配電網(wǎng)高壓無(wú)功調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)化探究

羅瀟

摘? ?要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的需要，用電量也在快速的增長(zhǎng)。搞好電網(wǎng)的無(wú)功配置，降低線損提高電力系統(tǒng)輸電線的效率，保障電壓質(zhì)量是電力系統(tǒng)目前急需要解決的問(wèn)題。通過(guò)配電網(wǎng)無(wú)功電源的合理配置，實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷，達(dá)到提高配電網(wǎng)穩(wěn)定，降低有功網(wǎng)帶來(lái)的損耗。本文通過(guò)闡述高壓無(wú)功調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)狀、優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題，結(jié)合國(guó)家對(duì)高壓無(wú)功管理的要求，探究在配電網(wǎng)應(yīng)用高壓無(wú)功調(diào)節(jié)裝置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)? 高壓? 無(wú)功調(diào)節(jié)裝置? 優(yōu)化策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0066-02

電壓作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中衡量電能質(zhì)量的重要一項(xiàng)指標(biāo)，電壓的過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)影響到電力設(shè)備的使用效率和壽命，甚至?xí)?yán)重的危及到配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，造成電壓崩潰發(fā)生大面積的停電事故。無(wú)功功率的平衡保證了電壓穩(wěn)定的重要措施。配電網(wǎng)中電壓的過(guò)高或者國(guó)定都會(huì)增加電力系統(tǒng)中設(shè)備的有功損耗，降低電力傳輸?shù)男?。如果因?yàn)榕潆娋W(wǎng)中無(wú)功功率的不足造成了供電功率因數(shù)的下降，那么就會(huì)造成配電網(wǎng)中設(shè)備的發(fā)熱損耗增大，增加線損。另外，無(wú)功功率的過(guò)剩也會(huì)造成配電網(wǎng)中電壓上升，影響到電力設(shè)備的使用壽命。因此，在電力系統(tǒng)只有通過(guò)無(wú)功管理實(shí)現(xiàn)無(wú)功分層、分區(qū)，減少無(wú)功的輸送，才能降低線損保證電壓穩(wěn)定。

1? 目前我國(guó)電力系統(tǒng)中對(duì)高壓無(wú)功裝置應(yīng)用狀況

在電力系統(tǒng)中對(duì)無(wú)功的配置主要分成感性和容性兩種無(wú)功配置。在配電網(wǎng)輸電線路中存在電容，長(zhǎng)距離的輸電極易在線路末端的電壓不斷升高，所以，必須通過(guò)并聯(lián)電感元件或者是串聯(lián)電容元件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功平衡，保證電壓符合配電網(wǎng)的要求。目前在配電網(wǎng)中應(yīng)用最多的是電機(jī)等感性的負(fù)載，造成感性無(wú)功過(guò)剩，降低了電壓的質(zhì)量，增加了線損。目前在配電網(wǎng)中主要應(yīng)用的無(wú)功方式有如下幾種。

1.1 同步調(diào)相機(jī)

該原理是通過(guò)在勵(lì)磁狀態(tài)下向配電網(wǎng)提供感性無(wú)功，在欠勵(lì)磁狀態(tài)下提供容性無(wú)功。同步調(diào)相機(jī)的設(shè)備是在不停的運(yùn)動(dòng)中，往往因?yàn)榘惭b投入大，運(yùn)費(fèi)高以及檢修費(fèi)用大和時(shí)間長(zhǎng)的原因隨著無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC、SVG裝置的出現(xiàn)，同步調(diào)相機(jī)已逐步被淘汰。

1.2 固定電容器組

該設(shè)備的主要特點(diǎn)是投資低，但是它在應(yīng)用的過(guò)程中無(wú)法及時(shí)的滿足配電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需要，常常出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)、欠補(bǔ)等問(wèn)題。目前因?yàn)樗某杀竞瓦\(yùn)輸費(fèi)用低，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用占據(jù)主要地位。

1.3 分組投切電阻器組

分組投切電阻器組，即VQC，它是通過(guò)把固定的電容器組分割成多個(gè)小電容器組，按照配電網(wǎng)中對(duì)無(wú)功的實(shí)際需求進(jìn)行增加或者切除。但是因?yàn)殡娙萜髟谕肚械倪^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的涌流和電壓，極大的影響到電容器組的正常使用。目前該技術(shù)在配電網(wǎng)應(yīng)用相對(duì)較少。

1.4 靜止補(bǔ)償器

靜止補(bǔ)償器即SVC，他是通過(guò)把感性、容性兩種無(wú)功電器組融合在一起，通過(guò)控制電容或者電抗來(lái)改變無(wú)功的輸出滿足配電網(wǎng)的需求。它的特點(diǎn)是可以從感性到容性變化，使用范圍大。而它的造價(jià)過(guò)于昂貴，在實(shí)際的運(yùn)行維護(hù)中費(fèi)用過(guò)高且程序復(fù)雜;在使用中還會(huì)產(chǎn)生高次諧音波，對(duì)電網(wǎng)造成污染。

2? 高壓無(wú)功調(diào)節(jié)裝置的原理、構(gòu)造以及優(yōu)點(diǎn)

2.1 原理

根據(jù)電容器無(wú)功的出力大小與電壓、頻率、容量大小的關(guān)系可通過(guò)公式：Q=2∏fCU2計(jì)算而得。改變電容量C的大小實(shí)現(xiàn)電容器的自動(dòng)投切控制改變Q值，國(guó)外有通過(guò)改變頻率f來(lái)改變無(wú)功的大小。在我國(guó)主要改變電容器電壓U來(lái)改變無(wú)功的輸出容量。原理接線如圖2所示。

2.2 構(gòu)造

高壓無(wú)功裝置主要有3部分組成。

2.2.1 控制器

按照九區(qū)圖原理根據(jù)系統(tǒng)的電流、電壓等信號(hào)，設(shè)定電壓值以及cosφ值進(jìn)行分析，如果電壓和cosφ不合格則通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器改變電容器中無(wú)功的輸出，保證電壓和cosφ滿足設(shè)備的使用要求。同時(shí)控制器具備顯示和運(yùn)動(dòng)的接口，滿足了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的需要。

2.2.2 電壓調(diào)節(jié)器

它是一個(gè)有載自耦的調(diào)壓器，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算調(diào)節(jié)器中輸出的電壓是母線電壓的1005～60%。以9檔的方式實(shí)現(xiàn)控制，每檔調(diào)節(jié)額定電壓的5%。電容器中的額定電壓從母線中電壓選取，無(wú)功輸出容量是100%～36額定容量。使用壽命不小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的50000次，完全足夠滿足20～25年使用時(shí)間。

2.2.3 電容器是無(wú)功電源

電容器（C）氛圍線路型和變電站兩種，在結(jié)構(gòu)上兩者是一直的，只是在容量上有所差別。線路容量為300kvar～1000kvar，變電站的是750kvar～18000kvar?？煞譃?kv、10kv、35kv。在功能上變電站是通過(guò)調(diào)節(jié)主變分接頭控制母線的電壓，線路型無(wú)法實(shí)現(xiàn)這樣的功能;變電站可以控制型號(hào)實(shí)現(xiàn)主變電源側(cè)三相電流電壓，而線路型控制的是BC相線電壓A相電流實(shí)現(xiàn)電容器的無(wú)功輸出。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

高壓無(wú)功裝置在配電網(wǎng)中使用有如下優(yōu)點(diǎn)。

首先，電容器在接入的過(guò)程中，不用分組、投切即可實(shí)現(xiàn)9檔的無(wú)功輸出，容量控制可從36%到額定容量;其次，電容器在調(diào)節(jié)的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)無(wú)涌流、電壓等，保證電容器永遠(yuǎn)在額定的電壓下運(yùn)行，確保設(shè)備的安全使用和壽命;再次，通過(guò)采用低壓合閘的方式把無(wú)功裝置輸出的電壓控制在60%～70%額定電壓之下，大大減少了合閘過(guò)程中的涌流對(duì)電壓系統(tǒng)和電容器的沖擊。最后，在調(diào)節(jié)電壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)沖擊放電，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)，在使用中產(chǎn)生的附加損耗非常小。

3? 高壓無(wú)功裝置主要解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

在電容運(yùn)行的過(guò)程中，需要解決過(guò)電壓?jiǎn)栴}和諧振與諧波兩個(gè)問(wèn)題。首先，在投切電容器時(shí)會(huì)因?yàn)殚_(kāi)關(guān)的性能和合閘的角度問(wèn)題產(chǎn)生過(guò)電壓影響電容的運(yùn)行。而高壓無(wú)功裝置通過(guò)調(diào)節(jié)電容兩端的電壓，在合閘的過(guò)程中以最低電壓狀態(tài)下合閘，從根本上避免了有害過(guò)電壓和合閘過(guò)程中涌流的產(chǎn)生。其次，諧振的產(chǎn)生主要是因?yàn)橹C振回路的諧振頻率和是否有諧波源。高壓無(wú)功裝置原理上也是一個(gè)諧振回路，主要通過(guò)有效降低調(diào)壓器的電抗值提高諧振的頻率，避免了有害諧振的產(chǎn)生。

4? 高壓無(wú)功裝置的設(shè)計(jì)方案

在配電網(wǎng)過(guò)于復(fù)雜，首先假設(shè)配電網(wǎng)中存在n個(gè)節(jié)點(diǎn)，以24h的電能損耗作為目標(biāo)函數(shù)，將接頭裝置和無(wú)功變量作為可控變量，即得到如下數(shù)學(xué)模型：

在等式中計(jì)算無(wú)功調(diào)節(jié)裝置存在20多個(gè)變量，計(jì)算中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無(wú)法把握，那么通過(guò)整點(diǎn)時(shí)刻計(jì)算得到如下公式：

通過(guò)本公式可知，當(dāng)電壓在合理的范圍內(nèi)時(shí)，將會(huì)減少對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的限制。通過(guò)調(diào)節(jié)裝置來(lái)選擇VQC限值，為了讓無(wú)功裝置達(dá)到理想效果，需要從以下方式進(jìn)行調(diào)整。

首先，提高潮流計(jì)算的效率。通過(guò)適當(dāng)?shù)慕档陀?jì)算精確度，對(duì)相同的適應(yīng)度全面檢查，從而確保是否有相似的個(gè)體存在。其次，在優(yōu)化的過(guò)程中，必須要保證可行解的存在，才能消除電壓本身的無(wú)功越限從而在公式中獲得最優(yōu)解。因?yàn)闊o(wú)功功率無(wú)法長(zhǎng)距離實(shí)現(xiàn)輸出工作，因此必須對(duì)節(jié)點(diǎn)的距離加以控制。最后，在實(shí)際的編碼過(guò)程中，將變壓器以變量的方式進(jìn)行處理，用數(shù)據(jù)組之間容量關(guān)系，優(yōu)化出高壓無(wú)功裝置之間變量關(guān)系，計(jì)算出配電網(wǎng)中高壓無(wú)功裝置最優(yōu)設(shè)置。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂志來(lái)，喻宜，李海，等.中低壓配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化綜合協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].供用電，2015（4）：54-58，67.

[2] 秦豐.配電網(wǎng)高壓無(wú)功調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].實(shí)用技術(shù)，2018（9）：18-22，28.

[3] 黃留欣，黃冰，朱輝.調(diào)壓型電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置[J].電力電容器， 2004（4）.

[4] 朱登軍，黃留欣，黃冰，等.新型調(diào)壓式電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置[J].電力電容器，2007（6）：9-12.

[5] 崔永謙，康忠健，陳瑤，等.考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性的油田配電網(wǎng)高壓無(wú)功優(yōu)化技術(shù)研究[J].電氣應(yīng)用，2015（17）.