低壓配電網電容器投切策略

摘要：本文針對低壓配電網絡負荷的不平衡，沖擊負荷造成無功補償設備的投切振蕩，大負荷用戶，不能充分利用補償設備，仍需從系統汲取大量無功功率的特點，提出一種按一定周期內無功功率的缺額分相投切電容器的方法，既解決了投切振蕩的問題，又在最大程度上利用電容器，使得無功功率盡可能的就地平衡。

關鍵詞：配電網 無功補償 分相補償 并聯電容器

0 引言

配電網在額定電壓下無功平衡是保證電壓質量的基本條件。配電網無功功率平衡最基本的要求是配電網中無功電源可能發出的無功功率和系統流入配電網的無功功率之和應大于或等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。為了保證運行可靠性，適應無功負荷增長，配電網中需要足夠的無功功率備用容量。

低壓配電網容量小，負荷較為復雜，自動化水平低，停電影響小，一直以來不為科研工作者重視，因此控制手段單一。配電網的負荷補償主要目的有二，其一盡量避免從電網汲取無功功率，盡可能減少無功功率在電網中流動；其二，補償負荷的三相不平衡。近年來，工礦企業也大量添置按功率因數投切的并聯電容器，單從某一方的經濟利益角度來看，都能很好的滿足要求。事實上這種方式至少有以下幾個缺點：

①由于負荷的不平衡，造成相當數量的無功功率在電網中形成環流。

②沖擊負荷造成，無功補償設備的投切振蕩。

③對于大負荷用戶，不能充分利用補償設備，仍需從系統汲取大量無功功率。

為此，本文提出一種按一定周期內無功功率的缺額來投切電容器的方法，既解決了投切振蕩的問題，又在最大程度上利用電容器，使得無功功率盡可能的就地平衡。

1 配電網無功功率與功率因數的關系

功率因數是表征負荷對電力系統影響的主要指標之一。我國對用戶的功率因數有如下規定：使用高壓電的工業用戶和裝設有載調壓裝置的高壓電力用戶，功率因數應控制在0.90以上；其它100KVA(KW)及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，應將功率因數控制在0.85以上；躉售和農業用電，應將功率因數控制在0.80以上。對于220kV變電所，其二次側功率因數應控制在0.95以上；對于35KV-110KV變電所，其二次側功率因數應控制在0.90以上。

補償前負荷的功率因數cosφL1為：

(1)

補償后負荷的功率因數cosφL2為：

(2)

其中，PL、QL為負荷的有功功率和無功功率；

QC表示并聯補償電容器的容量。

由(2)式和(3)式可以得出，通過無功功率補償，使得負荷的功率因數提高了：

（3)

因此，要提高負荷的功率因數，就必須盡量補償負荷消耗的無功功率。

2 低壓配電網并聯電容器的投切策略

低壓側的補償控制策略與變壓器的聯接組別和低壓側補償的接線方式有關，本文以常見的配電變壓器聯接組別為Dyn11，低壓側補償接線方式為按相補償為例。

變壓器聯接組別為Dyn11，則高壓側AB線圈對應于低壓側a相線圈，在電壓對稱的情況下，依此有：

設低壓側a、b、c投入的電容器數分別為k1，k2，k3單位補償容量為Qc，由式（4）得電容器投入后的■A，■B，■C：

（5)

由式（6）可得：

(6)

由（6）可求得：

(7)

k1，k2，k3均為整數，按四舍五入進行取舍。

若三相指標中有一相的補償值偏高，從而導致某一相投切超出了要求，如（7）式中ΔQC高于ΔQA+ΔQB則要求低壓側a相切除電容，如果低壓側電容已經全部切除，則要求重新計算，如何合理的投切，以期最接近補償的目標。下面本文就以此為例，講述如何確定此情形下的控制策略。

由（7）可知，低壓側a相全部切除，可能是由于ΔQC過大引起的，而低壓側a相全部投入，卻不可能是由于ΔQB過大，這是因為在優化過程中已經限制了ΔQB，其他的對應關系也可以有（7）得到。

在低壓側a相全部切除的情況，假設此時k1的臨界值為k1l。由（7）式可以求得，在此情況下，ΔQC可以被補償部分ΔQCl，即：

ΔQCl=ΔQA+ΔQB+k1lΔQC (8)

用ΔQC替換ΔQC求出k1，k2，k3，然后將ΔQC-ΔQCl平均分配在k2，k3。

同理可以求出其他相在此情況下的策略。

這里只是做了一個簡單的折算，根據變壓器聯接組別不同功率的對應關系有一定得變動。由（8）式可以從無功功率指標得到低壓側的控制策略。

3 算例

本章采用36節點算例進行驗證，補償節點6，11，13，14，27，32，本文假設全部采用低壓側補償，變壓器的連接組別為Dyn11，單個電容的補償容量為5kvar，補償上限為200kvar，按本文闡述的方法，得到具體的補償方案如下：

由表1可知當有一相補償容量過高，可能造成某一相的控制變量越限，這主要是因為，在優化過程中本文沒有考慮控制變量某一相的補償容量的限值對其他相補償的限制。最終確定補償方案時，為了不得不將補償容量分攤到其他兩相，這樣造成補償結果與現實的補償有一定的差距。表1的結果表明，網損對這種分攤的靈敏度要遠小于根節點負序電流。總體而言，這種方法仍能很好的滿足實際的需要。電壓的補償效果與理想補償結果一致。

4 總結

本文針對低壓配電網絡的特點，提出一種按一定周期內無功功率的缺額分相投切電容器的方法，既解決了投切振蕩的問題，又在最大程度上利用電容器，使得無功功率盡可能的就地平衡，。最后對算例進行計算分析，得到較為理想的控制結果，充分說明該方法是可行的。

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科研基金來源：淮安市科技（工業）支撐計劃指導性項目。

名稱：配電網自動電壓無功控制系統。

項目編號：HAGZ20100012348744。