區(qū)域低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償策略研究

徐婷 冷淼

摘 要：低壓配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的終端，直接給各種類型的電力負(fù)荷供電，維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定是保證各類用電負(fù)荷可靠運(yùn)行的首要前提，而電壓的穩(wěn)定主要取決于系統(tǒng)的無功平衡。因此，本文在分析比較各類無功補(bǔ)償設(shè)備特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出適用于低壓配電網(wǎng)，且分別對應(yīng)于規(guī)劃與運(yùn)行階段的離線補(bǔ)償與實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償策略。

關(guān)鍵詞：低壓配電網(wǎng);電壓;無功補(bǔ)償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.192

0 引言

電壓是衡量電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，規(guī)定在35kV及以下區(qū)域低壓配電網(wǎng)正常運(yùn)行時，電壓偏差不得超過，電壓質(zhì)量下降將會對設(shè)備壽命、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量造成不良影響，嚴(yán)重狀態(tài)下甚至?xí){到人身和財產(chǎn)安全。而對于電力系統(tǒng)本身，電壓質(zhì)量也是關(guān)乎系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。而保證配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定最首要的任務(wù)是維持系統(tǒng)終端無功功率的平衡。

1 無功補(bǔ)償設(shè)備分析

（1）同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)是唯一的有源無功補(bǔ)償設(shè)備，一般都裝有電壓檢測裝置，通過對反饋信號的處理自動調(diào)節(jié)勵磁電流，以使其平滑的在過勵磁和欠勵磁兩種運(yùn)行狀態(tài)間過渡，在過勵磁狀態(tài)下，向系統(tǒng)中注入無功;在欠勵磁狀態(tài)下，吸收系統(tǒng)中過剩的無功。同步調(diào)相機(jī)具有有源無功補(bǔ)償設(shè)備獨(dú)特的優(yōu)勢，即可以根據(jù)需要，任意平滑調(diào)整輸出無功的值，以維持電壓穩(wěn)定。但旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本高且復(fù)雜，又會產(chǎn)生大約1.5%～5%有功損耗，且容量越小，比重越大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用。作為傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，同步調(diào)相機(jī)也因其較慢的響應(yīng)速度越來越不適應(yīng)電網(wǎng)的高速發(fā)展，因此，其補(bǔ)償容量的比重呈逐年減少的趨勢。

（2） 靜止電容器。靜止電容器可按三角形或星形接線方式連接在低壓變電所母線上。靜止電容器用作無功補(bǔ)償設(shè)備，其最大的劣勢是只能向系統(tǒng)中注入無功功率，對電壓進(jìn)行單方向的調(diào)節(jié)，即當(dāng)系統(tǒng)電壓因故降低時，補(bǔ)償無功反而減少，會造成系統(tǒng)電壓的進(jìn)一步下降，這也是無源無功補(bǔ)償設(shè)備無法克服的缺點(diǎn)。但由于靜止電容器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可根據(jù)需要分組投切，即可集中又可分散使用等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)各低壓母線以及工廠企業(yè)等需要提高功率因數(shù)的地方廣泛采用。

（3） 靜止無功補(bǔ)償器。靜止無功補(bǔ)償器是在靜止電容器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，考慮到靜止電容器只能向系統(tǒng)供給無功的特點(diǎn)，將電抗器與其配合使用，達(dá)到既能發(fā)出又能吸收無功的目的，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o功補(bǔ)償設(shè)備。應(yīng)用最廣泛的三種類型分別為晶閘管控制電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC），飽和電抗器型（SR）。晶閘管作為典型的半控型電力電子器件，可根據(jù)實(shí)際需要，通過控制回路實(shí)現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的控制，控制方式靈活，應(yīng)用于無功補(bǔ)償設(shè)備之后，可使電壓的調(diào)整更加動態(tài)、迅速和平滑，在該領(lǐng)域研究晶閘管的控制方式也已成為研究區(qū)域配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)臒狳c(diǎn)。

2 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償策略

低壓配電網(wǎng)終端10kV變380V，是電力系統(tǒng)與用戶的重要交接處，然后，由于終端電壓等級較低，往往被忽略，因此引發(fā)的電壓質(zhì)量差，區(qū)域電能損耗大等問題不斷突顯，本節(jié)所研究的低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償策略即針對這一部分，主要包括兩方面內(nèi)容：一是如何選擇補(bǔ)償容量以及無功補(bǔ)償電源的最優(yōu)分配;二是如何根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。

（1）離線補(bǔ)償。離線補(bǔ)償即在系統(tǒng)規(guī)劃初期，根據(jù)系統(tǒng)中可能傳輸?shù)墓β蚀笮?，確定總體補(bǔ)償方案，基本途徑即選擇能夠直接反映補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)函數(shù)，在滿足限定條件的前提下，使目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解，即無功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)分配。目標(biāo)函數(shù)有多種選擇，通常選擇網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗為目標(biāo)函數(shù)。假設(shè)某一低壓配電網(wǎng)終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，為各補(bǔ)償點(diǎn)至總變電所低壓母線的等效電阻，系統(tǒng)運(yùn)行時段，系統(tǒng)中總傳輸無功功率分別為。

假定補(bǔ)償容量為，則可確定目標(biāo)函數(shù)如式2-1所示：

（2-1）

為使網(wǎng)損最小，可另對取偏微分并另其為0，確定補(bǔ)償容量：

（2-2）

式中，代表年平均無功負(fù)荷，為單位補(bǔ)償?shù)挠泄p耗，為無功負(fù)荷最大值，為最大負(fù)荷利用小時數(shù)。

（2）實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。離線補(bǔ)償策略對無功進(jìn)行的補(bǔ)償是建立在無功年均值的基礎(chǔ)上的，而系統(tǒng)的無功負(fù)荷波動是經(jīng)常性、無規(guī)律可循的，為了實(shí)時響應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化，維持無功平衡，就要進(jìn)行實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。為達(dá)到實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч?，就要求電力調(diào)度室實(shí)時采集低壓終端電參數(shù)，經(jīng)分析處理，轉(zhuǎn)化為執(zhí)行命令，遠(yuǎn)程控制終端無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整，以平滑的調(diào)整電壓。因此，要求調(diào)度室的計算機(jī)系統(tǒng)要有強(qiáng)大的計算能力，通信暢通無故障。

3 結(jié)束語

保證電壓質(zhì)量的首要任務(wù)是維持系統(tǒng)無功平衡，本文在分析各種無功補(bǔ)償設(shè)備的特點(diǎn)、應(yīng)用場合等基礎(chǔ)上，針對容易被忽視的系統(tǒng)低壓終端，總結(jié)出實(shí)用的低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償策略，即系統(tǒng)規(guī)劃中的離線補(bǔ)償策略與運(yùn)行中的實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償策略，為電力系統(tǒng)終端電壓調(diào)整提供了依據(jù)。

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基金項(xiàng)目：吉林省高校汽車電子技術(shù)工程研究中心

作者簡介：徐婷（1989-），女，吉林松原人，碩士研究生，講師，主要研究方向：電氣節(jié)能、傳動系統(tǒng)建模與智能優(yōu)化控制。

*為通訊作者