關(guān)于配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶接?/h1>
2013-12-29 00:00:00梁劍悠
科技資訊 2013年15期
摘 要：在配電網(wǎng)中存在著大量的無(wú)功電流，其流動(dòng)不但增加了線路的損耗，而且對(duì)電能質(zhì)量具有降低的作用，嚴(yán)重影響了供電企業(yè)和用戶雙方的利益，因此，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行合理的無(wú)功功率補(bǔ)償十分必要。本文對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，分析總結(jié)了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式、無(wú)功補(bǔ)償容量確定、無(wú)功補(bǔ)償裝置選型，構(gòu)建了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模型。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 無(wú)功補(bǔ)償 模型 探討
中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0000-01
近些年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)得到了快速的建設(shè)，但其中一些問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，如：設(shè)備投運(yùn)率較低，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備較少，無(wú)功功率分布的不合理等等，這些都會(huì)供電企業(yè)和用戶都帶來(lái)了巨大的損失，因此，配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行至關(guān)重要。本文對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。
1 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾?/p>
配電網(wǎng)中存在大量的感性負(fù)荷，較容易出現(xiàn)功率因素偏低的現(xiàn)象，如不采取合理的功率因素補(bǔ)償，將會(huì)造成不良影響：（1）無(wú)功在配電網(wǎng)中傳輸，占據(jù)了傳輸容量，降低了配電線路、配電設(shè)備的供電能力；（2）功率因素偏低直接加大了配電網(wǎng)絡(luò)的損耗，加大了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量；（3）功率因素越低，配電線路的壓降就會(huì)越大，反過(guò)來(lái)使得用電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境更加惡劣；（4）按照現(xiàn)行功率因素考核辦法，企業(yè)報(bào)裝容量在100kVA及以上如果功率達(dá)不到相關(guān)規(guī)定要求，將受到相應(yīng)的電費(fèi)懲罰。
功率因素偏低不但會(huì)影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，亦反過(guò)來(lái)影響用電企業(yè)自身的用電質(zhì)量和用電成本，因此，合理的無(wú)功補(bǔ)償顯得尤為重要，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，降低線損。
2 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
通常對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償主要有4種補(bǔ)償方式：即變電站補(bǔ)償方式、隨機(jī)補(bǔ)償方式、配電線路補(bǔ)償方式及隨器補(bǔ)償方式。
（1）變電站的補(bǔ)償方式：變電站的補(bǔ)償方式是在變電站端對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行集中補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式不但能夠顯著地改善配電網(wǎng)的功率因數(shù)，而且對(duì)提高配電終端的電壓具有明顯的作用。這種補(bǔ)償方式通常將補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備聯(lián)于變電站的10kV母線上，具有運(yùn)行管理便捷的特點(diǎn)，但這種補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)是無(wú)法降低配電網(wǎng)的損耗。（2）配電線路的補(bǔ)償方式：配電線路的無(wú)功補(bǔ)償通常是在配電線路上安全電容器，為配電線路上的變壓器提供所需要的無(wú)功。配電線路無(wú)功補(bǔ)償具有節(jié)省投資，回收率高，維護(hù)方便的特點(diǎn)，特別適用于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長(zhǎng)距離配電線路，但這種方式也具有無(wú)法在重載情況進(jìn)行補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，適應(yīng)能力較差。（3）隨機(jī)補(bǔ)償方式：所謂隨機(jī)補(bǔ)償方式就是組合電動(dòng)機(jī)與低壓電容器，通過(guò)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行控制來(lái)投切補(bǔ)償裝置的一種補(bǔ)償方式。由于在配電網(wǎng)中其很大一部分無(wú)功都是消耗在電動(dòng)機(jī)上的，因此可以通過(guò)隨機(jī)補(bǔ)償方式就地平衡無(wú)功，這樣就能減小配電線路的損耗，同時(shí)也提高了電動(dòng)機(jī)的有功功率。（4）隨器補(bǔ)償方式：所謂隨器補(bǔ)償方式就是指在配電變壓器的二次側(cè)配置低壓電容器，進(jìn)而補(bǔ)償?shù)蛪号潆娮儔浩?。隨器補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是接線比較簡(jiǎn)答，系統(tǒng)二次維護(hù)方便，能地配電變壓器的空載無(wú)功進(jìn)行有效的補(bǔ)償，保障農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷能夠就地分配，進(jìn)而提高了配電變壓器的利用效率，對(duì)降低無(wú)功網(wǎng)絡(luò)損耗具有重要作用。
3 無(wú)功補(bǔ)償容量的確定
無(wú)功補(bǔ)償容量宜按無(wú)功功率曲線或無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算方法確定，一般采用無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算方法確定補(bǔ)償容量，計(jì)算公式為：QC=Pca（tgφ1-tgφ2）
式中：QC――人工補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，kvar； Pca――有功計(jì)算負(fù)荷（kW）；tgφ1――補(bǔ)償前自然功率因數(shù)角正切；tgφ2――補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值。
確定無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)盡量避免出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@種情況會(huì)造成無(wú)功損耗增加，降低了經(jīng)濟(jì)性；（2）如果功率因數(shù)較高，則此時(shí)補(bǔ)償對(duì)于減小損耗所帶來(lái)的作用將減小，因此通常是將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95即為合理。
4 無(wú)功補(bǔ)償裝置選型
無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展從同步調(diào)相機(jī)→開(kāi)關(guān)投切固定電容→靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）→靜止無(wú)功發(fā)生器SVG（STATCOM）的幾個(gè)階段，各種無(wú)功設(shè)備特點(diǎn)如下：
（1） 同步調(diào)相機(jī)：響應(yīng)速度慢，噪音大，損耗大，技術(shù)陳舊，屬淘汰技術(shù)；（2）開(kāi)關(guān)投切固定電容：慢響應(yīng)補(bǔ)償方式，連續(xù)可控能力差；（3）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）：目前相對(duì)先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，在輸配電電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用；（4）靜止無(wú)功發(fā)生器SVG（STATCOM）：目前雖然有技術(shù)上局限性，屬少數(shù)示范工程階段，但SVG是一種更為先進(jìn)的新型靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置，是靈活柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)和定制電力（CP）技術(shù)的重要組成部分，現(xiàn)代無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
5 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模型分析
5.1 目標(biāo)函數(shù)
目標(biāo)函數(shù)主要考慮以下幾個(gè)方面：1）網(wǎng)損最??；2）電容器投資成本最小；3）電壓水平最好；4）第一類、第二類電壓穩(wěn)定裕度最大。
數(shù)學(xué)模型綜合表示如下：
式中：為網(wǎng)損；為系統(tǒng)有功網(wǎng)絡(luò)損耗；為電容器投資成本；為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；是決策變量，1表示節(jié)點(diǎn)處需安裝補(bǔ)償電容器，0則表示不需要；為節(jié)點(diǎn)安裝的無(wú)功補(bǔ)償容量；為電壓偏移量；、、、分別為節(jié)點(diǎn)的電壓幅值、期望電壓幅值、最大允許電壓幅值、最小允許電壓幅值；為第一類電壓穩(wěn)定裕度的倒數(shù)；為第一類電壓穩(wěn)定裕度；為第一類電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)；為第二類電壓穩(wěn)裕度的倒數(shù)；為第二類電壓穩(wěn)定裕度；為第二類電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)。
2） 等式約束條件
等式約束為潮流約束，即節(jié)點(diǎn)有功、無(wú)功平衡約束，如下所示：
式中：、、分別為節(jié)點(diǎn)注入的有功、無(wú)功功率和電壓；、、分別為節(jié)點(diǎn)、之間的電導(dǎo)、電納和相角差；為配電網(wǎng)總節(jié)點(diǎn)數(shù)。
（3） 不等式約束條件
不等式約束包括變壓器分接頭變比約束，補(bǔ)償容量約束和節(jié)點(diǎn)電壓值約束，如下所示：
式中：、分別為變壓器變比的上下限；、分別為無(wú)功補(bǔ)償容量的上下限；、分別為節(jié)點(diǎn)電壓的上下限。
電壓穩(wěn)定裕度與電壓上下限約束并不沖突，但是電壓穩(wěn)定的范圍要在電壓上下限約束范圍之內(nèi)。
6 結(jié)論
對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償有助于減小無(wú)功電流對(duì)配電網(wǎng)的影響，提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低配電線路損耗。在對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行設(shè)置時(shí)，要進(jìn)行合理的區(qū)域劃分和布局，在各種無(wú)功補(bǔ)償方式中選擇合理的補(bǔ)償方法，這樣既能有效地提高配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，而且也對(duì)提升用電效率具有積極的作用，為打造一個(gè)綠色、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的配電網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳慧政，吳慧飛.低壓電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用[J].山西電力，2008（02）：68-69.
[2] 琚志強(qiáng).論配電網(wǎng)無(wú)功功率的補(bǔ)償[J].寧夏電力，2009（04）：16-20.
摘 要：在配電網(wǎng)中存在著大量的無(wú)功電流，其流動(dòng)不但增加了線路的損耗，而且對(duì)電能質(zhì)量具有降低的作用，嚴(yán)重影響了供電企業(yè)和用戶雙方的利益，因此，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行合理的無(wú)功功率補(bǔ)償十分必要。本文對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，分析總結(jié)了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式、無(wú)功補(bǔ)償容量確定、無(wú)功補(bǔ)償裝置選型，構(gòu)建了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模型。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 無(wú)功補(bǔ)償 模型 探討
中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0000-01
近些年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)得到了快速的建設(shè)，但其中一些問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，如：設(shè)備投運(yùn)率較低，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備較少，無(wú)功功率分布的不合理等等，這些都會(huì)供電企業(yè)和用戶都帶來(lái)了巨大的損失，因此，配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行至關(guān)重要。本文對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。
1 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾?/p>
配電網(wǎng)中存在大量的感性負(fù)荷，較容易出現(xiàn)功率因素偏低的現(xiàn)象，如不采取合理的功率因素補(bǔ)償，將會(huì)造成不良影響：（1）無(wú)功在配電網(wǎng)中傳輸，占據(jù)了傳輸容量，降低了配電線路、配電設(shè)備的供電能力；（2）功率因素偏低直接加大了配電網(wǎng)絡(luò)的損耗，加大了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量；（3）功率因素越低，配電線路的壓降就會(huì)越大，反過(guò)來(lái)使得用電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境更加惡劣；（4）按照現(xiàn)行功率因素考核辦法，企業(yè)報(bào)裝容量在100kVA及以上如果功率達(dá)不到相關(guān)規(guī)定要求，將受到相應(yīng)的電費(fèi)懲罰。
功率因素偏低不但會(huì)影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，亦反過(guò)來(lái)影響用電企業(yè)自身的用電質(zhì)量和用電成本，因此，合理的無(wú)功補(bǔ)償顯得尤為重要，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，降低線損。
2 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
通常對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償主要有4種補(bǔ)償方式：即變電站補(bǔ)償方式、隨機(jī)補(bǔ)償方式、配電線路補(bǔ)償方式及隨器補(bǔ)償方式。
（1）變電站的補(bǔ)償方式：變電站的補(bǔ)償方式是在變電站端對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行集中補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式不但能夠顯著地改善配電網(wǎng)的功率因數(shù)，而且對(duì)提高配電終端的電壓具有明顯的作用。這種補(bǔ)償方式通常將補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備聯(lián)于變電站的10kV母線上，具有運(yùn)行管理便捷的特點(diǎn)，但這種補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)是無(wú)法降低配電網(wǎng)的損耗。（2）配電線路的補(bǔ)償方式：配電線路的無(wú)功補(bǔ)償通常是在配電線路上安全電容器，為配電線路上的變壓器提供所需要的無(wú)功。配電線路無(wú)功補(bǔ)償具有節(jié)省投資，回收率高，維護(hù)方便的特點(diǎn)，特別適用于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長(zhǎng)距離配電線路，但這種方式也具有無(wú)法在重載情況進(jìn)行補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，適應(yīng)能力較差。（3）隨機(jī)補(bǔ)償方式：所謂隨機(jī)補(bǔ)償方式就是組合電動(dòng)機(jī)與低壓電容器，通過(guò)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行控制來(lái)投切補(bǔ)償裝置的一種補(bǔ)償方式。由于在配電網(wǎng)中其很大一部分無(wú)功都是消耗在電動(dòng)機(jī)上的，因此可以通過(guò)隨機(jī)補(bǔ)償方式就地平衡無(wú)功，這樣就能減小配電線路的損耗，同時(shí)也提高了電動(dòng)機(jī)的有功功率。（4）隨器補(bǔ)償方式：所謂隨器補(bǔ)償方式就是指在配電變壓器的二次側(cè)配置低壓電容器，進(jìn)而補(bǔ)償?shù)蛪号潆娮儔浩?。隨器補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是接線比較簡(jiǎn)答，系統(tǒng)二次維護(hù)方便，能地配電變壓器的空載無(wú)功進(jìn)行有效的補(bǔ)償，保障農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷能夠就地分配，進(jìn)而提高了配電變壓器的利用效率，對(duì)降低無(wú)功網(wǎng)絡(luò)損耗具有重要作用。
3 無(wú)功補(bǔ)償容量的確定
無(wú)功補(bǔ)償容量宜按無(wú)功功率曲線或無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算方法確定，一般采用無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算方法確定補(bǔ)償容量，計(jì)算公式為：QC=Pca（tgφ1-tgφ2）
式中：QC――人工補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，kvar； Pca――有功計(jì)算負(fù)荷（kW）；tgφ1――補(bǔ)償前自然功率因數(shù)角正切；tgφ2――補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值。
確定無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)盡量避免出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@種情況會(huì)造成無(wú)功損耗增加，降低了經(jīng)濟(jì)性；（2）如果功率因數(shù)較高，則此時(shí)補(bǔ)償對(duì)于減小損耗所帶來(lái)的作用將減小，因此通常是將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95即為合理。
4 無(wú)功補(bǔ)償裝置選型
無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展從同步調(diào)相機(jī)→開(kāi)關(guān)投切固定電容→靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）→靜止無(wú)功發(fā)生器SVG（STATCOM）的幾個(gè)階段，各種無(wú)功設(shè)備特點(diǎn)如下：
（1） 同步調(diào)相機(jī)：響應(yīng)速度慢，噪音大，損耗大，技術(shù)陳舊，屬淘汰技術(shù)；（2）開(kāi)關(guān)投切固定電容：慢響應(yīng)補(bǔ)償方式，連續(xù)可控能力差；（3）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）：目前相對(duì)先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，在輸配電電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用；（4）靜止無(wú)功發(fā)生器SVG（STATCOM）：目前雖然有技術(shù)上局限性，屬少數(shù)示范工程階段，但SVG是一種更為先進(jìn)的新型靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置，是靈活柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)和定制電力（CP）技術(shù)的重要組成部分，現(xiàn)代無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
5 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模型分析
5.1 目標(biāo)函數(shù)
目標(biāo)函數(shù)主要考慮以下幾個(gè)方面：1）網(wǎng)損最??；2）電容器投資成本最小；3）電壓水平最好；4）第一類、第二類電壓穩(wěn)定裕度最大。
數(shù)學(xué)模型綜合表示如下：
式中：為網(wǎng)損；為系統(tǒng)有功網(wǎng)絡(luò)損耗；為電容器投資成本；為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；是決策變量，1表示節(jié)點(diǎn)處需安裝補(bǔ)償電容器，0則表示不需要；為節(jié)點(diǎn)安裝的無(wú)功補(bǔ)償容量；為電壓偏移量；、、、分別為節(jié)點(diǎn)的電壓幅值、期望電壓幅值、最大允許電壓幅值、最小允許電壓幅值；為第一類電壓穩(wěn)定裕度的倒數(shù)；為第一類電壓穩(wěn)定裕度；為第一類電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)；為第二類電壓穩(wěn)裕度的倒數(shù)；為第二類電壓穩(wěn)定裕度；為第二類電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)。
2） 等式約束條件
等式約束為潮流約束，即節(jié)點(diǎn)有功、無(wú)功平衡約束，如下所示：
式中：、、分別為節(jié)點(diǎn)注入的有功、無(wú)功功率和電壓；、、分別為節(jié)點(diǎn)、之間的電導(dǎo)、電納和相角差；為配電網(wǎng)總節(jié)點(diǎn)數(shù)。
（3） 不等式約束條件
不等式約束包括變壓器分接頭變比約束，補(bǔ)償容量約束和節(jié)點(diǎn)電壓值約束，如下所示：
式中：、分別為變壓器變比的上下限；、分別為無(wú)功補(bǔ)償容量的上下限；、分別為節(jié)點(diǎn)電壓的上下限。
電壓穩(wěn)定裕度與電壓上下限約束并不沖突，但是電壓穩(wěn)定的范圍要在電壓上下限約束范圍之內(nèi)。
6 結(jié)論
對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償有助于減小無(wú)功電流對(duì)配電網(wǎng)的影響，提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低配電線路損耗。在對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行設(shè)置時(shí)，要進(jìn)行合理的區(qū)域劃分和布局，在各種無(wú)功補(bǔ)償方式中選擇合理的補(bǔ)償方法，這樣既能有效地提高配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，而且也對(duì)提升用電效率具有積極的作用，為打造一個(gè)綠色、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的配電網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳慧政，吳慧飛.低壓電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用[J].山西電力，2008（02）：68-69.
[2] 琚志強(qiáng).論配電網(wǎng)無(wú)功功率的補(bǔ)償[J].寧夏電力，2009（04）：16-20.
