玉柳全電纜電力貫通線無(wú)功補(bǔ)償配置及優(yōu)化分析

李凱，王果, 2

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玉柳全電纜電力貫通線無(wú)功補(bǔ)償配置及優(yōu)化分析

李凱1，王果1, 2

(1. 蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2. 甘肅省軌道交通電氣自動(dòng)化工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

以蘭新客運(yùn)專線玉柳段為例，建立全電纜貫通線的潮流模型，提出利用遺傳算法對(duì)無(wú)功容量配置進(jìn)行優(yōu)化，并利用Matlab對(duì)該線路分別采用現(xiàn)有補(bǔ)償容量配置和優(yōu)化后補(bǔ)償容量配置在不同負(fù)荷率下進(jìn)行仿真，并對(duì)比2種補(bǔ)償容量配置的補(bǔ)償效果。研究結(jié)果表明：優(yōu)化后的無(wú)功容量配置方案，不僅降低了配置容量，而且改善了首端功率因數(shù)及線路各節(jié)點(diǎn)電壓。

鐵路電力供電系統(tǒng)；鐵路電力貫通線；電纜；無(wú)功容量配置；遺傳算法

鐵路電力供電系統(tǒng)是向除牽引負(fù)荷外的所有鐵路用電設(shè)施供電，其從地方變電站接引2路電源通過(guò)鐵路變配電所引出的2條10 kV電力線路(稱為電力貫通線)向鐵路沿線的車站、區(qū)間負(fù)荷供電。普速鐵路的電力貫通線以架空線為主，在地形和氣候條件特殊情況下采用電纜敷設(shè)。由于架空線易受自然環(huán)境影響，為了提高供電可靠性，在高速鐵路中采用全電纜貫通線向鐵路非牽引負(fù)荷供電。但全電纜線路對(duì)地電容電流是架空線路的30~100倍，電容效應(yīng)造成全電纜電力貫通線產(chǎn)生末端電壓升高、無(wú)功反送等電能質(zhì)量問(wèn)題，因此，需要對(duì)全電纜電力貫通線進(jìn)行補(bǔ)償。楊繼超等[1]提出為應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)中由于采用電纜線路而帶來(lái)的容性無(wú)功倒送，可在配電所并聯(lián)電抗器以解決該問(wèn)題；易東[2]通過(guò)對(duì)高原鐵路供電方案的研究，理論分析并仿真了大長(zhǎng)電纜線路出現(xiàn)的末端電壓升高的情況，提出串并聯(lián)補(bǔ)償相結(jié)合的方式進(jìn)行補(bǔ)償；在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上，王顥等[3]針對(duì)中性點(diǎn)不接地的全電纜電力貫通線以青藏線全電纜貫通線為研究對(duì)象，提出并聯(lián)電抗器補(bǔ)償并進(jìn)行仿真；楊林立[4]通過(guò)理論分析與仿真，得出并聯(lián)電抗器置于末端對(duì)線路電壓抬升的抑制效果最好；王立天等[5]應(yīng)用線路首端配電所集中設(shè)置補(bǔ)償電抗器來(lái)降低全電纜線路中的容性電流，較好地解決了較短線路全電纜貫通線的電容效應(yīng)。廖宇[6]以合寧鐵路為例，分析在高速鐵路中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提出在貫通線首末兩端設(shè)置電抗器補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償；蔣明[7]采用分散補(bǔ)償策略，把補(bǔ)償總?cè)萘科骄O(shè)置在65.15 km的長(zhǎng)線路的4個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，有效解決了首端容性無(wú)功反送以及末端電壓上翹問(wèn)題。徐根厚等[8]分析表明，低電阻接地系統(tǒng)更適合高速鐵路全電纜電力貫通線。芮晨[9]針對(duì)全電纜貫通線補(bǔ)償裝置的設(shè)置，提出就地補(bǔ)償效果最好，分散補(bǔ)償效果次之，最差為集中補(bǔ)償。李國(guó)[10]針對(duì)全電纜電力貫通線末端電壓升高問(wèn)題，提出配電所設(shè)置可調(diào)電抗器，沿線設(shè)置固定容量電抗器，但并未對(duì)容量配置進(jìn)行進(jìn)一步研究。本文以蘭新客運(yùn)專線玉門至柳溝段全電纜一級(jí)貫通線為例，采用配電所電纜首端設(shè)置可調(diào)電抗器，沿線分散設(shè)置固定等容量電抗器的補(bǔ)償方案，并基于遺傳算法以配置總?cè)萘孔钚?，運(yùn)行網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)該段鐵路全電纜一級(jí)貫通線的無(wú)功補(bǔ)償容量進(jìn)行優(yōu)化配置。最后通過(guò)建立Matlab仿真模型，對(duì)玉柳全電纜一級(jí)貫通線存在的電能質(zhì)量問(wèn)題和補(bǔ)償及優(yōu)化效果進(jìn)行分析。

1 鐵路全電纜電力貫通線供電系統(tǒng)

鐵路全電纜電力貫通線供電系統(tǒng)由外部電源，鐵路電力變配電所(變配電所)、沿線箱式變電站(箱變)以及全電纜電力貫通線4部分組成，其中鐵路電力變配電所采用雙電源供電，相鄰2個(gè)變配電所之間通過(guò)沿鐵路敷設(shè)的2條全電纜貫通線相連，分別稱其為一級(jí)貫通線和綜合貫通線(普速鐵路為自閉線、貫通線)。其中一級(jí)貫通線向沿線車站和區(qū)間重要負(fù)荷供電，例如通信、信號(hào)和自動(dòng)檢售票等；綜合貫通線為沿線其他負(fù)荷提供電能，例如沿線站段的生活用電。正常工況下2條貫通線獨(dú)立工作，當(dāng)一級(jí)貫通線出現(xiàn)故障時(shí)，綜合貫通線作為備用電源向一級(jí)貫通線的負(fù)荷供電。鐵路全電纜電力供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路全電纜電力貫通線供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電纜線路具有受環(huán)境影響小、供電可靠性高、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)，但電纜線路的分布電容遠(yuǎn)大于架空線，且相對(duì)西歐發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路電力供電系統(tǒng)，我國(guó)鐵路電力供電系統(tǒng)呈鏈狀分布，用電點(diǎn)稀疏，電容效應(yīng)作用明顯，如果不加電抗器補(bǔ)償，長(zhǎng)距離全電纜供電線路常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1) 輕載或空載時(shí)會(huì)抬升沿線各用電點(diǎn)電壓，影響供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

2) 系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)超前，無(wú)功反送導(dǎo)致電力系統(tǒng)罰款。

3) 降低供電系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備容量利用率，增加輸電線路上的有功損耗。

因此，在長(zhǎng)距離全電纜貫通線路中進(jìn)行并聯(lián)電抗器補(bǔ)償，對(duì)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。

2 數(shù)學(xué)模型及其補(bǔ)償配置優(yōu)化

2.1 鐵路全電纜電力貫通線數(shù)學(xué)模型

全電纜貫通線路正常運(yùn)行時(shí)，2條貫通線獨(dú)立向各自的負(fù)荷供電分立運(yùn)行，運(yùn)行狀況類似。相比綜合貫通線，一級(jí)貫通線負(fù)荷較小，電容效應(yīng)更加突出，且一級(jí)貫通線所帶負(fù)荷均為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)電能質(zhì)量要求較高，故本文以蘭新客運(yùn)專線玉門至柳溝段的一級(jí)貫通線(全長(zhǎng)66.93 km)為研究對(duì)象，其電纜采用YJV62-8.7/10 kV(截面積為70 mm2)，該段一級(jí)貫通線所加負(fù)荷均以沿線箱變?nèi)萘繛榛鶞?zhǔn)，其功率因數(shù)均為0.85，建立數(shù)學(xué)模型。該段全電纜一級(jí)貫通線負(fù)荷模型如圖2所示。

圖2 全電纜一級(jí)貫通線負(fù)荷模型

采用π形等值電路對(duì)全電纜線路進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。貫通線的16個(gè)節(jié)點(diǎn)將貫通線分成15段，每一段都依據(jù)集中參數(shù)的π形等值電路進(jìn)行處理，全電纜貫通線潮流模型如圖3所示。

圖3 全電纜貫通線潮流模型

2.2 無(wú)功補(bǔ)償方案

目前，我國(guó)鐵路全電纜貫通線路采用的補(bǔ)償方案有以下4種[11]：

1) 僅在變配電所的貫通線首端設(shè)置可調(diào)電 抗器。

2) 在變配電所處的貫通線首端安裝可調(diào)電抗器的同時(shí)，在線路末端安裝固定容量電抗器。

3) 沿線路分散安裝固定等容量電抗器。

4) 在變配電所的貫通線首端安裝可調(diào)電抗器，同時(shí)沿線路安裝固定等容量電抗器。

玉柳段目前通過(guò)方案4進(jìn)行補(bǔ)償。

2.3 無(wú)功補(bǔ)償容量計(jì)算

在鐵路電力供電系統(tǒng)中，電抗器的補(bǔ)償總?cè)萘恳话惆词?5)進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q為補(bǔ)償電抗器的總?cè)萘浚?i>U為線路額定電壓；為電纜線路的工作電容；為電纜線路長(zhǎng)度；為補(bǔ)償系數(shù)。

玉柳段補(bǔ)償容量根據(jù)式(5)計(jì)算，現(xiàn)有補(bǔ)償裝置配置如表1所示。

表1 玉柳段補(bǔ)償容量配置

玉柳線采用該容量配置方案雖然解決了線路的電壓抬升、功率因數(shù)超前問(wèn)題，目前運(yùn)行仍存在以下問(wèn)題：

1) 補(bǔ)償容量超出系統(tǒng)所需的補(bǔ)償容量，加大了初期投資費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性不佳。

2) 過(guò)量感性補(bǔ)償降低線路末端電壓，影響線路末端設(shè)備用電可靠性。

3) 過(guò)補(bǔ)償產(chǎn)生的感性無(wú)功，造成系統(tǒng)網(wǎng)損增加，加大線路運(yùn)行成本。

故本文針對(duì)玉柳段全電纜電力貫通線的電抗器容量配置進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化的方法大致分為2類，第1類為傳統(tǒng)優(yōu)化算法，第2類為現(xiàn)代智能算法。傳統(tǒng)算法是以運(yùn)籌學(xué)為基礎(chǔ)，該算法數(shù)學(xué)模型精確、約束條件明確，自某一個(gè)初始點(diǎn)起以一定路徑不斷改進(jìn)當(dāng)前解，最終收斂于最優(yōu)解，常見(jiàn)的傳統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化方法有線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法等。相比現(xiàn)代智能算法其缺陷在于對(duì)數(shù)學(xué)模型以及初始值要求較高，不能很好地解決離散變量的問(wèn)題。在現(xiàn)代智能算法中，遺傳算法有很強(qiáng)的全局搜索能力，魯棒性良好，過(guò)程簡(jiǎn)單，在解決非線性問(wèn)題時(shí)有特殊的優(yōu)勢(shì)。因此，本文使用遺傳算法對(duì)鐵路全電纜電力貫通線補(bǔ)償容量配置進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 基于遺傳算法的無(wú)功補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化

遺傳算法作為一種隨機(jī)搜索算法，通過(guò)對(duì)待優(yōu)化量的編碼進(jìn)行類似于基因遺傳的操作進(jìn)行尋優(yōu)，在尋優(yōu)的過(guò)程中，優(yōu)良基因被保存，且會(huì)有新的基因進(jìn)入種群，通過(guò)選擇使整個(gè)種群的基因趨于優(yōu)良和多樣化，進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)[12?14]。基于遺傳算法的無(wú)功補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化以沿線各補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量為被控量，沿線各節(jié)點(diǎn)的電壓以及電源處的功率因數(shù)為狀態(tài)變量。就無(wú)功補(bǔ)償而言，就地補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果最好但在實(shí)際工程中難以實(shí)現(xiàn)。在鐵路電力供電系統(tǒng)中，沿線分散補(bǔ)償電抗器一般都與中繼站等設(shè)備放置在一起，并將其置于交通便利之處以便工作人員檢修維護(hù)，降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的成本，故在本文中，全電纜電力貫通線上放置電抗器的數(shù)量位置與放置電抗器的位置都是固定的，并以此為前提條件，在兼顧補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)性與電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量配置優(yōu)化。

建立目標(biāo)函數(shù)如下所示：

式中：為目標(biāo)參數(shù)；1為線損參數(shù)，其計(jì)算如式(7)所示；2為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量參數(shù)，如式(8)所示。若1和2同時(shí)取最小值，則為最小值。

式中：為網(wǎng)損因子；loss為網(wǎng)損；為電網(wǎng)損耗小時(shí)數(shù)；為單位容量因子；1為電源進(jìn)線處可調(diào)電抗器容量；2為剩下所有每個(gè)節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償容量。

該優(yōu)化的等式約束為功率平衡方程，即各節(jié)點(diǎn)的注入功率等于該節(jié)點(diǎn)的輸出功率；為了保證沿線設(shè)備的用電質(zhì)量，狀態(tài)變量系統(tǒng)首端功率因數(shù)cos，各用電點(diǎn)電壓U必須在約束范圍之內(nèi)且各節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償總和Q不大于補(bǔ)償總?cè)萘?i>Qmax，不等式約束如式(9)所示。

基于遺傳算法的容量?jī)?yōu)化配置按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

1) 首先，將每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量進(jìn)行二進(jìn)制編碼，并以第個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)補(bǔ)償容量的二進(jìn)制編碼作為一個(gè)染色體D，如果有種補(bǔ)償點(diǎn)，則得到了一個(gè)有種染色體的染色體組{1，2，…,D}，而該染色體組則代表一種補(bǔ)償方案，類似于一個(gè)染色體決定了一種生物特性。

2) 隨機(jī)產(chǎn)生初始染色體組，設(shè)置交叉率，變 異率。

3) 進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算。將初始染色體組對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償方案帶入線路進(jìn)行潮流計(jì)算，得到相應(yīng)補(bǔ)償方案的目標(biāo)函數(shù)值，據(jù)此評(píng)價(jià)染色體組。

4) 進(jìn)行選擇。通過(guò)適應(yīng)度計(jì)算淘汰掉表現(xiàn)較差的染色體組，對(duì)表現(xiàn)較好的染色體組的每個(gè)染色體根據(jù)設(shè)置的交叉率和變異率進(jìn)行交叉和變異操作，得到子代染色體組。

5) 對(duì)子代染色體組進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算，并判斷其是否滿足約束條件，如果不滿足則代入第4步重復(fù)計(jì)算，如果滿足則退出計(jì)算得到最優(yōu)解。

遺傳算法作為一種隨機(jī)搜索算法，通過(guò)對(duì)待優(yōu)化量的編碼進(jìn)行類似于基因遺傳的操作進(jìn)行尋優(yōu)，在尋優(yōu)的過(guò)程中，優(yōu)良基因被保存，且會(huì)有新的基因進(jìn)入種群，通過(guò)選擇使整個(gè)種群的基因趨于優(yōu)良和多樣化，進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)?；谶z傳算法的無(wú)功補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化以沿線各補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量為被控量，沿線各節(jié)點(diǎn)的電壓以及電源處的功率因數(shù)為狀態(tài)變量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為了保證電抗器運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，在鐵路電力供電系統(tǒng)中，全電纜電力貫通線上放置電抗器的位置是固定的。針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)功配置的缺陷，在兼顧補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)性與電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量配置優(yōu)化[15?17]。

3 仿真分析

為了對(duì)比分析采用遺傳算法優(yōu)化后的容量配置和鐵路現(xiàn)采用的容量配置的補(bǔ)償效果，建立全電纜一級(jí)貫通線不同負(fù)荷率和現(xiàn)有與優(yōu)化后容量配置的Matlab仿真模型，進(jìn)行仿真分析。

3.1 仿真模型建立

根據(jù)2.4的前提條件，故不考慮電抗器的補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)位置和數(shù)量，因此，本文建立的無(wú)功補(bǔ)償模型并沒(méi)有考慮對(duì)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的位置和補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合線路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，補(bǔ)償點(diǎn)一共有7個(gè)，節(jié)點(diǎn)1(貫通線設(shè)置可調(diào)電抗器)，節(jié)點(diǎn)2，4，6，9，12及15處，其補(bǔ)償模型如圖4所示。

玉柳段一級(jí)貫通線采用電纜型號(hào)為YJV62- 8.7/10 kV，其具體計(jì)算參數(shù)如表2所示。結(jié)合全電纜貫通線數(shù)學(xué)模型與補(bǔ)償模型，建立Matlab全電纜一級(jí)貫通線仿真模型。

3.2 不加補(bǔ)償時(shí)仿真分析

不加補(bǔ)償時(shí)，利用Matlab軟件對(duì)線路在空載，10%，20%，30%，40%，60%，80%以及100%負(fù)荷率下進(jìn)行仿真，首端、尾端以及中間節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)10)電壓標(biāo)幺值，首端功率因數(shù)如表3所示。

由表3可知：當(dāng)負(fù)荷率在0~100%變化時(shí)，線路首端功率因數(shù)始終超前，貫通線呈容性，不滿足國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定；在負(fù)荷率為100%時(shí)，末端電壓低于額定電壓的95%不滿足規(guī)范[18]要求。

圖4 全電纜一級(jí)貫通線補(bǔ)償模型

表2 仿真計(jì)算參數(shù)

表3 不同負(fù)荷率下典型節(jié)點(diǎn)電壓及首端功率因數(shù)

3.3 實(shí)際無(wú)功補(bǔ)償容量配置仿真與分析

針對(duì)玉柳段實(shí)際無(wú)功補(bǔ)償容量的仿真配置，負(fù)荷采用表3的8種負(fù)荷率；由于節(jié)點(diǎn)1處為可調(diào)電抗器，只將表1的沿線補(bǔ)償裝置容量帶入建立的Matlab仿真模型中。

不同負(fù)荷率時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值、首端功率因數(shù)與無(wú)功功率及線損如表4所示。

由表4可知，現(xiàn)有容量配置過(guò)大，在可調(diào)電抗器沒(méi)有投入的情況之下，在負(fù)荷率為0~40%時(shí)，線路各節(jié)點(diǎn)電壓均在標(biāo)準(zhǔn)電壓的95%~105%的范圍之內(nèi)。且在任何情況下，首端的無(wú)功功率都為電流滯后于電壓，但功率因數(shù)均小于0.95。

表4 實(shí)際補(bǔ)償配置不同負(fù)荷率下典型節(jié)點(diǎn)電壓、首端功率因數(shù)及首端無(wú)功

3.4 優(yōu)化后無(wú)功補(bǔ)償容量配置仿真與分析

由于線路空載的時(shí)候，電壓抬升和無(wú)功反送最為惡劣，出于對(duì)研究對(duì)象系統(tǒng)特性的考慮，通過(guò)遺傳算法在線路原有補(bǔ)償方案下利用Matlab軟件對(duì)空載時(shí)的補(bǔ)償容量配置進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化結(jié)果如表5所示。

由于節(jié)點(diǎn)1安裝可調(diào)電抗器，因此，在表4的配置下利用Matlab軟件對(duì)線路在采用表3的8種負(fù)荷率時(shí)只加裝分散電抗器的情況進(jìn)行仿真，仿真得到典型節(jié)點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值、首端功率因數(shù)與無(wú)功功率及線損如表6所示。

表5 優(yōu)化后容量配置

表6 優(yōu)化補(bǔ)償配置不同負(fù)荷率下典型節(jié)點(diǎn)電壓、首端功率因數(shù)及首端無(wú)功

通過(guò)表6可知，在優(yōu)化后的容量配置下，各節(jié)點(diǎn)的電壓在0~60%負(fù)荷率時(shí)，均在標(biāo)準(zhǔn)電壓的95%~105%的范圍內(nèi)；在不投入首端可調(diào)電抗器的情況下，首端無(wú)功反送都小于160 kVar，也就是說(shuō)若投入可調(diào)電抗器，可以將首端功率因數(shù)調(diào)整至1。

3.5 對(duì)比與分析

通過(guò)對(duì)比2種仿真結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1) 針對(duì)電壓抬升，無(wú)補(bǔ)償時(shí)，負(fù)荷率100%時(shí)，電壓偏差不達(dá)標(biāo)。玉柳段實(shí)際采用的補(bǔ)償方案，負(fù)荷率為0~40%時(shí)，電壓偏差是滿足運(yùn)行電壓要求的。若采用優(yōu)化后的無(wú)功補(bǔ)償配置方案，則能夠保證系統(tǒng)在0~60%負(fù)荷率的情況下，各用電點(diǎn)電壓均在規(guī)范范圍內(nèi)。

2) 就線路首端功率因數(shù)而言，無(wú)補(bǔ)償時(shí)，在任何負(fù)荷率下線路首端始終有無(wú)功反送，故必須對(duì)線路并入電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。玉柳段實(shí)際采用的補(bǔ)償方案在首端可調(diào)電抗器不投入的情況下，緩解了電容效應(yīng)，杜絕了無(wú)功反送的現(xiàn)象，但導(dǎo)致了無(wú)功過(guò)補(bǔ)，致使首端功率因數(shù)在任何負(fù)荷率下小于0.95。若采用優(yōu)化后的無(wú)功補(bǔ)償方案，在投入固定容量分散電抗器時(shí)通過(guò)調(diào)整可調(diào)電抗器則可以在負(fù)荷率為0~60%的情況下保證首端功率因數(shù)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定。

3) 針對(duì)網(wǎng)損，玉柳段實(shí)際采用的補(bǔ)償方案只在負(fù)荷率小于10%時(shí)，線路網(wǎng)損略小于優(yōu)化后補(bǔ)償配置方案的網(wǎng)損，在其他負(fù)荷率時(shí)，優(yōu)化后補(bǔ)償配置方案的網(wǎng)損均小于玉柳段實(shí)際采用的補(bǔ)償方案。

4 結(jié)論

1) 玉柳全長(zhǎng)66.93 km的全電纜貫通線中，空載且無(wú)補(bǔ)償時(shí)電容效應(yīng)最嚴(yán)重，線路電壓均有抬升，末端電壓抬升294 V，滿足國(guó)家電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)，但首端功率因數(shù)超前，仍需采用并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。

2) 玉柳全電纜貫通線現(xiàn)采用的變配電所設(shè)置可調(diào)電抗器+沿線固定容量電抗器×6，在一定程度上解決了電容效應(yīng)問(wèn)題，但補(bǔ)償容量配置過(guò)大。

3) 優(yōu)化后無(wú)功補(bǔ)償配置容量減小55%，有效降低了線路在20%~60%負(fù)荷率下的網(wǎng)損，使系統(tǒng)在空載至60%負(fù)荷率范圍內(nèi)各節(jié)點(diǎn)電壓以及首端功率因數(shù)達(dá)到國(guó)標(biāo)限定范圍之內(nèi)，由于鐵路自身系統(tǒng)較小，負(fù)荷率較低，優(yōu)化后的結(jié)果滿足鐵路供電系統(tǒng)的運(yùn)行要求，具有一定工程實(shí)用價(jià)值，為鐵路供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化提供了參考。

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(編輯 陽(yáng)麗霞)

The compensation allocation and optimization analysis of high-voltage transmission line of Yuliu power cable

LI Kai1, WANG Guo1, 2

(1. School of Automation and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China; 2. Rail Transit Electrical Automation Engineering Laboratory of Gansu Province, Lanzhou 730070, China)

Yuliu section of Lanzhou-Xinjiang passenger-dedicated Line was taken as an example. The load model of the high-voltage power line along the railway was established by using the genetic algorithm to optimize the reactive power capacity allocation. The Matlab program was used in the line in combination with the existing compensation capacity allocation and optimized configuration for simulations under different load rate, and the effects on two type of allocation were compared. The results indicate that the optimized reactive power capacity allocation scheme not only reduces the configuration capacity, but also improves the power factor of the head end and the voltage quality of each node of the line.

railway power supply system; high-voltage power line along the railway; cable; reactive power compensation allocation; Genetic algorithm

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.09.030

U223.5

A

1672 ? 7029(2018)09 ? 2407 ? 08

2017?06?28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51367010)；甘肅省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(1504WKCA016)；甘肅省碩導(dǎo)資助項(xiàng)目(2015A-055)

王果(1977?)，女，河南南陽(yáng)人，副教授，博士，從事牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量分析與控制研究；E?mail：wangguo2005@eyou.com