无功补偿与电网分析

无功补偿与电网分析（精选十篇）

无功补偿与电网分析 篇1

理想情况下, 电网的电压和电流具有纯正的正弦波曲线, 然而, 近年来, 电网中大量使用的各种非线性负荷产生了各次谐波注入电网, 当谐波流入变电所无功补偿装置时, 电力电容器与电网谐波间将相互影响, 引发电流电压波形畸变, 机电设备故障, 危及电容器的安全运行等问题。本文通过分析实际采集的大连某化工厂谐波数据, 用实例数据阐明了电容器投入使用对电网谐波的影响。

1 测试数据及分析

1.1 测量示意图如下

说明:测量采用美国FLUKE公司的FLUKE43B电能质量测试仪量测。现场测试了变压器的二次侧的负荷进线端.测试仪器检测了设备运行的工作情况, 整个测试过程中, 设备负荷稳定运转, 电容器投入与切离时, 均在相同负荷前提下。另外, 厂内无功补偿装置是单纯电容器补偿, 在正常工作情况下, 多次损坏, 从损坏特征来判断应为电容器过流造成。

1.2 测量记录如图1-4:

1.3 测量点谐波数据分析

通过对位置1的测量发现, 电容器投入运行时谐波电流的总畸变率为18.9%, 主要为11次, 13次 (详细数值参考表1) ;谐波电压的总畸变率为8.2%, 主要为11次, 13次 (详细数值参考表1) 。电容器切除时谐波电流的总畸变率为2.0%, 主要为3次, 11次, 13次 (详细数值参考表1) ;谐波电压的总畸变率为2.6%, 主要为5次, 11次, 13次 (详细数值参考表1) 。

2 测试点分析及解决方案

经过测量的数据对比可以看出, 电容器投入运行时谐波电压和电流畸变情况严重, 远高于电容器切除运行时的情况, 这说明单纯的电容器补偿装置对谐波具有明显的放大作用, 谐波电流的总畸变率放大了9倍左右, 若电容器与系统电抗发生谐振, 会造成极其严重的灾害。

电容补偿装置的投入, 使得电流畸变十分严重, 有大量的谐波电流流入电容器。产生这种情况的主要原因是由于非线形负荷在运行时产生了谐波电流, 谐波电流流经电容器和系统电抗组成的类似LC的振荡电路, 将谐波电流放大, 而电流习惯向着阻抗低的方向流, 由于电容器的容抗为, 变压器的感抗XL=2πf L, 随着谐波频率的逐渐升高, 即f逐渐变大, 电容器的容抗XC逐渐减少, 而变压器的感抗XL却逐渐增大, 所以大量的谐波电流流入电容器中。这样很容易造成电容器过电流故障。而且在有谐波存在的系统中, 当容性和感性同时存在, 很有可能使容性的电容器与感性的系统在谐波频率下发生串联和并联的谐振, 从而严重放大谐波, 增大谐波对补偿装置以及整个系统的影响。

对于单纯采用电容器补偿的方式, 在谐波存在的环境下, 放大电网谐波的问题, 可以串联电抗器来保护电容器。通常在工业环境下, 电容器串联6%的电抗器可以很好抑制谐波, 因为串联6%的电抗器后, 整个无功补偿装置的谐振频率为204Hz, 这样在5次谐波或者高于5次谐波的情况下, 整个装置呈现感性, 这样可以避免与系统产生谐振, 而在基波情况下整个装置呈现容性, 为系统提供无功补偿。

3 结论

从以上分析可以看出, 在含有谐波源电力系统中, 作为无功功率补偿电容器装置投入运行时, 应充分考虑谐波的影响, 避免造成谐波电流的放大, 特别应避免电路产生并联谐振或在谐振点附近工作, 必要时应在电容器每一回路串联电抗器, 这样才能保证电容器的运行安全和使用寿命, 对于谐波含量严重的供用电系统, 除安装电抗器保护电容器和抑制谐波外, 还应该安装有源滤波器等消除谐波的设备, 真正减小回送至系统的谐波电流。

摘要：本文通过对大连某化工厂变电所的谐波实测分析, 阐述了电力电容器组在投入和断开时对电网谐波的影响, 并根据电容器的阻抗特性, 指出电容器过流和谐振等问题的主要原因和应对措施。

关键词：电力电容器,谐波,串联电抗器,谐振

参考文献

[1]电力行业电力电容器标准化委员会.并联电容器装置技术及应用[M].北京:中国电力出版社, 2011.

[2]潘志文, 崔桂梅.电力电容器的电容值测量及失效分析[J].物理测试, 2011.

[3]马亮, 钱珞江.谐波对集合式并联电容器内部故障保护的影响[J].电力系统保护与控制, 2010.

电网建设中的无功补偿 篇2

1功率因数和无功功率补偿的基本概念

1.1功率因数：电网中的电气设备如电动机变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，相位角的余弦cosφ即是功率因数，它是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要指标。

1.2无功功率补偿：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置却在吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

2无功补偿的目的与效果

2.1补偿无功功率，提高功率因数

2.2提高设备的供电能力

由P＝S·cosφ可看出，当设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，上式中的P也随之增大，电气设备的有功出力也就提高了。

2.3降低电网中的功率损耗和电能损失

由公式I＝P/（·U·cosφ)可知当有功功率P为定值时，负荷电流I与cosφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流减小，从而使功率损耗降低：ΔP＝I2R，降低电网中的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。

2.4改善电压质量

在线路中电压损失ΔU的计算公式如下：

ΔU＝

×10

-3

式中

ΔU——线路中的电压损失

kV

P——有功功率MW

Q——无功功率Mvar

Ue——额定电压kV

R——线路总电阻Ω

XL——线路感抗Ω

由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失ΔU也就减少了。

2.5减少用户电费开支，降低生产成本。

2.6减小设备容量，节省投资。

3无功补偿容量的选择

3.1按提高功率因数值确定补偿容量Q

c

Qc＝P[

]（kvar）

式中P——最大负荷月的平均有功功率kW

cosφ１cosφ2——补偿前后功率因数值

例如：某加工厂最大负荷月的平均有功功率为300kW，功率因数cosφ＝0.6，拟将功率因数提高到0.9，则所选的电容器容量为：

QC=300×[

]=300×（1．33—0．48）=255

（kvar）

3.2按提高电压值确定补偿容量QC

QC=

（kvar）

式中

ΔU——需要提高的电压值V

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

3.3按感应电动机空载电流值确定补偿容量

电动机的无功补偿一般采用就地补偿方式，电容器随电动机的运行和停止投退，容量以不超过电动机空载时的无功损耗为宜，计算公式：

QC≤

Ue

I0

(kvar)

式中

Ue——电动机额定电压kV

IO——电动机空载电流可用钳形电流表测出，若粗略估算，也可用下式：

QC＝(1/4～1/2)Pn

式中

Pn——电动机额定功率kW

3.4按配电变压器容量确定补偿容量

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10kV配电网倒送无功；取得最大的节能效果，根据配变容量按下式计算：

QC＝(0.10～0.15)Sn(kvar)

Sn——配变容量kVA

总之，无功补偿设备的配置，应按照“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”的原则，要把降损与调压相结合，以降损为主；又要把集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；同时，供电部门补偿与用户补偿相结合，以就地平衡为主，共同搞好无功补偿的配置和管理，从而取得无功补偿的最大经济效益。

[摘要]

对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量，这是众所周知的道理。因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中一个重要课题，而提高电力系统的功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。文中简要集中探讨了影响电网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种使用方法，以及确定无功补偿容量从而提高电力系统功率因数的一般方法。

[关键词]

功率因数

影响因素

补偿方法

容量确定

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功“并不是“无用“的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数COSφ，其计算公式为：

COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。

影响功率因数的主要因素

1.1

电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

1.2

供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

1.3

电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

低压网的无功补偿

2.1

低压网无功补偿的一般方法

低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

2.1.1

随机补偿

随机补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)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峰荷。

随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，不会造成无功倒送，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.1.2

随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器二次侧，以无功补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

2.1.3

跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式。适用于100KVA以上的专用配电用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

2.2

采用适当措施，设法提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施做一些简要的介绍。

2.2.1合理选用电动机

合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为0.11，1/2负载时约为0.72，而满负载时可达0.86。所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的容量。

2.2.2

提高异步电动机的检修质量

实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。

2.2.3

采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿

由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。

2.2.4

正确选择变压器容量提高运行效益

对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。如：对平均负荷小于30%的变压器宜从电网上断开，通过联络线提高负荷率。

通过以上一些提高加权平均功率因数和自然功率因数的叙述，或许我们已经对“功率因数”这个简单的电力术语有了更深的了解和认识。知道了功率因数的提高对电力企业的深远影响，下面我们将简单介绍对用电设备进行人工补偿的方式和对补偿容量的确定方法。

功率因数的人工补偿

功率因数是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标，也是保证电网安全、经济运行的一项主要指标。供电企业仅仅依靠提高自然功率因数的办法已经不能满足工厂对功率因数的要求，工厂自身还需要装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。

3.1

静电电容器补偿

静电电容器既电力电容器。利用电容器进行补偿，具有投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小等优点。但当通风不良、运行温度过高时，油介质电容器易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建议使用粉状介质电容器。

当企业感性负载比较多时，它们从供电系统吸取的无功是滞后（负值）功率，如果用一组电容器和感性负载并联，电容需要的无功功率是超前（正值）功率，如果电容器选的合适，令Qc+Ql=0，这时企业已不需要向供电系统吸取无功功率，功率因数为1，达到最佳值。

3.1.1

电容器补偿容量的确定

电力电容器的补偿容量Qc可按下式计算：

Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）

式中

Pjs——最大有功计算负荷，KW

tgφ1、tgφ2——补偿前、后功率因数角的正切值

α——平均负荷系数，一般取0.7～1，视Pjs的计算情况而定。如果在计算时已采用了较小系数值，α可取1。

某些已进行生产的工矿企业，可由下式确定其有功电能消耗量：

Ap=Pjs·Tmax·p

(KW·H)

式中

Ap——有功电能消耗量

Pjs——有功计算负荷

Tmax·p——最大有功计算负荷年利用小时数

3.1.2

并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求

Ue·c≥Ug·c

nQg·c≥Qc

式中

Ue·c——电容器的额定电压（KV）

Ug·c——电容器的工作电压（KV）

n——并联的电容器总数

Qg·c——电容器的工作容量（Kvar）

Qc——电容器的补偿容量（Kvar）

3.2

动态无功功率补偿

动态无功功率补偿一般应用于用电容量大、生产过程其负载急剧变化且具有重复冲击性的大型钢铁企业。这种波动频繁、急剧、幅值很大的动态无功功率，采用调相机或固定电容器进行补偿已远远满足不了要求，目前一般采用的新型动态无功功率补偿设备是静止无功补偿器。它具有稳定系统电压、改善电网运行性能、动态补偿反应迅速、调节性能优越等优点。但最明显的缺点是投资大、设备体积大、占地面积大。

3.3

分相补偿

在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。

据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积3.2万m2。主要用电设备有空调机组、水泵、风机及照明灯具等，其中照明灯具均为单相负荷，功率因数在0.45～0.75之间。低压有功计算负荷2815KW，其中，照明用电有功负荷1086.5KW，其它负荷基本为空调、风机、水泵、电梯等三相负荷。补偿前无功功率31872Kvar，若整体功率因数补偿到0.92，需补偿1982Kvar，补偿后无功功率1200Kvar。原设计采用低压配电室并联电容器组三相集中自动补偿，工程竣工投入使用后，经常出现仪器、灯具等用电设备烧坏或不能正常使用等情况，影响正常经营和工作。经现场测试，发现低压馈线回路三相负荷不平衡，差距很大，电流差异大，最大相电流差为900A；检测母线电压，三相母线电压有的高达260V，有的低到190V。通过分析是三相电容自动补偿造成的结果。

对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。

结束语

文中浅谈了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素以及提高功率因数的一般方法，还阐述了如何确定无功功率的补偿容量及无功功率的三种人工补偿的具体方式。

1　无功功率

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；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。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。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。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，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，这些用电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、变电设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低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。

从发电机和高压输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。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、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：

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：

无功补偿与电网分析 篇3

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

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[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）.

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[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。

电网无功优化补偿技术分析 篇4

在交流电力系统中，有功功率是能将电能转换为机械能、热能等其他形式能量的电功率。而无功功率则比较复杂，只要有电磁线圈的电力设备，都要消耗无功功率。无功功率虽然不对外部做功，但它是用于电场与磁场的交换、并用来在电气设备中建立及保持磁场的电功率。

无功电源在电网中的作用非常重要，它包括发电机和无功补偿设备。发电机除了可以作为有功电源以外，还是最基本的无功功率电源。它在额定运行状态时按其额定功率因数发出无功功率，并按功率特性确定怎么发出无功功率。当功率因数高时，发出的无功就少;功率因数低时，发出的无功就多。

2 无功补偿的分类及常用设备

2.1 无功补偿的分类

无功补偿通常分为变电站集中补偿、中压配电线路的分散补偿、用户分散无功补偿、用户集中无功补偿。

变电站集中补偿的补偿装置利用率高，方便管理，在降低网损和改善电压方面效果都比较好。在变电站投入电容器后，相当于增大系统中的无功功率电源，与无功负荷抵消一部分，系统等效负荷的无功功率减小，这样，就会导致功率因数提高，节点电压也随着提高了;反之，断开电容器，系统无功功率增大，功率因数降低，电压也就随着降低了。

用户分散补偿设备的利用率较低，这是由于要补偿的节点多、设备极其分散的缘故，但是分散补偿在降损调压方面的效果是比较好的。

2.2 常用的无功补偿设备

无功补偿设备是用户和电力部门为了补偿无功功率而采用的装置，也称为无功补偿器，通过补偿装置的投切可以抵消负荷的无功功率，减少系统网损，提高各节点电压水平。

常用的无功补偿设备主要有：同步发电机、同步电动机、同步化的异步电动机、电抗器、电力电容器、串联电容器和晶闸管动态补偿设备。

3 全网的无功优化和实例分析

3.1 无功优化的需要注意的问题

在电力系统中，当数据满足各种运行约束时，用尽量少的投资使系统电压质量和网损得到最大的改善和降低，称为无功优化。无功优化问题主要应注意两个方面：一个是在规划过程中计算无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量，以达到节省投资费用的目的;另一个是在运行过程中，在无功补偿设备的配置已确定的情况下，根据实际负荷的变化确定无功补偿设备的投切方案和变压器抽头位置等，以达到在满足电压质量要求的前提下，网损最小，或能耗最小，或运行费用最小的目的。

3.2 无功优化应注意的问题和补偿方式

规划的节约是最大的节约，规划的浪费是最大的浪费。电力系统是一个相互联系、相互影响的整体，对任何一个电压等级电网做优化工作都影响着其他电压等级的电网。对电网无功优化补偿时，要尽量克服传统无功优化方法的缺点，尽量在分层、分区、就地平衡的基础上，从全网出发，生成最优无功优化方案，使系统达到最好的调压降损效果。

3.3 无功优化的计算

无功优化要在以系统各节点的电压合格为前提条件，以地区电力网的网损最小为最终目标，集中调节变压器的有载分接开关档位，控制变电所无功补偿设备的投切，以此来达到全网就地平衡，全面改善和提高电网的电压质量，降低电能损耗的目的。

4 某地区205节点系统实例分析

某地区系统有205节点，58台发电机，104个负荷，310条支路。该系统总有功负荷为10358MW，无功负荷为3354Mvar，设100号节点为平衡节点(电压标幺值为1)，有52个P-V节点，其余为P-Q节点。原始补偿是选77、78、118、119、147、148、161这7个节点进行补偿，补偿总容量为708.99Mvar。

根据Q-V曲线的方法，综合节点电压灵敏度和无功裕度排序也选出了77、78、118、119、147、148、161这7个节点进行补偿，和原始补偿选点结果一致。原始补偿容量分别为54.01、54.01、165.89、78.9、67.95、67.95、220.28 (Mvar)，网损从177.88MW降为170.97MW。运用等网损微增率准则列出求解容量分布方程，根据拉格朗日二次插值求解算出这7个点的补偿容量分别为21.15、21.15、193.46、186.32、86.32、86.32、114.27 (Mvar)，分别给系统补偿后网损降为169.91MW。各节点电压水平如图1所示。

由此可知，用Q-V曲线的方法选取的补偿点与系统的原来的补偿点选取一致，都是在77、78、118、119、147、148、161这7个节点进行补偿，运用等网损微增率的方法算出各补偿点的容量分布，经过潮流计算后可知，电压符合系统要求，网损从177.88MW降为169.91MW，比原始补偿的网损更低。

5 结语

总而言之，无功优化必须全网出发，以降低全网网损为目标，通过科学合理的无功优化方法，确定电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，使有限资金发挥最大效益。

摘要：本章介绍了无功功率的基本概念、无功补偿的原理、作用以及分类等, 研究了无功优化补偿的基本原理, 分析了无功补偿的经济效益, 并结合某205节点系统实例进行分析。

关键词：无功,优化补偿,电网

参考文献

[1]S.K.Goswami, S.K.Basu.Direct Solution of Distribution Systems[J], Proceedingsof IEE, Part C, 1991.

无功电压电网技术论文 篇5

目前的科学设备投入力度小，大部分还是通过人工监视。这种传统的管理模式很难保证电压合格率，所以电网无功电压在目前看来最典型的就是技术和设备上存在的问题，深入加大电压管理也势在必行。

1.1技术和设备上存在问题

技术和设备上常出现的问题主要包括以下几种：

①无功补偿容量不足，例如在新上工程中不安装电容器或容量偏小，甚至为提高其设备档次而牺牲电容器的做法，这类问题就会使无功补偿容量不足。

②电容器配置不合理，例如只在低压使用并联电容器或电容器的全部投入使用都可能会导致电容器不能正常投入使用，无法发挥应有的效益。

③变压器的额定限压不合理，由于网路增强供电半径的减小，就会导致配电网的电压很难满足要求且无法投入运行中。

1.2无功电压管理上的问题

未从源头上规划好无功设备、运行管理之中的管理不到位和管理用户难度大是电压管理上存在的三大问题。要解决首要的源头问题，首先要采取环网布置，开环运行，同时侧重于电能质量和线损的管理。所以不能只考虑对电压的要求，还要进行科学配置。管理用户方面，用户配置不够合理，未规范管理电容器运行，未及时向供电部门提供信息导致变压器扩容时无法同期建成无功补偿设备。

2无功电压的管理

2.1实现目标

为保持电网内被控电站低压侧母线电压在合理方位内，减少网损，减少变电站电容器投停和调整次数，实现自动管理，减轻人员劳动强度，迎合电力市场运营，但以深入开展为目标，各公司会越来越注重经济效益，而探寻到一条适合自己的管理途径，以此提高电压质量，保障电网安全。

2.2解决措施

2.2.1充分发挥无功优化系统的作用为最大范围地实现电压合格，减小电能损耗，保证设备使用次数，使整个运行过程安全进行，要以保证设备安全为前提，合理投入设备，使主变分接开关调节次数达到最小，提高电网调度水平，提高系统的稳定性，保证安全性，达到质量过关损耗降低的理想状态。

2.2.2建立一个完善的网络结构规划、设计、建设一个完善的网络构建，首先要支持最高级的电压网络；其次是要优化低一级的电压网络，做到分层供电，采用环形布置的科学结构；再次是中、低压电网的相互配合，控制好供电半径在合理范围内；最后要保证无功负荷与无功电源之间的平衡。

2.2.3注意电容器运行间存在的问题电容器在运行时会出现以下问题：在低压时，调度所并未下令使用所有的容器，而且功率因数和电压合格率的考核均未到达各变电站的标准。又因向主系统倒送之中，出现电压不正常、功率因数偏低等问题，未及时采取功率因数调节措施。所以一定要重视电容器的运行情况，及时采取功率因数调节的措施，加强对用户电容器的管理力度，定时询问电容器装置的状况。

2.2.4加强对电压质量的管理加强电压质量，首先就是要对主要送电线路的导线进行检查和改造，扩大线径，提高受电电压，降低损耗。同时，调整配电线路，消除因线路过长对电压质量带来的不良影响。重视调压设备的建设对无功容量的配置，对变压器有载调压改造工作是刻不容缓，也是从根本上改变的途径。加强对无功电压的运行中的管理，明确职责，各部门员工各司其职。制订有效的考核管理办法，提高综合电压合格率，确保上传下达指标的达标。

2.2.5加强无功优化补偿对变电站进行集中补偿，并利用并联电容器，最后通过有载调压主变进行调压。有载调压灵活、调压幅度大，且在电网无功不足的情况下能改变电压分布，尽管其对提供无功无济于事，但这一缺陷正好可由并联电容器加以弥补。投入电容器的使用不仅增加了网络的无功电力，还能提高网络电压。但如果进行较大幅度的调压，就会造成一定的浪费，成果并不经济，所以在应用并联电容器的情况下，调压应注意以下四点问题：

①在高峰负荷时，应首先投入电容器组的使用；在低谷负荷时，应先考虑电压的调整。

②一般变电站应以变压器调压为主要调压方式，并联电容器手段做好辅助调压的工作。

③利用并联电容器调整电压时，应保证电压突变幅度，还要对电容器容量较大时采取分组安装的方式，分组投切。

④对容量较大的电容器，其自动投切方式要采用电压控制为主的方式，从而保证能自动、适时地控制无功潮流和电压的变化。

3结束语

浅谈电网无功补偿装置的补偿原理 篇6

随着电网进一步发展完善，无功补偿技术是在电网中提高系统运行电压、保证系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要手段，并得到广泛的应用。本文论述了无功补偿的概念和作用、分类，并简单介绍了几种柔性交流输电装置的补偿原理。

1.无功补偿的概念和作用

1.1无功补偿的概念

在电力系统中无功功率，是由处于轻载条件下的线路和电缆产生的，并可被负载，变压器和重载的线路所吸收。发电机在控制系统电压时会发出或吸收无功。如不对输电网中的无功功率加以控制就有可能影响系统的稳定性并导致过压等问题，而某些类型的工业负荷快速变化的无功需求则可能会导致无法接受的电压波动。采用电力电子装置（电力电容或调相机等）可以通过提供可调的无功功率来解决上述问题，从而降低或免却供电网输送的无功电流、线路损耗，提高电网的效率，可控性和供电质量。

1.2无功补偿的作用

在电力供电系统中提高系统的负载功率因数和改善负载，减少输电线路上各种设备的功率损耗，稳定系统的传输电压，提高系统的供电电压质量。在长距离输电中，提高系统输电能力和稳定性，平衡电力系统各支路末端三相负载的有功和无功功率等。

2.无功补偿的分类

无功补偿装置按照接入电网的形式可分为串联补偿和并联补偿。

2.1串联补偿

串联补偿主要是串联电容器補偿，就是在系统中接入串联电容器，改变系统的等效阻抗，提高线路的输送能力。通过调节输电线路的阻抗可以控制输电线路中的输送功率，串联电容器补偿是提高长距离输电线路输电能力的有力措施。由P=V1V2sin/X可知，当串联电容器后，串联容抗与部分线路电感相抵消，线路的等效电感随之减小，电气距离得以缩短，增加了传输功率。在低电压等级的电网中，大部分线路压降是由于线路电感所致，串联补偿可根据负载波动调节补偿电容的大小，尽可能减少的线路压降。串联电容能够自发响应且迅速，因其属于无源电路元件，故串联补偿有助于电压调节，有效解决电压闪变的问题。

2.2并联补偿

并联补偿按照输出功率的性质，又可分为有功补偿和无功补偿，在电力系统中增加并联电容器、并联电抗器等补偿系统无功功率。绝大部分电气设备的等效电路可以看做电阻与电感串联的电路，再与电容并联，使得回路电压电流之间相位差变小，功率因数提高。并补的主要作用：提高系统和负荷的功率因数，减少系统损耗，提高系统静稳特性，改善系统动稳特性，提高系统暂稳特性，稳定节点电压，实现负荷的三相不平衡补偿等。

3.柔性交流输电装置（SVC、STATCOM、TCSC）的补偿原理

3.1SVC（静止无功补偿器）

利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性无功补偿的装置，能平滑控制动态无功功率。负荷侧的无功经常变化，固定无功补偿不能稳定母线电压。如果保证系统中某些母线处的无功量恒定或恒定接近于零，就能消除由负荷变化引起的母线电压波动。负荷变化率（由零到额定值）在1S以上的，采用调相机。负荷变化率在1S以下的，采用调相机很难胜任，需采用静补。一般有六种补偿方式：固定容性、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+可变感性，通常用后两种补偿方式。FC（滤波电容器）提供无功补偿的基本量，TSC（晶闸管投切的电容器）、TCR（晶闸管控制的电抗器）提供无功补偿的连续平滑调节量。补偿原则：其中为线路注入变电站母线的无功，为无功负荷，为无功补偿装置提供的补偿量。通常采用欠补偿或全补偿。

3.2STATCOM（静止同步补偿器）

STATCOM功能上类似于能产生三相正弦对称电压的旋转同步电机，在电力系统中能够进行无功或有功交换。STATCOM与SVC不同之处在于向系统提供的容性无功不受系统电压因素的影响，适应各种系统电压且保持额定无功功率不变，因此STATCOM能够为系统提供更好的电压支持，防止电压崩溃，该特点在系统故障时表现得尤为突出。STATCOM的逆变器根据系统无功和有功参量来调整其输出电压的幅值、相位。当逆变器的输出电压与系统电压同相位时，即控制参量Pf为零而Qf不为零时，STATCOM只与系统进行无功交换，而没有有功交换。当系统与STATCOM之间没有有功交换时，在理想情况下，逆变器的直流电容电压保持不变。当STATCOM只与系统进行无功交换时，逆变器的输出电压幅值大于系统电压幅值时，STATCOM向系统注入无功；逆变器的输出电压幅值小于系统电压幅值时，STATCOM从系统吸收无功。当逆变器的输出电压与系统电压相位不同时，即控制参量Pf不为零，此时STATCOM将与系统之间进行有功交换，逆变器的直流电容电压将发生变化，需对逆变器的直流电容电压进行控制。当STATCOM与系统进行有功交换时，逆变器的输出电压的相位超前于系统电压相位时，STATCOM向系统注入有功；逆变器的输出电压相位滞后系统电压相位时，STATCOM从系统吸收有功。

3.3TCSC（晶闸管控制串联电容器）

为便于调节，保证输电线路始终通畅，串联电容器直接串联在线路里，在其两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节投入线路的串联补偿量，是通过调节与电容器并联的电抗量来间接实现的。为能够连续平滑地改变串联补偿量，TCSC主要借助调节变换晶闸管的触发导通角，实现高效保质地控制线路中的潮流。TCSC既可以有效地改善电力系统特性，控制电力系统传输线路中的潮流和提高输送功率，也可以抑制阻尼功率振荡和次同步振荡，以使得系统电压性能得到保障，系统稳定性得以提高。TCSC调节晶闸管触发延迟角的范围可从90°到180°。而TCSC的稳态阻抗特性以谐振点为划分，分为容性运行区和感性运行区。与谐振点对应的控制触发延迟角α的大小由电容和电感的参数决定。可控串补的控制原理就是根据系统稳定控制、恒功率控制、恒阻抗控制等目的，计算出串补输出的基波阻抗值，再根据曲线得到与该阻抗值对应的触发角。

4.结语

采用无功补偿技术是提高电能质量不可或缺的方法，不仅能实现节能的目的，还能不断挖掘电网的潜力。电力电子逆变技术是无功补偿技术未来的主要发展方向的核心，得益于电力电子变流装置的突出特点，可考虑在谐波抑制的同时实现无功补偿。

关于低压电网中无功补偿的分析 篇7

1.1 通过对低压电网无功补偿方式的分析可以得知, 当下低压电网面临着严峻的调整。为了适应当下低压电网的工作需要, 为了更好满足当下工作的需要, 进行供电变压器及其输送线路损耗的控制是必要的, 从而进行供电效率的提升, 保证低压电网供电环境的优化, 实现电网中无功补偿合理补偿方法及其装置的选择, 保证电网的损耗程度的最大化控制, 实现电网综合质量的提升, 实现电压比东及其谐波的有效控制, 进而保证电压稳定性的提升。

通过对无功补偿定义的深层次探讨, 得知通过对无功补偿设备的积极应用, 可以进行无功功率的控制, 保证系统的整体功率因数的优化, 保证能耗的控制, 实现电压整体电压质量的提升, 这需要进行一系列的无功补偿配置原则的应用, 保证总体平衡模块及其局部平衡模块的有效开展, 保证局部平衡体系的健全。这也需要进行电力部门补偿环节及其用户补偿环节的结合, 进行配电网络, 用户消耗无功率的控制, 实现配电网的无功功率消耗的控制。为了保证网络模块中的无功功率的有效工作, 进行就地补偿模块的应用是必要的。

1.2 在就地工作模块中, 为了提升无功功率的输送效率, 进行就地补偿是必要的模块, 这需要电力部门及其用户展开补偿的合作, 进行集中补偿模块及其分散补偿模块的有效结合, 进行分散模式的应用。所谓的集中补偿就是进行变电所补偿电容器的装设。所谓的集中补偿, 就是进行主变压器的无功损耗的应用, 进行变电所输电线路的无功电力的优化, 保证供电网络的无功损耗模块的有效开展, 保证配电网络无功损耗模块的循序渐进。这需要进行变电所的配电线路负荷端输送模块的应用, 进行线损的积极控制, 进行无功功率的优化。在中低配电网应用中, 进行分散补偿模块的应用是必要的, 进行降损及其调压模块的应用, 保证降损模块的积极工作。

2 关于低压电网中的无功补偿原理及其应用模式的分析

2.1 为了满足现阶段低压电网的工作需要, 进行无补偿原理的分析是必要的, 从而进行应用模式的开拓, 这对于电压的稳定性提升非常必要的, 从而保证其电压质量的提高, 保证电力传输过程中的功率损耗模块及其电能损耗模块的优化, 保证供配电设备的供电能力的提升。这需要引起相关工矿企业的重视, 进行内部供配电系统的应用, 保证无功补偿装置的应用, 进行无功补偿效益的提升, 切实提升低压电网的电压质量, 保证配电设备的利用率的提升。这对于企业的整体节能效率的提升都是非常必要的。企业的功率因数直接关系到企业的电价, 企业若想降低电力费用, 不但要在电力设备的节能保养上下功夫, 还要提高企业用电的功率因数, 而无功补偿正是企业提高功率因数, 实现节能低碳的有效手段之一。

通过对无功补偿模块的应用, 更有利于进行电力系统能耗的控制, 这需要进行计算公式的应用, 进行无功补偿模块的应用, 实现电力系统能耗作用情况的分析, 保证线损的控制, 提升功率的应用率。从而进行有功损耗及其无功损耗模块的分析。这需要按照我国的供用电规定, 进行相关工作模块的优化。高压供电用户, 其功率因数不应低于0.9, 其他电力用户的功率因数不应低于0.85, 功率因数低于0.7时, 不予供电。若达不到以上要求, 应装设必要的无功补偿装置, 否则要加收电费。因此, 低压电网中的无功无论是对低压电网还是对于用电企业和供电企业都具有十分重要的意义。

2.2 为了满足当下配电网工作的需要, 进行用电设备的感性负荷模块的控制是必要的, 这需要进行感性无功功率电流相位的控制, 保证电压相位的工作状况的满足。在该模块中需要明确到容性无功功率进行感性无功功率的补偿是必要的, 以满足当下工作的需要。以减少电网无功负荷, 由于超前电流与滞后电流的互补作用, 也就是电容性负荷的无功功率补偿了电感性负荷的无功功率。当电网容量一定时, 使无功功率减少, 从而达到了提高功率因数的目的。

2.3 为了提升电磁感应的无功功率的补偿效率, 进行随机补偿模块的应用是必要的, 这需要进行电动机的无功补偿方案的应用。一般来说, 随机补偿的应用会随着电动机的开关变化而产生变化, 进行补偿或者消费。为了保证无功功率的补偿, 进行补偿调整的应用是必要的, 从而提升其灵活性、简便性, 保证随器补偿模块的有效开展。随机补偿主要是将低压容量通过低压保险接在配电变压器上, 用来对配电变压器空载无功功率的补偿。此种补偿方法能够有效地平衡配电变压器的空载无功功率, 从而提高变压器的利用率, 有效降低电网的无功损耗, 因此, 随器补偿具有较高的经济性价比, 是目前最常采用也最有效的无功补偿。

为了更好的进行无距离低压电网线路的工作, 进行中间同步补偿方法的应用是必要的, 这也需要进行静止补偿模式的配合。保证静止补偿装置及其同步调相机模块的正常开展, 实现现阶段无功补偿方案的更新, 这种方法适合在线路输电方案中应用。此种方法在线路输电过程中, 能够稳定电压, 同时对多条输电线路进行降耗补损, 并具有较强的调节性能。终端分散补偿。用户终端分散补偿能够在低压电网终端进行有效的补偿, 提高用户电器设备的安全性, 还能提高电压利用率。

在低压电网无功补偿模块中, 进行网损微增率补偿法的应用是重中之重, 这需要进行低压集中补偿法、无功经济当量补偿法及其相关方法的应用, 保证低压电网的无功补偿环节的正常开展, 进一步的提升电压的稳定性, 保证其整体利用率的提升。这需要进行静态补偿装置体系的健全, 进行其内部装置模块的优化。静态补偿装置一般为机械式接触器投切电容器组, 适用于负载变化较小的场合。动态补偿装置。动态补偿以晶闸管作为执行元件, 通过跟踪监测负荷的无功电流或无功功率, 对多级电容器组进行分组投切, 适用于负载变化大, 情况复杂的低压电网。

2.4 在低压电网无功补偿装置设置中, 要明确到无功补偿实施的必要性, 从而提升低压电网无功补偿的效益, 进一步的提升高无功功率因数的效益, 进行耗损情况的控制, 保证稳定电压的优化, 这就需要进行电网运作中无功补偿装置的优化, 针对不同的应用情况, 进行多种补偿装置的配合, 比如在随机补偿模块中, 进行就地无功补偿装置的应用。实现最方便的无功自动补偿。而对于需要在多条线路节点上实现自动投切要求, 并减少变压器无功负载时, 就要应用集中无功补偿装置。目前在农网中应用的还有静止无功发生器, 这些无功装置的应用, 大大提高了低压电网的性能。

3 结束语

在电网系统优化过程中, 通过对无功补偿模块的应用, 更有利于进行电压质量的提升, 实现对电能利用率的提升, 保证不同模块的无功功率的控制, 这需要针对无功功率的应用原理, 进行多种无功补偿方法及其装置的优化。选择不同的无功补偿方法和装置, 能够有效提高无功功率因数, 降低线路损耗和配电变压器以及用户端的损耗。因此, 低压电网中的无功补偿对于社会发展具有重要意义。

摘要：为了满足现阶段低压电网工作的需要, 进行无功补偿体系的健全是必要的, 从而实现其内部各个环节的协调, 这需要针对低压电网的无功补偿模块进行分析, 进行电压质量的提升, 保证低压电网功率因数的控制及其优化, 保证日常低压电网耗能的控制。这就需要进行低压电网无功补偿含义的深入分析, 进行低压电网无功补偿原理的深入解析, 进行无功补偿装置的优化选择及其应用。

岳阳电网无功现状及补偿方法分析 篇8

在电力系统中所用的无功补偿装置种类众多, 但目前在国内应用比较广泛的还是并联电容器或并联电抗器。由于电力系统中大多数设备和负荷为感性, 需要用电容器对感性无功进行补偿。随着城市电网的改造, 配网电缆化的比例增加, 容性充电功率也相应增加, 很多地区出现了无功功率过剩的现象, 因此有必要安装一定数量的电抗器, 以有效调节无功功率。

1 岳阳电网及无功现状分析

1.1 电网现状

岳阳电网是湖南电网的重要组成部分, 目前主要是由电源点华能岳阳电厂和500kV昆山变向10座220k V变电站辐射, 电网潮流由北向南输送。

截止2009年底, 岳阳电网共有500kV变电站1座, 单相主变3台, 总容量750MVA;共有220kV变电站10座, 主变16台, 主变容量2340MVA;110kV变电站45座, 主变63台, 主变容量1915.5MVA。共有220kV线路34条, 总长度944.9km;110kV线路86条, 总长度1151.3km。

岳阳电网年负荷曲线呈“W”形状, 存在夏季和冬季两个高峰负荷。受降温、取暖以及排涝、抗旱等气候敏感性、季节性负荷的影响, 全年峰谷矛盾主要集中在夏、冬两季, 全年负荷波动较大。

1.2 电网无功补偿配置现状

目前岳阳电网500kV变电站并联电容器补偿容量120Mvar, 占主变容量的16.00%;220kV变电站并联电容器补偿容量434Mvar, 占主变容量的18.55%;110kV变电站并联电容器补偿容量209.4Mvar, 占主变容量的10.93%, 均已达到《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》的要求。

岳阳电网并联电抗器补偿容量共190Mvar, 其中包括500kV昆山变高压侧120Mvar, 低压侧60Mvar以及220kV汉昌变低压侧10Mvar。

1.3 存在的主要问题

随着500kV昆山变的投运和华能岳阳电厂开机方式的增大, 岳阳电网完成了由负荷端向电源端的改变。经过电网改造后, 系统中、低压电网大量使用电缆, 在夜间低谷负荷情况下大量充电功率注入110kV变电站。目前110kV变电站均未装设并联电抗器, 因此基本上只能依靠220kV变电站投入并联电抗器进行集中补偿。由于220kV变电站只有汉昌变装设了10Mvar的并联电抗器, 并联电抗器补偿容量不足, 造成在低谷负荷时岳阳电网无功功率过剩, 电压普遍偏高。尤其是220kV新市变、汉昌变和袁家铺变, 与长沙电网相连, 受长沙电网电压过高影响, 电压偏高问题更加突出。

1.4 对策

岳阳电网电压问题已经由以前的偏低逐渐转变为偏高。目前电力系统中采取的降压措施主要有:投入并联电抗器;调节变压器分接头位置;利用发电机进相吸取系统无功等。调节变压器分接头, 只能改变系统无功分布, 对低谷负荷期间无功严重过剩的电压升高收效甚微。而发电机进相运行受静态稳定性、定子端部发热、厂用电电压高低、定子电流等多种因素组成的综合条件限制, 综合条件比较复杂, 容易进入不能稳定运行的危险区域。由于在110kV变电站分散装设并联电抗器不经济, 笔者认为可考虑在岳阳电网220kV变电站加装并联电抗器, 并通过无功优化确定各站需装设的并联电抗器容量。

2 无功优化的数学模型

无功优化广泛应用于电力系统规划和运行中。本文无功优化拟采用中国电力科学研究院电力系统综合分析程序 (Power System Analysis Software Package, PSASP) 中最优潮流模块来实现。PSASP中最优潮流模块的主要功能是满足电力系统各节点正常的功率平衡及各种安全约束的条件下, 求以网损、煤耗或发电费用、无功补偿经济效益为目标函数最优的潮流分配。其实质是在满足一定的安全约束条件下, 使某个目标函数达到最优的非线性规划问题。具体地说, 最优潮流是调整控制变量, 且满足各种控制变量、状态变量和变量函数的物理和运行限制, 使目标函数最优。

最优潮流求解过程是一个迭代过程, 存在着收敛问题。PSASP程序中开发了3种计算方法:梯度法、牛顿法和内点法。程序提供的常用5种控制变量如下:发电机的有功功率、发电机的无功功率、发电机机端电压、负荷的无功补偿、可调变压器的变比。程序考虑的常用4种安全约束如下:母线电压的限制、可调变压器变比的限制、发电机的有功功率与无功功率的限制、负荷的无功补偿容量的限制。本文以网损最小为目标函数, 选择负荷无功补偿和可调变压器变比为控制变量, 并以母线电压和可调变压器变比作为安全约束条件, 采用内点法进行最优潮流计算。

3 岳阳电网谷荷方式下的无功优化分析计算

利用PSASP软件对岳阳电网2009年谷荷方式下的无功优化问题进行了分析计算, 根据最低负荷时的实际运行参数确定全网总负荷和电源的有功无功出力。以湘五强溪01B为平衡节点, 全网总负荷确定为:有功291.55MW, 无功为95.85Mvar, 负荷功率因数约为0.95;大用户自备电厂发电出力按装机容量的30%考虑, 平均功率因数为0.9, 总有功出力为135.6MW, 总无功出力为65.6Mvar。计算时采取的优化策略包括改变投切电容器和电抗器的组数和调节主变分接头档位。

谷荷时无功优化前后, 电容器和电抗器的投切情况见表1 (“+”表示投入电抗器, “-”表示投入电容器) 。优化前的潮流网损为2.9MW, 优化后的潮流网损为2.77MW, 网损降低4.20%。

无功优化前后220kV变电站的母线电压变化情况见表2, 可以看出优化后母线电压情况有了很大的改善, 符合《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定和湖南省中调对岳阳电网220kV电压的考核要求。

Mvar

kV

4 结论

(1) 岳阳电网在夜间低谷负荷情况下无功功率过剩, 电压普遍偏高。尤其是与长沙电网直接相连的变电站, 电压偏高问题日益突出。

(2) 针对岳阳电网实际情况, 可以考虑在220kV变电站装设并联电抗器, 以有效降低电压。

无功补偿与电网分析 篇9

一、农村配电线路基本情况

由于近年来所有的农户都转产养殖南美白对虾, 对电力负荷的需求猛增, 部分农村综合线路在2012年的最大电流为280A左右, 2013年达到了300A左右。从2013年变电站抄表的有功电量和无功电量计算出部分农村综合线路的功率因数在0.74~0.82, 平均功率因数为0.76。由于地理位置的关系, 部分农村综合线路前段线路是基本没有负荷的, 负荷中心在距离变电站电源8000m~9000m左右。由于大量的感性用电设备加上长距离较大负荷的输送, 线路输送的无功电流较大, 致使电压降十分明显, 线路中、末段电压很低, 不少的用电设备在负荷高峰期无法正常使用。

为解决电压质量问题, 我所在2007年已经在综合台区低压线路上安装了60多台共2000多千伏的电容箱, 运行不稳定, 经常需要检查维修, 电压质量还是不理想。针对这种情况, 我所提出安装高压无功补偿装置的要求, 目的是提高功率因数和进行无功补偿优化, 可以提高农村电网的供电效率和电压质量, 减少线路损耗, 降低农网线路的成本。以上要求得到生产技术部门的大力支持, 在2014年上半年在10k V纸厂线和10k V莲腰线上分别安装了箱式高压电容一套, 容量都为1200Kvar*2。

二、电容容量的计算

线路上的最大电流I最大=300A, 电容投运前功率因数COSθ前=0.76, 投运后的功率因数要求达到COSθ后=0.94, 根据

得到线路有功功率P有=4028k W, 无功功率P无=3444kvar, 所需补偿的电容容量P需=2120kvar (现场取两组, 每组1200Kvar) 。

三、农网规划中对电容补偿的规划和配置

农网建设中, 功率因数是配电网的重要考核指标。必须结合本地区具体情况确定补偿目标, 计算补偿容量、制定适合本地区特点的补偿方案。

为了农村电网无功电源的补偿取得最佳综合效益, 在进行无功电源规划时应遵循“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿主;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”的原则。

对农村电网的无功电源规划时, 既要满足全区总的无功电力平衡, 又要满足分所、分线路的无功电力平衡, 使长距离输送的无功负荷最小、最大限度地减少有功功率和电能的损耗。

对农村电网的无功电源规划, 要以集中与分散相结合的原则, 并以分散补给为主。既要考虑在变电站集中安排无功电源, 更要在高、低压配电线路上和用电设备旁边以及重点用户分散给予无功电源。

对农村电网的无功规划要调压与降损相结合, 以降损为主。对于农村电网来说无功电源的应用主要目的是改善功率因数减少线损, 稳压只是一个不错的辅助作用, 这主要是鉴于在农村供电系统中, 除了在城区和县 (市) 工业园区用电比较集中外, 农业和乡镇企业的用电多具有线路长、分支多、负荷分散、功率因数低、设备空载运行时间长、电能损耗大等特点, 因此, 规划无功电源分布时最大考虑是降损节能, 同时兼顾调压。

对农村电网无功电源规划时, 要输电网与配电网相结合, 以安排配电网无功电源为主。其主要原因:一是在农村电网中0.4k V、10k V配电网的无功损耗占70%强, 35k V~110k V输电线路的无功损耗只占30%弱;二是当无功电源安排在0.4k V或10k V配电线路上时, 既可补偿10k V及0.4k V的配网损耗, 还可以减少无功功率在35k V~110k V线路中的传输从而减少有功在输电线路中的损耗。

对农村电网的无功电源规划要供电部门与用电单位相结合, 优先考虑用电单位。这是因为电网的无功功率一般都消耗在用电单位的低压线路和用电设备上, 国家给予了功率因数调整电费办法, 用电单位能够获奖受益。

在补偿过程中, 既要满中全地区农村电网总的无功电力平衡, 又要满足变电站, 以及变电站的每条配电线路的无功电力平衡。

四、运行数据分析

为能准确记录电容投、切对线路电压的影响, 我们在2014年3月11日~12日人为地将两组电容停止运行;在2014年3月15日~16日将两组高压电容按时间控制模式设置其同时投切, 除了每天9时-10时和23时-00时切除外, 其余时间都在投入状态。从四个专用配变上安装的负荷控制终端上我们可以看到:

1电压的曲线在电容投运后比投运前平滑, 即电压的变化幅度减小;

2电压有了明显的提高。在线路前段 (测点A) 由于距离变电站不远电压提升不大外, 线路中、末段的电压高压侧升高400V左右, 低压侧升高20V左右, 电压都在合格的范围内;

3电容投切瞬间电压变化较大。如测点B在3月16日9时-10时, 切除电容时电压由10350V降到9750V, 电容投入后电压由9750V升高到10400V;

4线路损耗明显下降。如10k V纸厂线线路损耗由2013年上半年的6.33%下降到2014年上半年的4.25%, 下降幅度为33%。

各监测点电压曲线图如图1~图4所示。

测点A:10k V纸厂线南楼农网台区2014年5月11日-12日 (电容投运前) 电压曲线 (距离变电站9636m) 。

测点A:10k V纸厂线南楼农网台区2014年5月15日-16日 (电容投运后) 电压曲线。

测点B:10k V莲腰线南环农网台区2014年5月11日-12日 (电容投运前) 电压曲线 (距离变电站10123m) 。

测点B:10k V莲腰线南环农网台区2014年5月15日-16日 (电容投运后) 电压曲线。

结语

高压电容补偿对我们的线路运行水平有非常多的好处, 能提高电压质量、减少线路损耗, 提高电能的利用率。在我们日常运行维护中加强对无功补偿的维护及数据研究分析, 充分利用无功补偿装置提高农村配电线路电压质量, 不断满足用电客户用电需求, 不断提高优质供电服务。

摘要：本文通过在10k V农村配电线路上安装高压无功补偿装置, 以提高电压、减少线损。农网规划工程技术人员应充分认识高压无功补偿在农村电网中的重要作用, 重视并优化配电线路无功补偿, 在进行农网配电线路规划设计中应对高压无功补偿进行科学合理的分析研究, 合理规划安装。

关键词：高压电容,数据分析,经济效益

参考文献

农村电网无功补偿与无功优化的探讨 篇10

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

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