區(qū)域低壓配電網(wǎng)無功補償策略研究

徐婷 冷淼

摘 要：低壓配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的終端，直接給各種類型的電力負荷供電，維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定是保證各類用電負荷可靠運行的首要前提，而電壓的穩(wěn)定主要取決于系統(tǒng)的無功平衡。因此，本文在分析比較各類無功補償設備特點的基礎上，提出適用于低壓配電網(wǎng)，且分別對應于規(guī)劃與運行階段的離線補償與實時動態(tài)補償策略。

關鍵詞：低壓配電網(wǎng);電壓;無功補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.192

0 引言

電壓是衡量電能質量最重要的指標之一，規(guī)定在35kV及以下區(qū)域低壓配電網(wǎng)正常運行時，電壓偏差不得超過，電壓質量下降將會對設備壽命、產(chǎn)品質量和產(chǎn)量造成不良影響，嚴重狀態(tài)下甚至會威脅到人身和財產(chǎn)安全。而對于電力系統(tǒng)本身，電壓質量也是關乎系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要指標。而保證配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定最首要的任務是維持系統(tǒng)終端無功功率的平衡。

1 無功補償設備分析

（1）同步調相機。同步調相機是唯一的有源無功補償設備，一般都裝有電壓檢測裝置，通過對反饋信號的處理自動調節(jié)勵磁電流，以使其平滑的在過勵磁和欠勵磁兩種運行狀態(tài)間過渡，在過勵磁狀態(tài)下，向系統(tǒng)中注入無功;在欠勵磁狀態(tài)下，吸收系統(tǒng)中過剩的無功。同步調相機具有有源無功補償設備獨特的優(yōu)勢，即可以根據(jù)需要，任意平滑調整輸出無功的值，以維持電壓穩(wěn)定。但旋轉設備運行維護成本高且復雜，又會產(chǎn)生大約1.5%～5%有功損耗，且容量越小，比重越大。故同步調相機宜大容量集中使用。作為傳統(tǒng)的無功補償設備，同步調相機也因其較慢的響應速度越來越不適應電網(wǎng)的高速發(fā)展，因此，其補償容量的比重呈逐年減少的趨勢。

（2） 靜止電容器。靜止電容器可按三角形或星形接線方式連接在低壓變電所母線上。靜止電容器用作無功補償設備，其最大的劣勢是只能向系統(tǒng)中注入無功功率，對電壓進行單方向的調節(jié)，即當系統(tǒng)電壓因故降低時，補償無功反而減少，會造成系統(tǒng)電壓的進一步下降，這也是無源無功補償設備無法克服的缺點。但由于靜止電容器結構簡單，使用方便，可根據(jù)需要分組投切，即可集中又可分散使用等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)各低壓母線以及工廠企業(yè)等需要提高功率因數(shù)的地方廣泛采用。

（3） 靜止無功補償器。靜止無功補償器是在靜止電容器的基礎上發(fā)展而來的，考慮到靜止電容器只能向系統(tǒng)供給無功的特點，將電抗器與其配合使用，達到既能發(fā)出又能吸收無功的目的，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o功補償設備。應用最廣泛的三種類型分別為晶閘管控制電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC），飽和電抗器型（SR）。晶閘管作為典型的半控型電力電子器件，可根據(jù)實際需要，通過控制回路實現(xiàn)弱電對強電的控制，控制方式靈活，應用于無功補償設備之后，可使電壓的調整更加動態(tài)、迅速和平滑，在該領域研究晶閘管的控制方式也已成為研究區(qū)域配電網(wǎng)無功補償?shù)臒狳c。

2 低壓配電網(wǎng)無功補償策略

低壓配電網(wǎng)終端10kV變380V，是電力系統(tǒng)與用戶的重要交接處，然后，由于終端電壓等級較低，往往被忽略，因此引發(fā)的電壓質量差，區(qū)域電能損耗大等問題不斷突顯，本節(jié)所研究的低壓配電網(wǎng)無功補償策略即針對這一部分，主要包括兩方面內容：一是如何選擇補償容量以及無功補償電源的最優(yōu)分配;二是如何根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時動態(tài)補償。

（1）離線補償。離線補償即在系統(tǒng)規(guī)劃初期，根據(jù)系統(tǒng)中可能傳輸?shù)墓β蚀笮?，確定總體補償方案，基本途徑即選擇能夠直接反映補償經(jīng)濟性的目標函數(shù)，在滿足限定條件的前提下，使目標函數(shù)得到最優(yōu)解，即無功補償?shù)淖顑?yōu)分配。目標函數(shù)有多種選擇，通常選擇網(wǎng)網(wǎng)絡損耗為目標函數(shù)。假設某一低壓配電網(wǎng)終端系統(tǒng)結構如圖1所示，為各補償點至總變電所低壓母線的等效電阻，系統(tǒng)運行時段，系統(tǒng)中總傳輸無功功率分別為。

假定補償容量為，則可確定目標函數(shù)如式2-1所示：

（2-1）

為使網(wǎng)損最小，可另對取偏微分并另其為0，確定補償容量：

（2-2）

式中，代表年平均無功負荷，為單位補償?shù)挠泄p耗，為無功負荷最大值，為最大負荷利用小時數(shù)。

（2）實時動態(tài)補償。離線補償策略對無功進行的補償是建立在無功年均值的基礎上的，而系統(tǒng)的無功負荷波動是經(jīng)常性、無規(guī)律可循的，為了實時響應系統(tǒng)負荷變化，維持無功平衡，就要進行實時動態(tài)補償。為達到實時動態(tài)補償?shù)男Ч?，就要求電力調度室實時采集低壓終端電參數(shù)，經(jīng)分析處理，轉化為執(zhí)行命令，遠程控制終端無功補償設備進行實時補償?shù)恼{整，以平滑的調整電壓。因此，要求調度室的計算機系統(tǒng)要有強大的計算能力，通信暢通無故障。

3 結束語

保證電壓質量的首要任務是維持系統(tǒng)無功平衡，本文在分析各種無功補償設備的特點、應用場合等基礎上，針對容易被忽視的系統(tǒng)低壓終端，總結出實用的低壓配電網(wǎng)無功補償策略，即系統(tǒng)規(guī)劃中的離線補償策略與運行中的實時動態(tài)補償策略，為電力系統(tǒng)終端電壓調整提供了依據(jù)。

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基金項目：吉林省高校汽車電子技術工程研究中心

作者簡介：徐婷（1989-），女，吉林松原人，碩士研究生，講師，主要研究方向：電氣節(jié)能、傳動系統(tǒng)建模與智能優(yōu)化控制。

*為通訊作者