的是为了达到无功就地平衡, 减少网络的损耗。与此同时, 也可以利用电容器组的分组投切, 对电压进行适当的调整。

(上接第373页) 根据以上原理, 通过按等网损微增率确定补偿容量对实际地区电网进行优化计算, 可以得到实际地区配电网的无功配置容量, 从而得知实际地区配电网的无功配置容量现已经达到要求, 有充足的无功补偿量, 满足最大负荷时的补偿量。S

摘要：电压是电能质量的重要指标之一, 电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素, 电压质量与无功是密不可分的, 可以说, 电压问题本质上就是无功问题。解决好无功补偿问题, 具有十分重要的意义。

关键词：无功优化,电能质量,线路损失,无功功率,电压调节,补偿容量,经济压差

参考文献

[1]王秋云.辐射形网无功的优化补偿及其微机控制[J].武汉水利电力大学学报, 1997, 30 (5) :60-63.

[2]孙成宝, 李广泽.配电网实用技术[J].中国水利水电出版社, 1997.

[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, 2004.

[4]高升.地区配电网优化运行的研究[D].湖南大学, 2002.

无功补偿功率问题及其节电原理 篇5

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

1.降低发电机有功功率的输出。

2.降低输、变压设备的供电能力。

3.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

4.造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2、功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：

P=Q= UIcosS= UIcos =P/S

式中cosφ———功率因数；

P————有功功率，kw；

Q————无功功率，kVar；

S————视在功率，kv，A。

U————用电设备的额定电压，V。

I————用电设备的运行电流，A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

（1）自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。

（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点

1.集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！

答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：

1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。

2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。

对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因

无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示Q

S=S

式中

S————视在功率，KVAφ

P————有功功率，KWP

Q————无功功率，kvar图一

φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1.提高功率因数

如图2所示? 图中

P————有功功率

S1————补偿前的视在功率

S1S2 Q2S2————补偿后的视在功率

Q1————补偿前的无功功率

φ2φ1Q2————补偿后的无功功率

Pφ1————补偿前的功率因数角

图二φ2————补偿后的功率因数角

由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后（补偿量Qc=Q1-Q2），功率因数角由φ1φ减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

1.降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗△P的计算公式为

1.P=3

式中P——有功功率，KW

U————额定电压，KV；

R————线路总电阻，?。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

1.改善电压质量

线路中电压损失△U的计算公式

U=3

Q1

S1式中P————有功功率，KW；

S2Q————无功功率，Kvar；

Q2U————额定电压，KV；

φ2 φ1R————线路总电阻，；

P图三X ————线路感抗，?。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U也就减小了。

1.提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P=S•cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+△P，可见，设备的有功出力提高了。

电容器容量的选者：

电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图（如图

2）中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc,(kvar)

或(kvar)

式中P————最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ

1、tgφ2————补偿前后功率因数角的正切值；

cosφ

1、cosφ2————补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）

浅析配电网无功补偿配置优化措施 篇6

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）.

浅析电力系统的无功优化和无功补偿 篇7

在有关电力系统安全运行课题的研究中, 电力系统无功功率优化和无功功率补偿是提高电网运行经济性的重要技术措施。电网运行阶段, 通过科学规划不断优化无功电源配置, 对系统损耗进行无功补偿, 目的是使电压维持一个稳定的水平, 最大限度减少网损, 确保电力系统稳定运行的同时进一步提高其运行的经济性, 实现企业创收目标。

所谓无功优化计算是指在提前给定系统网络结构及系统负荷前提下, 通过调节发电机的无功出力和机端电压水平, 安装电容器组, 以及对变压器的分接头等进行相应的调节, 在不影响正常供电的情况下最大限度降低网损。通过全网无功优化, 使电压趋向额定值, 保持一个稳定的水平, 从而降低网损, 提高电网运行的经济性, 为电网企业带来更多经济效益。从这两点来看, 无功优化值得推广。无功补偿可以说是作为无功优化的一个分项, 它也是在保证系统正常运行的前提下, 通过调整电容器容量及装设位置, 进而在一定程度上降低网损。

2 无功优化和补偿的原则和类型

2.1 原则

通常情况下, 对补偿点进行准确定位, 是对电网进行无功优化与无功补偿的根本和前提。对无功负荷补偿点进行定位, 通常要遵守以下基本原则: (1) 结合网络结构相应的特点, 选择几个中枢点进行控制其他接点的电压; (2) 无功就地平衡原则, 通常情况下选择的节点其无功负荷比较大; (3) 无功分层平衡, 为了确保系统安全经济地运行, 需要防止各电压等级之间进行无功相互流动; (4) 网络中无功补偿度的最低标准是超过部颁标准0.7的规定。

2.2 无功优化和补偿的类型

通常情况下, 从容性无功功率和感性无功功率两个方面实施无功补偿。对于超过500k V的超高压输电线路来说, 其容性充电功率在500k V/km中可达1.2Mvar/km, 在该线路中由于其容性充电功率较大, 为抵消线路中的容性功率, 系统必须进行感性无功功率补偿。

3 输配电网络的无功优化 (闭式网)

3.1 无功优化的目标函数

在全网网损微增率相等的情况下, 根据等网损微增率定律可知网损达到相应的最小值。无功补偿在实际的实施过程中, 通常情况下在网损微增率较小的点实施, 也就是在网损微增率为负值的情况下开始实施相应的无功补偿, 通过进行反复迭代, 与最优网损微增率相结合, 进而在一定程度上对需要优化的位置进行准确定位。为了找出一种操作简便且科学合理的方式进行无功优化, 国内外学术界在海量研究的基础上纷纷对无功优化的数学模型及优化算进行了定义。无功优化的数学模型, 一种是为最大限度降低网损而不计无功补偿设备的费用, 也就是说无功优化的目标函数在优化状态下的公式为:

其中, 分别表示电压的上、下限, 电容器组的上、下限, 变压器变比的上、下限, 以及发电机电压的上、下限。

其二, 目标函数取系统运行最优, 计算公式为式 (2) :

式中, β、τmax、α、γ、KC、QC∑表示用电的电价、年最大负荷损耗、无功补偿设备折旧维护率、无功补偿设备投资回收率、单位无功补偿设备的价格、无功补偿总容量。

由于模型二兼顾了投资问题, 因此可认定为理想化的数学模型。尤其是现阶段, 电网运行已初具市场经济的特征和规模, 经济效益成为电网运行必须考虑的一个问题, 而效益指标的实现在很大程度上要通过无功投资来实现。

3.2 优化算法

当前, 非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性等对电力系统构成影响和制约, 在一定程度上都增加了计算量, 要实现全网无功优化尚需进一步探索。把非线性无功优化模型通过计算转为线性化求解, 不失为一种科学的计算方法。但与此同时, 因为二阶和二阶以上的项被忽略不计, 我们很难确保计算的收敛性达到预期要求。

基于线性计算方法中的一些缺陷, 以非线性原-对偶算法、混合整数规划和约束多面体法为代表的非线性算法逐渐被学术界广泛提及。实践证明, 非线性算法的确可以准确定位最优解, 但计算过程相当复杂, 耗时耗力, 收敛问题的可靠性没有保障。

4 配电线路和用户的无功补偿

4.1 配电线路上的无功补偿

在线路中, 受35k V、10k V, 以及部分低压配电线路电阻较大的影响和制约, 在一定程度上使得无功潮流流动造成大额度的功率损耗和电压损耗, 由此衍生出无功补偿理论。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置应达到表1中的相关要求。

以下是具体的工作原理:当每组补偿距离为x时, 那么每组的补偿容量Qx, 则Qx=Qx/L。

将电容器安装在补偿区间中心时, 此时的线损降耗达到最大程度, 如图1所示。

第i组电容器安装位置与末端的距离如下式:xi=ix-x/2= (i-1/2) x

此时, 线路的损耗可用下式表达:

上式对x求偏导, 可得出下式:x=2L/ (2n+1)

通过采用公式xi=L (2i-1) / (2n+1) , 计算任一组电容器安装位置离末端的位置;通过n Qx=2n Q/ (2n+1) 计算最佳补偿容量, 其相关数据如表1所示。

4.2 用户的无功补偿

在对用电大户进行无功补偿时, 通常情况下选择补偿方式需要结合无功补偿的类型, 一般情况下, 分为高压集中补偿、低压集中补偿, 以及低压就地补偿三种。在补偿容量相当的情况下, 通过选用低压就地补偿的方式进行补偿, 其补偿效果最优。通过这种方式进行补偿, 一般情况下能够对负荷的感性部分进行相应的补偿, 在补偿的同时也减小了无功电流, 因而从经济效益的角度来考虑, 低压就地补偿无疑是最佳选择。但是最佳补偿容量应为多少在上述表述中并没有指出, 同时对于无功设备的投资也没有进行相应的计算, 对于开式网的最佳补偿容量, 参考图2。

图2 (a) 放射式; (b) 干线式; (c) 链式

4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿

针对开式网的接线的最佳无功补偿容量, 对于用户或经配变出线的开式网络, 通常情况下, 采用第二类目标函数, 推导过程如下所示。

在网络年计算支出费用与无功补偿两者之间的关系方面, 放射式网络可以表述为:

通常情况下, 无功功率对有功网损的影响是研究的重点, 因此, 有功功率对网损的影响通常可以忽略不计, (4) 式可简化为下式:

令上式对QC∑的偏导数等于零, 可得出在i节点设置的最佳补偿容量为:

在补偿方式方面, 其余节点的补偿QCn, op与上式类似。

4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿

当i=1时, 设置相应的无功补偿, QC1, op与放射式开式网相同, 当i=1, 2时, 设置相应的无功补偿, 如图2 (b) 、 (c) 所示。

年支出费用计算方式如下:

同理, QC2, op的表达式为:

干线式或链式接线开式网线路电阻之和, R∑=R1+R2, 如果网络节点数为i, 干线式或链线式开式网的线路段数为m, 其最佳补偿容量QCi, op为:

求解最佳补偿容量是通过求解5组方程, 6次迭代所得, 利用上述的推导公式可一次性计算出。

摘要：本文通过分析电网无功优化和无功补偿的概念, 详细阐述无功优化和无功补偿的基本原则, 通过数字模型的构建和各种算法的尝试, 提出无功优化和无功补偿最佳方案。通过全网无功优化, 使电压趋向额定值, 保持一个稳定的水平, 从而降低网损, 提高电网运行的经济性, 为电网企业带来更多经济效益。从这两点来看, 无功优化值得推广。无功补偿可以说是作为无功优化的一个分项, 它也是在保证系统正常运行的前提下, 通过对电容器容量及装设位置的调整来达到降低网损的目的。

关键词：无功优化,无功补偿,网损电压质量,功率因数

参考文献

[1]王正风, 潘本琦, 王凤霞.企业无功功率的最佳补偿容量[J].电力电容器, 2001 (3) .

[2]刘新东.如何确定10kV线路分散补偿电容器容量及安装位置[J].电工技术, 2000 (2) .

电力系统的无功优化和无功补偿探究 篇8

随着现代化进程的加快, 城市低压配电网正在迅猛发展。由于负荷的不断增加, 以及电源的大幅增加, 不但改变了电力系统的网络结构, 也改变了系统的电源分布, 造成系统的无功分布不尽合理, 大量的无功在低压线路中流动。这不仅导致电网功率因数降低, 线损增大, 引起末端电压低, 使客户的用电质量受到影响, 而且使配电变压器和配电线路的供电能力降低。因此, 降低网损、提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题, 也是电力系统研究的主要方向之一。

电力系统无功优化, 是指在完全保证电力系统电压质量的前提下, 利用先进科学的无功补偿手段和措施来改变电网现有的运行模式, 促使系统的有功损失及无功补偿费用最小化。

2 电力系统无功优化现状分析

近年来, 我国电力系统得到迅猛发展, 电网电压水平不断改善, 但存在问题仍然不少。一些电网在轻载时电压过高的现象时有发生, 局部地区甚至超过设备的允许规定, 严重影响了设备的安全运行;重载时电压相对较低, 影响了正常的工业生产和广大用户的正常生活。另外, 系统中无功功率的不合理流动, 会使线路的压降增大、线路的损耗增加、供电的安全性和经济性都会下降。

2.1 无功优化仍有以下一些问题需要解决

2.1.1 无功优化是非线性问题而非线性规划常常收敛在局部最优解, 如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。

2.1.2 由于以网损为最小的目标函数最终求得的解可能有不少

母线电压接近于电压的上限, 而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小, 可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。

2.1.3 无功优化的实时性问题。

随着电力系统自动化水平的提高, 对无功优化的实时性提出了很高的要求, 如何在很短的时间内避免不收敛, 求出最优解仍需进一步研究。

2.2 无功优化途径与措施

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分钟, 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。

另外, 在传统的静态无功优化中, 通常都是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, 这种做法显然是不科学的。动态无功优化的诞生极大地避免了传统静态无功存在的弊端。一般的, 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, 另一方面是对电压无功优化进行有效控制。

2.2.1 无功补偿装置优化。

无功功率均是由电网中的变压器、电机、感应加热器、线圈等电力设备运行时产生的。合理的选择补偿装置, 可以做到最大限度的减少网络的损耗, 使电网质量提高。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。

2.2.2 电压无功优化闭环控制。

电压无功优化闭环控制是通过调度自动化系统来采集各节点遥测、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来完成。目前主要分为网调级别、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。

3 无功补偿

无功补偿可看作是无功优化中的应用实例部分, 它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量, 使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定, 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。现有的配电网无功补偿方案有4种:a.变电站集中补偿方式;b.低压集中补偿方式;c.杆上无功补偿方式;d.用户终端补偿方式。

3.1 变电站集中补偿:

其主要目的是改善输电网的功率因素、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗, 这些补偿装置一般连接在变电站的10KV母线上, 因此具有管理容易、维护方便等优点, 但是这种方案对配电网的降损作用很小。

3.2 低压集中补偿:

它是目前国内比较普遍采用的一种方式, 它是在配电变压器380V侧进行集中补偿, 其主要目的是提高专用变压器用户的功率因素, 实现无功就地平衡。

这种方案虽然有助于保证用户的电能质量, 但对电力系统并不可取, 因为虽然线路的电压的波动主要由无功量的变化引起, 但线路的电压水平是由系统线路的电压等级决定的, 当线路电压基准偏高或偏低时, 无功的投切量可能与实际需求相差甚远, 出现无功过补偿或欠补偿。

3.3 杆上无功补偿:

主要是针对10k V馈线上沿线的公用变压器所需无功进行补偿, 因其具有投资小、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荷, 在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。

4 配电网无功补偿遇到的问题

4.1 优化问题:

无功优化配置的目标是在保证配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。为此曾采取了许多的假设, 比如固定负荷水平、统一线径、把树状配电网简化成梳状网, 显然这样的结果并不理想。

4.2 测量问题:

目前10KV配电网的线路上的负荷点一般无表计, 且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。

4.3 谐波问题:

由于电容器有放大谐波的副作用, 当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且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。

5 结语

目前, 我国已经进入节约型社会, 节约资源已被列为我国的基本国策。大力实施电力系统无功优化与无功补偿方面的研究与开发, 把电力的节约当做系统内部的一件大事抓紧抓好, 不但可以减少电力损耗, 有效节约电能, 而且从根本上也提高了供电企业的经济效益。

摘要：随着我国电力事业的迅猛发展, 电力系统内部无功优化及无功补偿问题越来越突出, 对无功优化方案及控制手段的要求也愈来愈高, 但目前我国在无功优化控制模型的应用上和算法上都存在明显不足, 缺陷和漏洞较多。本文对目前无功补偿和优化存在的问题进行探讨。

关键词：无功优化,无功补偿,分散补偿

参考文献

[1]张丽华.当前电力系统无功优化面临的主要问题[M].中国建筑工业出版社, 2008:24.[1]张丽华.当前电力系统无功优化面临的主要问题[M].中国建筑工业出版社, 2008:24.

矿井电网无功补偿优化技术探究 篇9

在配电网中, 电压水平偏低的一个重要原因就是负荷端无功功率补偿不足和补偿装置分配不合理。实现无功功率最优补偿是解决这一问题的重要手段。

矿井电网也属于配电网系统, 由于采区大型设备多, 负荷重, 且处于煤矿供电网络的末端, 正常运行时, 采区6kV或 (10kV) 母线供电电压质量低, 网损较大, 运行不经济。且煤矿井下电网供电系统由于线路长, 用电负荷大, 井下各用电设备长期在功率因数较低的情况下运行, 使电网的线路损耗所造成能源浪费极大。尤其是在煤矿井下移动变电站及中央变电所的中低压侧至各采区的供电系统中, 这种现象非常普遍。上述的采用优化级数改造电网结构可以在一定程度上解决电压低的问题, 但是并不能完全解决, 且对电网经济性运行改善不大。

1 无功补偿区的概念及补偿方式

1.1 高压集中补偿

这种方式是在地面变电所6~10kV母线上集中装设移相电容器组, 一般设有专门的电容器室, 并要求通风良好及配有可靠的放电设备。它只能补偿6~10kV母线前 (电源方向) 所有向该母线供电的线路上的无功功率, 而母线后 (负荷方向) 的矿内电网并没有得到无功补偿, 因而经济效果较差。这种方式的初期投资较低, 由于矿井6~10kV母线上无功功率变化比较稳定, 因而便于运行管理和调节, 而且利用率高, 还可提高供电变压器的负载能力。虽然技术经济效益较差, 但从全局上可改善矿区电网、甚至区域大电网的功率因数, 所以至今仍是大、中型企业的主要无功补偿方式。

1.2 低压分组补偿

这种方式是把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网, 矿区电网和整个电力系统的无功功率, 补偿区大于高压集中补偿。低压分组补偿投资不大, 通常安装在低压配电室内, 运行维护及管理也很方便, 因而正在逐渐成为无功补偿中的重要成分。尤其是将无功补偿装置引入井下, 将大大改善我国的矿山井下电网功率因数严重偏低 (0.65左右) 的状况, 对提高整个矿井的无功补偿有重大意义。

根据井下变电所、配电点或移动变电站的容量大小及负荷分布情况, 适当选用无功功率自动补偿装置后可将采区低压电网的功率因数从0.65提高到0.85~0.95, 而购置补偿装置的投资, 可以由供电变压器的降级和电缆的截面的减少来补偿。井下若大量装设无功功率自动补偿装置, 将会获得巨大的技术经济效益。

1.3 分散就地补偿

这种补偿方式是将电容器组分别装设在各组用电设备或单独的大容量电动机处, 它与用电设备的停、运相一致, 但不能与之共用一套控制设备。为了避免送电时的大电流冲击和切断电源时的过电压, 要求电容器投运时迟于用电设备, 而停运时早于用电设备, 并应设有可靠的放电装置。

分散就地补偿从补偿效果上看是比较理想的, 除控制开关到用电设备的一小段负荷线外, 其余直到电源都是它的补偿区。但是, 分散就地补偿总的投资较大, 其原因有二:一是分散就地补偿多用于低压, 而低压电容器的价格要比同等补偿容量的高压电容器高;二是要增加开关控制设备。此外, 分散就地补偿也增加了管理上的不便, 而且利用率较低, 所以它仅适用于个别容量较大且位置单独的负荷。

对负荷较稳定的6~10kV高压绕线式异步电动机最理想的分散补偿措施是在电动机处就地安装进相机, 其补偿区从电动机起一直覆盖到电源, 功率因数可补偿到1, 节电效果显著, 一般数月就能收回增置设备的全部费用, 是一种很有发展前途的补偿方式。这种方式, 在工厂地面低压大容量绕线式异步电动机上的应用也比较广泛。

2 从提高功率因数和降低线损考虑确定无功补偿容量

确定补偿容量的方法有很多种, 但其目的都是要提高配电网的某种运行指标, 下面介绍两种确定补偿容量的方法。

2.1 从提高功率因数需要确定补偿容量

如果电力网最大负荷平均有功功率为Pij, 补偿前的功率因数为cosφ1, 补偿后的功率因数为cosφ2, 则补偿容量可采用公式, 式中:Qc为所需补偿容量, kvar;Qpj为最大负荷平均无功功率, kvar;Pij为最大负荷平均有功功率, kW。对煤矿而言, cosφ1通常是指某矿井自然功率因数, cosφ2是所要补偿到的功率因素。

2.2 从降低线损需要确定补偿容量

线损是电力网经济运行的一项重要指标, 在网络参数一定的条件下, 其与通过导线的电流平方成正比。设补偿前流经电力网的电流为I1, 其有功、无功分量分别为I1R和I1RX, 则。若补偿后, 流经网络的电流为, 其有功、无功分量分别为

3 无功补偿优化技术

无功补偿的原则是“分级补偿, 就地平衡”。具体的说就是, 无功补偿配制应按照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, 以降损为主的原则。

井下常使用的补偿方式有两种, 一是在地面补偿, 二是在井下中央变电所固定补偿。但由于煤矿井下供电系统的生产负荷, 一般都处于供电网络的最末端, 其用电设备都是660V或1140V低压系统供电。因此, 用电负荷变化较大, 功率因数只有0.6~0.7, 有时甚至更低。随着机械化程度的提高, 采煤机、运输机的装机功率都达1000kW以上。而且, 由于工作面走向增加, 导致供电距离加长, 这些, 都使系统中的无功损失加大导致供电系统运行不经济。同时, 因设备容量大、供电距离远、设备起动力矩降低的问题也无法解决。因此, 在地面集中补偿, 井下中央变电所固定补偿的同时, 应对远距离大功率负载侧也进行补偿。如采用随机自动补偿, 根据电网中无功功率和功率因数变化的情况, 采用微电脑自动投入或切除适当容量的电容器, 使供电网络的功率因数被控制在最佳范围内, 而最大限度地减少无功功率;目前, 一些高产高效综采工作面, 主要设备都是从国外引进的, 根据现场的实际情况, 在3.3kV系统中电动机处采用无功功率就地补偿有很大困难, 通常在6kV侧集中无功补偿, 装置的安装地点即补偿点越接近6kV末端补偿效果越好。即将该点选在采煤工作面联络巷高防开关处, 在6kV侧虽然不能实现与电动机的同步无功就地补偿, 也不能提高工作面变压器的出力, 补偿的效果比无功就地补偿稍差, 但补偿的范围比较宽 (3.3kV、1.14kV的设备都能补) 。设备可放在工作面外, 不占用综采面空间, 减少了设备的移动量, 且与综采进口设备无关联。

对煤矿进行无功补偿时, 应综合考虑各方面的因素, 选用适当的无功补偿组合方式, 达到最佳的补偿效果。

4 结束语

采用无功功率补偿技术在供电系统中可用于提高电网的功率因数, 降低损耗, 提高供电效率, 改善供电质量。因此, 无功功率补偿技术在供电系统中, 尤其是在煤矿井下的供电系统中具有改善电压质量、节能降耗的重要作用。

摘要：电压是配电网重要的质量指标之一, 电压质量对电网和电力设备的安全运行、线路的损耗、产品的质量都有直接影响。理想的电压应当是一个幅值和频率保持稳定的正弦波, 但由于电流通过线路和变压器时将产生电压降, 使受端电压比送端电压低, 离电源越远的用户电压降越大。同时, 由于负荷的不断变化, 使同一用户的电压也在不断变化。质量合格的电压应该在供电电压偏差、电网谐波、三相不对称程度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等方面都满足有关的国家标准。

关键词：矿井供电,无功补偿,优化技术,电压质量,电压波动,用电负荷

参考文献

[1]陈国强.提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策[J].能源技术与管理, 2007 (1) :89.

[2]万长慈, 刘福佺.煤矿安全用电[M].北京:中国经济出版社, 1986.

农村电网无功补偿优化配置方法 篇10

全面规划, 合理布局, 分级补偿, 就地平衡, 具体内容如下。电网覆盖的区域是一个整体, 所以做为无功补偿应从整体出发, 保持总体和局部相统一, 达到彼此发均衡发展。

无功补偿尽量减少长距离的输送, 不仅在要变电站进行集中补偿, 还要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿。这样就做到了无功就地补偿, 也做到了集中补偿与分散补偿相结合的原则。

一般情况下在高压补偿和低压补偿的过程中, 应该以低压补偿为主, 这样就和分散补偿形成了相互辅助的结构。

针对部分线路长的、分支很多且功率因数也较低的线路, 因此线路损耗比较大, 所以要特别针对此类线路进行补偿, 对于这部分线路在实行降损与调压相结合, 以降损为主, 兼顾调压。补偿后的线路的供电能力会有明显的提高, 有利于线路的稳定运行。

2 根据补偿原则, 优化补偿配置方法

2.1 变电站集中补偿

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、同步调相机、静止补偿器等, 主要目的是就近向配电线路前段 (靠近变电站的线路) 输送无功, 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压器的无功损耗, 同时兼顾调压。这些补偿装置一般连接在变电站的10KV母线上或高压供电用户降压变电站母线上, 也包括集中装设于电力用户总配电室低压母线上的电容器组。补偿容量通常按主变压器容量的15%-30%配备, 具有管理容易, 维护方便等优点, 但这种补偿方式对于农网有以下缺点:

一是由于农村的用电季节紧张, 在农忙的时节用电量会明显上升, 昼夜用电量差异性也大, 这时的农网负荷就会增强, 但农网的部分设备却承载不了过高的负荷量, 且变电站的无功补偿却无法针对农网这种强季节性的无功负荷需要而提供无功补偿容量的选择。

二是为了使其功率因数达到上级电网规定值, 并防止过补偿和电压升高的问题, 就必须采用大容量无功补偿装置, 在运行上势必会出现频繁的操作。

三是经济效果受到很大限制。在变电站的无功补偿因其电容组的存在, 所以补偿的仅是电容器本身的的无功损耗以及以上线路的无功电力, 这仅仅是能降低供电网络的无功损耗, 却无法降低配电网络的无功损耗, 因为用户消耗的无功功率还是需要通过配电线路来传输, 这种长距离的输送的无功功率还是会造成大量的无功损耗产生。

2.2 10KV配电线路集中和分散补偿

配电线路分散补偿, 是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的10KV架空线路上, 主要补偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗, 还可以提高线路末端电压。无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则, 尽可能减少主干线上的无功电流为目标。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路, 其补偿容量和安装位置按[2n/ (2n+1) ] (其中n为不小于1的整数) 规则, 求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限, 沿线的无功补偿点以安装一处为适宜, 最多不应超过两处, 可以直接连接于主干线上和较大的分支线上, 每个补偿点的容量不宜超过100~150Kvar。配电线路上无功补偿容量应适当控制, 并且在线路负荷低谷时, 不应出现过补偿向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状况不同, 安装地点也不相同, 具体位置应根据负荷分布特点和容量的大小计算确定。

2.3 用户分散补偿

针对于目前用电户的特点, 特别在对一些城镇的低压用户来讲, 随着用电量的不断增长, 企事业和个人对无功补偿都有一定的需求, 所以要针对这部分低压用户的特点, 采取适当的措施进行无功补偿, 这样能尽可能的减少电网的损耗量, 对保持网络的电压平衡起到了保障作用。但对于容量大的用电设备如厂矿企业中的电动机可以选择随机补偿方式进行补偿。对于小区用户, 因其分散性及无人管理的特点, 所以在选择研发一种适合的产品进行无功补偿, 这种产品应满足简单、方便、造价低等特点, 这样小区的用户终端补偿完成后, 就能有效的降低线损率, 对线路的供电能力会有一个很好的提升作用。

2.4 10/0.4KV配电变压器的随器补偿

配电变压器一般实行随器补偿, 是将低压补偿电容器直接安装在配电变压器低压侧, 与配电变压器同投同切, 用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。采用传统的无载配电变压器结合低压侧并联电容器装置, 在实际运行中因配电变压器不能自动调档, 出口端电压一般在110%~115%之间, 并联的电容器装置受出口端电压影响电容投运率较低, 配电网中大量的感性负荷得不到补偿, 用电高峰时压降达30~40V左右, 直接影响着电力企业供电质量及经济效益。

2.5 低压电动机的随机补偿

低压电动机产生的超前无功电流和滞后无功电流可以并联一个适当容量的电容器形成相互补偿, 这样就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给, 能缓解一部分输配电线路上的总电流, 能有效的减轻线路的损耗。随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接, 通过控制、保护装置与电动机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗, 以补励磁无功为主, 此种方式可较好地限制农网无功负荷。这种对低压电动机的随机补偿方式对农网的稳定运行十分有利, 且这种补偿方式投资少, 简单方便, 故障发生率极低, 特别对于长时间运行的电动机这种方式更具有较强的经济性, 投资回报率高, 且效果明显。

3 结语

电力系统在人们的生产和生活中发挥着重要的作用, 特别是农村的工农业生产的发展提供了重要的保障, 所以在整个电网运行过程中, 要求优化无功补偿配置方法, 这样不仅能提高电网的经济运行能力, 还能保证电网平衡的运行, 所以无功补偿无论于公于私都是一件好事。

参考文献

[1]靳龙章等.电网无功补偿实用技术[M].中国水利水电出版社, 1997.[1]靳龙章等.电网无功补偿实用技术[M].中国水利水电出版社, 1997.

[2]朱军等.农村电网电压质量和无功电力管理培训教材[M].中国电力出版社, 2004.[2]朱军等.农村电网电压质量和无功电力管理培训教材[M].中国电力出版社, 2004.