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農村配電網無功補償優化設計方案

發布時間:2019-06-24    訪問:151

    我國電網一般線路較長、配電變壓器較多、用電設備多呈感性、負荷時變性較強,導致電網無功損耗極為明顯,優化補償電網無功功率對提高供電質量,降低線路損耗具有極為重要的意義。本文以無功損耗最為明顯的農村中壓配電網為例,就農村配電網無功補償優化設計進行了探討。

    在電網中發電機輸出功率包括有功功率和無功功率兩種,有功功率是用電設備正常運行所消耗的功率,無功功率則是由于電源與電感和電容間所產生的能量轉換造成的,而未被用電設備所消耗。但是,并非說無功功率并不重要,電動機的轉動、變壓器變壓、交流接觸器的吸合都需要無功功率。近年來,在各類用電設備廣泛應用的同時,由于電網結構等方面的原因,我國電網損耗和電壓質量不合格現象越來越為明顯,極容易造成用戶電器燒毀現象,同時網損過高還會使電能浪費,影響經濟效益和社會效益。目前,網損已經成為電網經營企業的一大成本,成為影響電力企業經濟效益最主要的原因。要減少網損,提升供電質量,除了采取措施提高負荷功率因數外,合理配置無功補償裝置也是一個重要途徑。下面,本文針對無功損耗最為突出的農村中壓配電網,就農村配電網無功補償優化設計進行探討。

    1.無功補償原理分析

    在電網中,部分用電設備呈感性,如變壓器、電動機等,這些設備是利用電磁感應原理工作的,其能量轉換過程中會建立交變磁場,所吸收的功率與釋放的功率相等,屬于感性無功功率。而接在交流電網中的電容器,其上半周期的充電功率同下半周期的放電功率相等,屬于容性無功功率。當電容器同電感并聯在同一個電路中,電感吸收能量時電容器在釋放能量,電感釋放能量時電容器在吸收能量,能量在電容器與電感間交換。因此,電動機、變壓器等感性負荷所吸收的無功功率,可以利用電容器、調相機、同步電動機等組成的無功補償裝置進行補償,從而提高功率因數減少視在功率,相就減小供電線路截面和變壓器容量,以降低供用電設備投資,降低電網和變壓器的功率損耗,提高供電效率,提高供電質量。

    2.常用無功補償設備和補償方式

    2.1常用無功補償設備

    目前,在配電網中常用的無功補償設備有同步發電機、電力電容器、同期調相機、靜止無功補償裝置等。同步發電機是目前應用最為廣泛的交流發電機,既可以作為電力系統中的唯一有功電源,也可以作為無功基本源。靜止無功補償裝置可以平滑的調節無功功率和電壓,應用于大型工業用戶或超高壓輸電系統中能有效的增強系統穩定性,保持電力網絡電壓穩定。電力電容器則是應用最為廣泛的無功補償裝置,能有效的減少線路損耗提高功率因數。同步調相機則主要用于供給無功功率,是一種專門產生無功功率的同步電機,能自動根據電網要求調節運行狀態提高無功出力,主要應用于電網樞紐變電站中,調整和控制電網無功潮流。

    2.2常用無功補償方式

    在進行無功補償時,理論上講最好的方式是哪里需要無功就在哪里補償,使整個系統沒有無功電流,但在實踐中缺乏可操作性,目前常用的有變電站集中補償、桿上無功補償、低壓集中補償、用戶終端分散補償幾種方式。變電站集中補償主要用于改善整個電網的功率因素,提高變電所電壓并補償變壓器無功損耗,這種方式主要對高壓進行補償,缺乏自動調節能力。低壓集中補償是在配變電器380V側進行集中補償,主要用于提高專用變壓器用戶功率因數,對保證專一用戶電壓水平有較好的作用。但變電站集中補償和低壓集中補償均對配電網中存在最多的公用變壓器無功功率的補償不足,使得配電網網損依然極高,通常還需采用10KV戶外并聯電容器在架空線路桿塔上進行桿上無功補償的方式,但這種方式維護工作量大、安裝不易、成本較高。

    用戶終端分散補償方式直接對用戶終端進行無功補償,能較好的降低電網損耗維持網絡電壓水平,相較于前三種方式有較多的優點,但其無功補償設備在較輕載時閑置利用率不高。

    3.無功補償優化設計

    3.1無功補償優化主要算法

    無功補償是一個多變量、多約束混合的非線性問題,既是一個工程問題又是一個數學問題,沒有準確的方法和策略,一般都要進行簡化同時考慮模型的實用性與可行性,并結合實際工程情況進行合理的優化。目前常用的無功補償優化算法有線性規劃法、非線性規劃法、混合整數規劃法、動態規劃法、人工智能法以及一些新興算法如蟻群尋優算法、粒子群優化算法等。

    3.2農村電網全網無功優化設計思路

    隨著農村電網規模的擴大和復雜化,傳統的無功優化算法已經不再適應,雖然能在局部無功補償中起到較好的效果,但對整個農村電網的供電質量卻沒有太為明顯的作用。在優化農村電網無功補償方法時,應當根據電網結構、負荷性質、運行參數等進行設計,立足于農村電網分層、分區平衡這一基礎,最終提升整個電網的供電效率、供電可靠性以及經濟性。針對傳統的基于局部的無功補償方案無法有效提升全網供電質量這一問題,應當著眼于整個電網重新建立優化思路和優化算法,以各節點電壓、關口功率作為約束條件,利用發電機電壓的調節能力和變壓器分接頭,設置可投切無功補償裝置,如靜止補償器和并聯電容等,有效的對負荷變化進行跟蹤,實行分層、分區控制的原則,從而動態調節電壓和無功功率,以保證全網電壓質量和無功功率。

    3.3農村電網全網無功優化的實現

    在進行農村電網全網無功優化設計時,采用分層、分區控制的方法先對整個電網進行分級處理,逐級優化,綜合考慮上下各層級間的相互影響,最終構建一個全網無功補償優化體系。由于農村電網節點多、接線復雜,且呈輻射狀分布,如果將所有節點考慮進去優化速度將極慢,很難達到理想的無功補償優化效果,因此可以先將農村電網分成高壓網、中壓網、低壓網三級,高壓網以變電站集中補償的方法,中壓網以每條饋線為單位進行線路補償,低壓網以每個臺區為單元進行線路補償。再將各級電網分解成若干個單元進行優化,先將下級單元優化后實現全局最優,再對上級電網進行全局無功優化,直至整個電網優化完畢。

    3.4下級子網對上級主網的影響分析

    在電網體系結構中,越接近配電網末端,其結構就越為復雜,處理下級電網無功優化對上級電網的影響有著關鍵的影響,在進行優化計算時,要將下級子網無功優化對上級主網無功流流分布的影響考慮入內,以免因下級子網無功補償裝置動作重新分布無功潮流后,造成上級子網無功優化失效。在中壓電網和低壓電網的無功補償優化中,一般不必涉及發電機,僅需考慮無功補償量、負荷節點電壓、有載調壓變壓器分接頭等參數即可,最終實現全網無功潮流最優、電壓質量合格、線損最低。

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