中壓配電線路無功補(bǔ)償計算在Excel VBA中的實(shí)現(xiàn)

楊 珺，蘇 強(qiáng)，劉速飛

(1.上海電力學(xué)院，上海 200090;2.上海昌泰求實(shí)電力新技術(shù)有限公司，上海 200090)

中壓線路無功補(bǔ)償裝置在我國的配電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，合理地確定補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置對提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性具有重要意義.配電線路補(bǔ)償通常按照“三分之二”法則［1］或通過繁瑣的計算來解決，存在計算結(jié)果不準(zhǔn)確或計算過程復(fù)雜等問題.

本文利用VB語言，［2-3］在Excel內(nèi)置VBA 編程環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)補(bǔ)償方式下的無功補(bǔ)償計算，具有結(jié)果準(zhǔn)確、占用內(nèi)存小、適用性強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)，大大提高了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償計算的效率.

1 單點(diǎn)無功補(bǔ)償分析

1.1 線路簡化與假設(shè)

由于中壓配電線路一般僅在變電站安裝計量設(shè)備，而整條線路的支線較多且無規(guī)律，負(fù)載變化又很大，每一支路或配電變壓器(簡稱配變)在運(yùn)行中的技術(shù)參數(shù)(如電流、功率因數(shù)、負(fù)載率、電壓等)變化頻繁，很難獲得準(zhǔn)確的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù).為了得到較為有效的補(bǔ)償方案，作出下列約定:

(1)在分析配電線路后，確定一條路徑最長、負(fù)載最大的線路作為主干線，其余均為支線，計算時僅以主干線為對象;

(2)將安裝在主干線的單臺變壓器容量作為配變?nèi)萘浚⒚恳粭l支線所安裝的配變?nèi)萘恐鸵暈榘惭b在主干線的單臺變壓器容量;

(3)補(bǔ)償前的功率因數(shù)由變電站(所)提供，為代表日或月平均功率因數(shù)，在計算時各配變都采用同一功率因數(shù);

(4)將由日線路電流計算出的負(fù)載率作為各配變共同采用的負(fù)載率.

1.2 補(bǔ)償裝置容量優(yōu)化與選址策略

線路中大量無功功率流動會導(dǎo)致線路損耗增大、線路末端電壓水平降低，因此要盡量減少線路上無功功率的流動，實(shí)現(xiàn)無功功率就地補(bǔ)償.加裝無功補(bǔ)償裝置是線路無功功率補(bǔ)償、優(yōu)化電壓水平的常用手段，合理地確定補(bǔ)償裝置的容量及補(bǔ)償位置對無功補(bǔ)償?shù)男Ч绊懢薮?

以圖1所示的配電線路為例，以無功電流產(chǎn)生的線路損耗最小作為無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行單點(diǎn)補(bǔ)償方式下補(bǔ)償裝置容量優(yōu)化與選址分析.

圖1 簡化后的線路配變分布

按照上文所作的約定，流入節(jié)點(diǎn)的無功電流及流經(jīng)線段的無功電流分別為:

則整條線路的無功損耗為:

式中:k——平均負(fù)載率;

Si——i節(jié)點(diǎn)配變?nèi)萘?，kW;

Un——線路線電壓，kV;

Ri——i線段電阻，Ω.

式中:Li——第i段線段長度，km;

r——每千米導(dǎo)線的電阻，Ω/km.

假設(shè)在節(jié)點(diǎn)k處安裝一組電容器C后，將使k～n支路中的電流減小.用集合a表示k～n支路，則安裝電容器后系統(tǒng)支路電流為:［4］

式中:IC——安裝的電容器提供的無功電流，kA.

若支路 i∈a，則 Gi=1;否則，Gi=0.進(jìn)行無功補(bǔ)償后，無功電流產(chǎn)生的線損為:

為了使無功補(bǔ)償具有最大的降損效果，即線損最小，必須使式(6)對 IC的偏導(dǎo)最小，即:［5］

于是，有:

最佳電容補(bǔ)償容量為:

式中:Ui——節(jié)點(diǎn) i的電壓幅值，kV.

將IC代入到式(6)中，得到一組一維數(shù)組，}，取數(shù)組中的最小值min，即可計算出相應(yīng)的補(bǔ)償電容器安裝位置的節(jié)點(diǎn)i的值，由此確定電容器的補(bǔ)償位置.

2 Excel VBA程序

2.1 建立數(shù)據(jù)表

將各節(jié)點(diǎn)配變?nèi)萘俊⒏骶€段每公里電阻、每公里電抗、線段長度依次輸入工作表中，格式如表1所示.

表1 線路節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

建立工作表“線路參數(shù)”，輸入線路的額定電壓 Un，母線側(cè)電壓 US，補(bǔ)償前功率因數(shù) cosφ1，補(bǔ)償后目標(biāo)功率因數(shù)cosφ2，最大有功負(fù)載Pmax，代表日電流或日平均電流Ia，也可直接輸入額定補(bǔ)償容量QC.

建立工作表“計算結(jié)果”，將程序計算后得到的無功補(bǔ)償計算結(jié)果(如各節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償電流ICi，各支路補(bǔ)償無功容量QCi等)輸入此工作表中.無功補(bǔ)償計算界面如圖2所示.打開Excel文件，在“輸入數(shù)據(jù)”欄輸入原始數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“單點(diǎn)補(bǔ)償計算”按鈕，便可輸出補(bǔ)償計算結(jié)果.

圖2 無功補(bǔ)償計算界面

2.2 VBA程序設(shè)計

VBA宏語言的程序設(shè)計過程是在Visual Basics編輯器中完成的.本文中潮流計算過程采用前推回代法，［6］首先從已知的網(wǎng)絡(luò)末端負(fù)荷向前推算始端節(jié)點(diǎn)功率;再利用求得的始端功率和給定的始端電壓向末端推算電壓降落，求出各節(jié)點(diǎn)的電壓;重復(fù)上述運(yùn)算，直到兩次計算的末端電壓差小于給定值時，計算結(jié)束.補(bǔ)償位置的選擇采用遍歷法.程序設(shè)計思路如圖3所示.

圖3 程序設(shè)計思路示意

3 實(shí)例計算

以某電力公司的一條10kV中壓配電線路為例，利用所編寫的VBA程序，獲得單點(diǎn)補(bǔ)償方案，具體步驟如下.

首先，將部分節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、線路參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中，如表2所示.

然后，運(yùn)行VBA程序，進(jìn)行優(yōu)化計算.系統(tǒng)采用遍歷思想法，在線路各節(jié)點(diǎn)嘗試補(bǔ)償.部分節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償無功電流ICi，補(bǔ)償容量QCi和補(bǔ)償后系統(tǒng)的無功損耗aPlri如表3所示.

由分析計算結(jié)果可知，在節(jié)點(diǎn)6進(jìn)行無功補(bǔ)償時，對應(yīng)的補(bǔ)償后的無功損耗值最小，為2 549.10 kW，因此將節(jié)點(diǎn)6作為補(bǔ)償位置.

通過程序計算，單點(diǎn)補(bǔ)償前后線路損耗情況如表4所示.

表2 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)及線路參數(shù)

表3 各節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償電流、容量和無功功率損耗

補(bǔ)償后，無功功率降低率為92.50%，總損耗降低率為33.30%.由此可見，經(jīng)過無功功率補(bǔ)償后，線路無功功率和總損耗降低效果比較明顯，具有很好的實(shí)用性.

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計補(bǔ)償后，線路部分節(jié)點(diǎn)電壓對比如表5所示.其中，U1為補(bǔ)償前的各點(diǎn)電壓;U2為補(bǔ)償后的各點(diǎn)電壓.

由表5中的數(shù)據(jù)可知，在第6節(jié)點(diǎn)配置補(bǔ)償后，線路整體電壓水平都有提高，對末端電壓有較大幅度改善，電壓提高的百分比范圍為0.26% ～2.76%.

表4 最優(yōu)補(bǔ)償方式下線路損耗功率情況

表5 補(bǔ)償前后線路各節(jié)點(diǎn)電壓

4 結(jié)語

針對配電線路單點(diǎn)補(bǔ)償問題，采用VBA語言設(shè)計了補(bǔ)償計算程序.實(shí)例證明，使用VBA編程進(jìn)行單點(diǎn)補(bǔ)償計算具有可行性，程序計算結(jié)果提供的補(bǔ)償方案對降低線路損耗、改善線路電壓水平效果顯著.使用VBA語言進(jìn)行單點(diǎn)補(bǔ)償計算具有操作簡便、運(yùn)算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn).

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