無功功率平衡及優(yōu)化補(bǔ)償
| 簡介： 電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，電壓問題本質(zhì)上就是一個無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。 關(guān)鍵字：無功功率平衡 優(yōu)化補(bǔ)償 電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，電壓問題本質(zhì)上就是一個無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。 1 無功功率平衡 1.1 補(bǔ)償容量不足時的無功功率平衡 進(jìn)行系統(tǒng)無功功率平衡的前提是保持系統(tǒng)的電壓水平正常，否則，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就得不到保證。在圖1所示的系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性曲線中，在正常情況下，系統(tǒng)無功功率電源所提供的無功功率QGCN，由無功功率平衡的條件QGCN - QLD - QL = 0決定的電壓為Un，設(shè)此電壓對應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無功功率電源提供的無功功率僅為QGC(QGCGCN)，此時雖然系統(tǒng)中的無功功率也能平衡，但平衡條件所決定的電壓水平為U，而U顯然低于Un。在這種情況下，雖然可以采取某些措施，如改變某臺變壓器的變比來提高局部地區(qū)的電壓水平，但整個系統(tǒng)的無功功率仍然不足，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量得不到全面改善。這種平衡是系統(tǒng)無功功率不足時達(dá)到的平衡，是由于系統(tǒng)的電壓水平下降，無功功率負(fù)荷本身具有的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，使全系統(tǒng)的無功功率需求有所下降而達(dá)到的。
1.2 系統(tǒng)無功功率電源充足時的無功功率平衡 在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示。系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua。
當(dāng)負(fù)荷增加時，如曲線2’所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線1和曲線2’的交點(diǎn)a’就代表了新的無功功率平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua’，顯然Ua’a，說明負(fù)荷增加后，系統(tǒng)的無功功率電源已不能滿足在電壓Ua下的無功平衡，只能降低電壓運(yùn)行，以取得較低電壓下的無功功率平衡；但如果系統(tǒng)無功電源比較充足，通過補(bǔ)償，電源的無功特性將上移到曲線1’的位置，從而使曲線1’與2’的交點(diǎn)c所確定的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或接近原來的數(shù)值Ua。由此可見，若系統(tǒng)的無功功率電源比較充足，系統(tǒng)就能具有較高的運(yùn)行電壓水平;反之，系統(tǒng)的無功功率電源不足，則反映為系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平偏低。因此，應(yīng)該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，根據(jù)這個要求來裝設(shè)必要的無功功率補(bǔ)償裝置。 2 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償 由于電網(wǎng)的線損主要是線路損耗與變壓器損耗，所以配電網(wǎng)的降損節(jié)能，也就是對電網(wǎng)中所有的電力線路和變壓器進(jìn)行優(yōu)化。無功優(yōu)化的目的是通過調(diào)整無功潮流的分布降低網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗，并保持最好的電壓水平。無功優(yōu)化補(bǔ)償一般有變電所無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償、配電線路最優(yōu)補(bǔ)償以及配電變壓器低壓側(cè)最優(yōu)補(bǔ)償，而配電變壓器低壓側(cè)最優(yōu)補(bǔ)償是配電網(wǎng)無功優(yōu)化的重點(diǎn)之一。 配電變壓器一般實行隨器補(bǔ)償，是將低壓補(bǔ)償電容器直接安裝在配電變壓器低壓側(cè)，與配電變壓器同投同切，用以補(bǔ)償配電變壓器自身勵磁無功功率損耗和感性用電設(shè)備的無功功率損耗。采用傳統(tǒng)的無載配電變壓器結(jié)合低壓側(cè)并聯(lián)電容器裝置，在實際運(yùn)行中因配電變壓器不能自動調(diào)檔，出口端電壓一般在110％～115％之間，并聯(lián)的電容器裝置受出口端電壓影響電容投運(yùn)率較低，配電網(wǎng)中大量的感性負(fù)荷得不到補(bǔ)償，用電高峰時壓降達(dá)30～40 V左右，直接影響著電力企業(yè)供電質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。 解決這一問題，可采用有載配電變壓器自動調(diào)壓和合理的無功自動補(bǔ)償，能保證配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量，改善功率因數(shù)，達(dá)到無功就地平衡的目的，提高電力系統(tǒng)的供電能力，使配電網(wǎng)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)合理、穩(wěn)定安全的狀態(tài)下運(yùn)行。 2.1 自動調(diào)壓補(bǔ)償控制原理 在實際運(yùn)行中，使用無功自動補(bǔ)償裝置進(jìn)行就地補(bǔ)償，可以在實現(xiàn)減少線損的同時，對電壓質(zhì)量起到一定的改善作用。但是，實踐證明由于公用配變負(fù)荷變化大，帶來電壓波動也大，往往單純依靠無功補(bǔ)償并不能很好地解決電壓質(zhì)量問題，因此采取以無功和電壓作為二元的控制變量，以“九區(qū)圖”作為基本的控制算法，進(jìn)行自動跟蹤補(bǔ)償和自動調(diào)壓相配合的措施，可實現(xiàn)進(jìn)一步改善電能質(zhì)量的目的。 為了使電壓U與無功Q達(dá)到所需的值，通過改變有載配電變壓器分接開關(guān)檔位和投切電容器組來改變配電系統(tǒng)的U和Q。有載配電變壓器分接頭檔位的變化不僅對U有影響，而且對Q也有一定影響，同樣，電容器組投切對Q影響的同時，也對U有一定的影響。 運(yùn)行控制區(qū)域見圖1， 每個指向正常區(qū)域的箭頭代表一種調(diào)節(jié)方案，共有9種方案。（具體內(nèi)容以前有過詳細(xì)介紹，這里不再贅述） 2.2 配變自動調(diào)壓補(bǔ)償系統(tǒng)工作原理方框圖（如圖2所示） 2.3配變自動調(diào)壓補(bǔ)償系統(tǒng)一次接線圖（如圖3所示）  3 配網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)男Ч?nbsp; 3.1 提高功率因數(shù)和設(shè)備的供電能力 在電網(wǎng)運(yùn)行中，由于大量非線性負(fù)載的運(yùn)行，除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率。負(fù)荷電流在通過線路、變壓器時將會產(chǎn)生電能損耗。由電能損耗公式可知，當(dāng)線路或變壓器輸送的有功功率和電壓不變時，線損與功率因數(shù)的平方成反比。功率因數(shù)越低電網(wǎng)所需無功就越多，線損就越大。因此，在受電端安裝無功補(bǔ)償裝置，可減少負(fù)荷的無功功率損耗，提高功率因數(shù)，提高電氣設(shè)備的有功出力。   3.2 降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失 由公式I = P/(3Ucosφ)可知當(dāng)有功功率P為定值時，負(fù)荷電流I與cosφ成反比，安裝無功補(bǔ)償裝置后，功率因數(shù)提高，使線路中的電流減小，從而使功率損耗降低：△P = I2R降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補(bǔ)償設(shè)備的主要目的。我省某市供電公司在實施配網(wǎng)無功優(yōu)化方案后，同比降低網(wǎng)損率0.05個百分點(diǎn)，節(jié)電590 MWh/y，取得了明顯的降損節(jié)能效益。 3.3 改善電壓質(zhì)量 在線路中電壓損失DU的計算公式如下 △U = (PR ＋QXL)/Ue 式中 △U——線路中的電壓損失（kV）； P——有功功率（MW）； Q——無功功率（Mvar）； Ue——額定電壓（kV）； R——線路總電阻（W）； XL——線路感抗（W）。 由上式可見，當(dāng)線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失DU也就減少了。 在配變低壓側(cè)補(bǔ)償無功功率，可以提高變壓器功率因數(shù)，并對該線路電壓有調(diào)節(jié)作用，同時采用有載調(diào)壓變壓器是解決該線路電壓問題的有效手段。我省某市供電公司在示范縣建設(shè)中比較多的采用了有載調(diào)壓變壓器和自動補(bǔ)償裝置，使配電線路的電壓合格率有了顯著的提高。 |
