基于多點(diǎn)無功補(bǔ)償技術(shù)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)研究

夏永平

摘 要：針對(duì)10kV配電線路無功功率分布不合理引起的線路損耗嚴(yán)重、電壓質(zhì)量和運(yùn)行效率偏低的問題，本文以新疆區(qū)域配電網(wǎng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了基于多點(diǎn)無功補(bǔ)償技術(shù)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)在10kV配電線路中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：區(qū)域配電網(wǎng)；無功優(yōu)化；設(shè)備監(jiān)測(cè)；協(xié)調(diào)控制

中圖分類號(hào)： TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）28-182-2

0 引言

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，在電力系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)中，配電網(wǎng)處于末端直接與用戶相聯(lián)系。對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)無功功率分布的忽視會(huì)導(dǎo)致大量無功功率在配網(wǎng)中流動(dòng)，既增加了配電網(wǎng)有功損耗，又影響了電壓質(zhì)量，降低了配網(wǎng)運(yùn)行效率。因而對(duì)于如何利用和配置無功資源進(jìn)一步降低配網(wǎng)損耗，提高電壓合格率，提高配網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的研究，無論是從運(yùn)行實(shí)際還是從研究現(xiàn)狀來看都表現(xiàn)出很強(qiáng)的迫切性。

目前，國(guó)內(nèi)外在10kV配電網(wǎng)線路上無功補(bǔ)償設(shè)備大多采用固定電容器組單點(diǎn)補(bǔ)償方式或單雙點(diǎn)柱上無功自動(dòng)補(bǔ)償方式，這些類型無功補(bǔ)償裝置大多選點(diǎn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單組容量過大，補(bǔ)償方式不合理、不精細(xì)、控制策略單一，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無法監(jiān)測(cè)。同時(shí)現(xiàn)有設(shè)備多為一體式結(jié)構(gòu)，重量較重，偏遠(yuǎn)山區(qū)不好運(yùn)輸，人力抬不動(dòng)，且需要再立電線桿，施工存在諸多困難[1]。

針對(duì)以上問題，研究10kV配網(wǎng)線路多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以及在線監(jiān)測(cè)、控制優(yōu)化、統(tǒng)籌管理系統(tǒng)具有重要的意義。一方面，使用多點(diǎn)分體式、集成化安裝結(jié)構(gòu)，以達(dá)到免維護(hù)，補(bǔ)償更加精細(xì)及安裝便捷的技術(shù)要求；另一方面使配網(wǎng)滿足了一定約束，使各節(jié)點(diǎn)電壓滿足要求的同時(shí)降低線路的無功損耗，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路無功最優(yōu)補(bǔ)償，設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。

1 基于多點(diǎn)無功補(bǔ)償技術(shù)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)

多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)與無功自動(dòng)優(yōu)化設(shè)備相配合的方式補(bǔ)償線路無功是一種新型的配網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)思路。

1.1 無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置

10kV線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置主要由控制器、并聯(lián)電容器、真空接觸器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、跌落式熔斷器等組成。控制器智能控制器采集線路實(shí)時(shí)電壓和電流，經(jīng)過控制器運(yùn)算處理，發(fā)出投切電容器指令，控制真空接觸器分合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的自動(dòng)投切。戶外跌落式熔斷器對(duì)裝置進(jìn)行短路保護(hù)，一旦裝置內(nèi)部有短路故障，熔斷器立即熔斷，防止裝置故障擴(kuò)大，避免對(duì)線路造成損害[2]。如圖1所示，10kV線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置為分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中電容器采用單桿架設(shè)的外置方式，方便設(shè)備的安裝和維護(hù)工作。

1.2 分體式無功補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)電源單元

①研制適應(yīng)與10kV線路的分體式無功補(bǔ)償設(shè)備，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備可靠性，以保證新增無功補(bǔ)償設(shè)備能夠很好地發(fā)揮其無功補(bǔ)償功能，最大限度減少線路損耗[3]。

②分體式無功補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)電源是將投切開關(guān)和電源PT、保護(hù)CT集合于一個(gè)箱體內(nèi)。該設(shè)計(jì)充分考慮電容器支路補(bǔ)償方式及容量變化，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合補(bǔ)償方式。補(bǔ)償容量可在50～600kvar范圍內(nèi)調(diào)整。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以大大節(jié)省補(bǔ)償箱體的空間及質(zhì)量，便于運(yùn)輸及安裝，可適應(yīng)多種線路環(huán)境。開關(guān)電源結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 無功優(yōu)化系統(tǒng)

基于多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的無功優(yōu)化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備從統(tǒng)一規(guī)劃、合理布置、優(yōu)化協(xié)調(diào)到統(tǒng)籌管理的多功能應(yīng)用平臺(tái)。它主要由系統(tǒng)主站、通信裝置、無功設(shè)備規(guī)劃與監(jiān)控、優(yōu)化控制等應(yīng)用軟件組成。系統(tǒng)首先通過計(jì)算線路潮流分布，對(duì)10kV線路無功補(bǔ)償裝置的安裝點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置在線路的多點(diǎn)分布。然后利用GPRS遠(yuǎn)程通信功能，在線監(jiān)測(cè)多點(diǎn)無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行狀況，根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，采用智能優(yōu)化算法分析無功補(bǔ)償設(shè)備最優(yōu)投切方案，最后控制器通過“遙調(diào)、遙控”實(shí)現(xiàn)主站系統(tǒng)對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

2 典型案例

2.1 存在的問題

新疆某35kV變電站10kV線路上無功補(bǔ)償裝置原來為單點(diǎn)固定投切補(bǔ)償，存在無功補(bǔ)償不精細(xì)，靈活性低、布局不合理等問題，由于多種原因有幾臺(tái)無功補(bǔ)償設(shè)備已經(jīng)退出運(yùn)行，且用戶對(duì)目前投入運(yùn)行的設(shè)備狀態(tài)無法實(shí)時(shí)掌握。

2.2 解決方案

該升級(jí)改造項(xiàng)目新增1套多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償后臺(tái)系統(tǒng)安裝于項(xiàng)目10kV線路所屬變電站主控室，并具備“四遙”功能。系統(tǒng)首先利用多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)10kV線路上原有設(shè)備及預(yù)備新增的無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理分配，以實(shí)現(xiàn)最大程度上的無功就地補(bǔ)償，然后通過對(duì)已安裝設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的協(xié)調(diào)控制。

2.3 實(shí)施效果

該項(xiàng)目的實(shí)施后提高了10kV線路功率因數(shù)，大大降低線路損耗，并提高了該線路無功補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)化運(yùn)行水平。

2.4 研究展望

首先，要加強(qiáng)電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，提高特殊負(fù)荷電能質(zhì)量問題的可監(jiān)控性；其次就是完善電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)，對(duì)各類電能質(zhì)量控制裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，使其具有自診斷、自愈功能，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化。

3 結(jié)論

當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的發(fā)展與日俱進(jìn)，為適應(yīng)快速發(fā)展變化的配電網(wǎng)，本文所研究的基于多點(diǎn)無功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的無功優(yōu)化系統(tǒng)是經(jīng)過大量實(shí)踐總結(jié)的寶貴的經(jīng)驗(yàn)，是響應(yīng)新一輪農(nóng)網(wǎng)升級(jí)改造和城鎮(zhèn)配電網(wǎng)建設(shè)的重要一步，有利于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)節(jié)能降損、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 彭明智，劉永強(qiáng)，趙富強(qiáng).風(fēng)電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].低壓電器，2010（07）.

[2] 胡文錦，武志剛，張堯，鐘慶.風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量分析與評(píng)估[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009（04）.

[3] 劉兵，李群湛.電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化配置[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009（06）.