畢業(yè)設(shè)計---配電網(wǎng)無功補償方法及優(yōu)化

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題目 配電網(wǎng)無功補償方法及優(yōu)化 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書</p><p>　?。?017應(yīng)屆畢業(yè)生）</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p><b>　　課題的來源&

2、lt;/b></p><p>　　無功補償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視,合理地投停使用無功補償設(shè)備,對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運行都有著十分重要的作用。通過討論無功補償?shù)囊饬x、無功功率不足產(chǎn)生的不利影響、無功補償?shù)脑瓌t、如何確定無功補償容量和方法、以及無功補償電容器安裝及運行中的安全問題等問題,希望做好無功優(yōu)化,從客戶的節(jié)能效益和提高電能質(zhì)量為原則,積極探尋技術(shù),以保證用電

3、客戶安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行。</p><p>　　2．該課題有什么意義 </p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情

4、況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時，就可能在電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。 </p><p>　　合理的無功補償點的選擇以及補償容量的確定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功的遠距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費用。采用無功補償可以收到以下效果： </p><p>　?、?#160;減少電力損失，一般工廠動力配線依據(jù)不同的線

5、路及負載情況，其電力損耗約2%--3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。 </p><p>　?、?#160;改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。  </p><p>　?、?#160;延長設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)

6、飽和的變壓器、開關(guān)等機器設(shè)備和線路容量負荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍） </p><p>　?、?#160;最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。 </p><p>　　3．該課題的內(nèi)容在國內(nèi)處于什么水平？</p><p>　　相比于國外，尤其是發(fā)達國家的配電網(wǎng)絡(luò)

7、，我國的配電網(wǎng)發(fā)展相對落后，尤其是位于農(nóng)村地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)，長期面臨著設(shè)備老化、線路網(wǎng)架薄弱等問題。配電網(wǎng)輸電線路長，分支結(jié)構(gòu)復(fù)雜且負荷點分散，用電負荷受季節(jié)影響變化明顯，使得配電網(wǎng)面臨的問題更加復(fù)雜化。我國配電網(wǎng)經(jīng)常運行在低功率因數(shù)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)損耗大，線路利用率低，在一些地區(qū)仍然存在著數(shù)量眾多的高耗能變壓器。低功率因數(shù)會導(dǎo)致線路的電壓損耗增加，尤其對于長線路來說，過高的電壓損耗還會影響末端負荷的用電。在我國lOkV的配電網(wǎng)絡(luò)中，一般只是在

8、專用變壓器側(cè)加裝了無功補償裝置，而數(shù)量眾多的公用變壓器卻沒有，使得配電網(wǎng)的補償度不高，網(wǎng)絡(luò)的降損空間較大。因此，在配電線路上裝設(shè)無功補償裝置顯得格外重要。在lOkV配電網(wǎng)中，將并聯(lián)電容器等無功補償裝置安裝在線路桿塔上，能夠進一步提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。相比于分散在主變壓器的無功補償，裝設(shè)與配電線路上無功補償具有集中補償，設(shè)備利用高，基本不占有土地的特點，彌補了變壓器低壓側(cè)缺少無功的缺點，減少了線路上輸送的無功功率。線路補償尤其是應(yīng)用

9、于線路較長、功率因數(shù)低的線路，降低線路損耗，提高電能質(zhì)量的效果相當(dāng)明顯。</p><p>　　無功補償裝置按照連接方式的不同可以分為串聯(lián)補償裝置和并聯(lián)補償裝置。串聯(lián)補償裝置的主要目用于改善線路的阻抗參數(shù)，以此來提高線路的傳輸能力，比如在輸電線路中串聯(lián)電容器來減小線路的電氣距離；并聯(lián)補償裝置主要用于補償系統(tǒng)無功功率，對線路電壓進行調(diào)整控制。根據(jù)補償對象的不同，并聯(lián)無功補償裝置又可以分為系統(tǒng)補償裝置和負荷補償裝置兩種

10、。系統(tǒng)補償裝置是指用于補償配電系統(tǒng)無功功率，提高電壓穩(wěn)定性，維持系統(tǒng)穩(wěn)定，優(yōu)化無功潮流的裝置；負荷補償裝置是指用于單個或單組用電負荷無功補償?shù)难b置，目的是提高負荷功率因數(shù)，減少電壓波動和電壓閃變，改善負荷處的電壓質(zhì)量。</p><p>　　4.課題擬采用的新方案和新技術(shù)：</p><p>　　目前主要兩大類優(yōu)化方法：一類傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，這類算法從某個初始點出發(fā)，按照一定的軌跡不斷改進當(dāng)前解

11、，最終收斂于最優(yōu)解。這類優(yōu)化算法主要有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、混合整數(shù)規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法； 　　該類方法經(jīng)歷了三個階段，第一是僅考慮等式約束的基于拉格朗日函數(shù)的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則概念清楚、簡捷快速，在電力系統(tǒng)運行調(diào)度和方式制訂上作用顯著，尤其是憑經(jīng)驗進行的決策；第二是考慮不等式約束的各類優(yōu)化算法，如梯度類算法、線性規(guī)劃法、二次規(guī)劃法及混合整數(shù)規(guī)劃法等；第三是障礙函數(shù)類算法，如內(nèi)點法，該類算法具有計算速度與求解問題規(guī)模

12、不大相關(guān)等特殊優(yōu)點，因而成為優(yōu)化研究領(lǐng)域的一個熱點。 　　另一類是智能優(yōu)化算法，它們從一個初始解群體開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采集某種方式自適應(yīng)地搜索最優(yōu)解人工智能算法是一種以一定的直觀基礎(chǔ)而構(gòu)造的算法。近年來，基于對自然界和人類本身的有效類比而獲得啟示的智能算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用受到了人們的關(guān)注，具有代表性的有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、模擬退火法、遺傳算法等。智能方法是無須解析表達就能進行優(yōu)化的方法，包括具有不同智能

13、程度的一系列搜索優(yōu)化算法。它們以一個初始解</p><p>　　5.課題計劃及進度安排：</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 配電網(wǎng) ···············

14、;·······························12</p><p>　　1.1配電網(wǎng)的基

15、本概念 ····································

16、····12</p><p>　　1.2配電網(wǎng)的組成 ···························

17、;·················12</p><p>　　1.3配電網(wǎng)的分類 ·············

18、3;······························12</p><p>　　第二章 無功功率 

19、3;····································&#

20、183;·······13</p><p>　　2.1什么是無功功率 ·······················

21、···················13</p><p>　　2.2無功功率的物理意義···········

22、83;···························13</p><p>　　2.3無功功率對配電網(wǎng)的影響··

23、3;································15</p><p>　　第

24、三章 無功補償?shù)睦碚摷把b置··································17&

25、lt;/p><p>　　3.1無功功率理論的發(fā)展·······························

26、········17</p><p>　　3.2無功功率補償裝置的發(fā)展······················&

27、#183;············17</p><p>　　3.3無功功率動態(tài)補償?shù)脑?#183;················&#

28、183;·················18</p><p>　　3.4無功補償電容器·············&

29、#183;·····························19</p><p>　　3.5靜止無功發(fā)生器·

30、····································

31、3;·····22</p><p>　　第四章 無功補償方法優(yōu)化·························&

32、#183;············25</p><p>　　4.1無功優(yōu)化的基本原則及要求·················&

33、#183;···············25</p><p>　　4.2影響無功優(yōu)化的因素··············

34、3;························27</p><p>　　4.3無功優(yōu)化的一般模型······&

35、#183;································28</p><p>

36、　　4.4無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)··································

37、83;······29</p><p>　　4.5無功優(yōu)化約束條件························&

38、#183;················31</p><p>　　結(jié) 論···············&

39、#183;····································

40、;···33</p><p>　　致 謝·····························

41、;···························34</p><p>　　參考文獻····

42、3;····································&#

43、183;·········· 35</p><p>　　論文/設(shè)計/報告原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文/設(shè)計/報告是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了論文/設(shè)計/報告中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文/設(shè)計/報告不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或

44、撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　論文/設(shè)計/報告版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本論文/設(shè)計/報告作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文/設(shè)計/報告的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)論文/設(shè)計/報告管理部門或機構(gòu)送交論文/設(shè)計/報

45、告的復(fù)印件和電子版，允許論文/設(shè)計/報告被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀論文/設(shè)計/報告評選機構(gòu)將本論文/設(shè)計/報告的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文/設(shè)計/報告。</p><p>　　本論文/設(shè)計/報告屬于</p><p>　　1、保密 □，在_________年解密后適用本授權(quán)書。</p><p>　　2、&

46、#160; 不保密 □。</p><p>　　（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”）</p><p>　　作者簽名：_________ 年 月 日 </p><p>　　導(dǎo)師簽名：_________ 年 月 日 </p><p><b>　　摘 要</b><

47、;/p><p>　　在電力系統(tǒng)中，存在著消耗大量無功功率的設(shè)備，這些設(shè)備的使用會給電力系統(tǒng)電壓產(chǎn)生激烈的波動，例如沖擊性的無功功率負載：軋鋼機，電弧爐，電氣化鐵道等。同時用戶中又有對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備：如計算機，醫(yī)用設(shè)備等。如果無功功率不能及時控制，就會對電網(wǎng)電壓造成不良影響。另外無功儲備的不足會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平的降低。鑒于以上原因，如何快速有效解決電力系統(tǒng)中的無功缺額。具有重要的現(xiàn)實意義。</

48、p><p>　　本文分為五個部分，第一部分介紹配電網(wǎng)的基本概念，組成和分類；第二部分無功功率，介紹什么是無功功率，無功功率的物理意義，無功功率對電力系統(tǒng)的影響。第三部分無功補償?shù)难芯?，介紹了兩種無功補償?shù)难b置：無功補償電容器和靜止無功發(fā)生器。第四部分無功優(yōu)化，分別介紹影響無功優(yōu)化因素，無功優(yōu)化的一般模式目標(biāo)函數(shù)和約束條件。 </p><p>　　關(guān)鍵字：無功補償 無功優(yōu)化 電力系統(tǒng) 補償電容器

49、 靜止無功發(fā)生器</p><p><b>　　第一章 配電網(wǎng)</b></p><p>　　1.1配電網(wǎng)的基本概念</p><p>　　配電網(wǎng)（Distribution Network）是指在電力網(wǎng)中起電能分配作用的網(wǎng)絡(luò)。通常是指電力系統(tǒng)中二次降壓變壓器低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　1.2配電網(wǎng)

50、的組成：</p><p>　　架空或電纜配電線路、配電開關(guān)類設(shè)備、配電所、柱上變壓器、配電箱等。</p><p><b>　　1.3配電網(wǎng)分類</b></p><p>　　1、配電網(wǎng)按電壓等級來分類</p><p>　?。?）高壓配電網(wǎng)(35-110kV)；</p><p>　?。?）中壓配電網(wǎng)(

51、6-10kV)；</p><p>　?。?）低壓配電網(wǎng)(220-380V)；</p><p>　　2、按供電區(qū)的功能來分類</p><p>　?。?）城市配電網(wǎng)（城網(wǎng)；）</p><p>　?。?）農(nóng)村配電網(wǎng)（農(nóng)網(wǎng)）；</p><p>　　（6）工廠配電網(wǎng)等。</p><p>　　圖1　配電網(wǎng)系

52、統(tǒng)各種無功補償方式示意圖</p><p><b>　　第二章 無功功率</b></p><p>　　2.1什么是無功功率</p><p>　　電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁原理工作的，他們能在能量交換中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。但電源能量再通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅僅在用電負荷與電源之間進往復(fù)交換，由

53、于這種交換功率不對外做功，因此成為無功功率。無功功率反映了內(nèi)部與外部往返交換的能量情況，但并不像有功功率那樣表示單位時間內(nèi)所做的平均功率，無功功率的符號用Q表示，單位為乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。</p><p>　　2.2無功功率的物理意義</p><p>　　前面說過，無功功率只是描述能量交換的幅度，并不消耗功率，圖2-1的單相電路就是這一方面的例子，其負載為感性

54、負載。電阻消耗有用功，而電感則在一周期內(nèi)的一部分時間內(nèi)把從電源吸收的能量儲存起來，另一部分時間再把儲存的能量向電源和負載釋放，并不消耗能量。無功功率的大小表示了電源和負載電感之間能量交換的幅度。電源向負載提供這種無功功率是阻感負載內(nèi)的需要，同時對電源的輸出帶來一定的影響。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　圖2-2是帶有負載的三相電路，

55、為了和圖2-1相對照，假設(shè)U、R、L的參數(shù)均和2-1相同，為對稱三相電路。這是無功功率的大小當(dāng)然表示了電源和負載電感之間的能量交換幅度。無功能量在電源和負載間來回流動。同時，可以證明，各項的無功功率分量（）的瞬時值之和在任一時刻都為零。因此，也可以認為無功能量是在三相之間流動。這種流動是通過阻感負載進行的。</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>

56、;　　圖2-2是一個靜止無功發(fā)生器電路（SVG）。通過對各半導(dǎo)體開關(guān)器件的適當(dāng)控制，其電源電流的相位可以比電壓超前，使SVG發(fā)出的無功功率或吸收無功功率。在進行PWM控制時，如果開關(guān)頻率足夠高C的容量就可以足夠小。因此，C可以不被看成儲能元件。同樣，只要開關(guān)頻率足夠高，SVG交流側(cè)電感L也可以足夠小，L也不是交換無功能量意義上的電感。因此，這種電路可以近似看成無儲能元件的電路。這時，無功能量的交換就不能看成是在電源和負載儲能元件之間進行

57、的。因為各相無功分量的瞬時值之和在任一時刻都為零。因此，仍可以認為無功能量在三相之間流動。事實上，三相三線電路無論對稱還是不對稱，無論含諧波還是不含諧波，各無功分量的瞬時值都為零。這一結(jié)論是普遍成立的，因此，可以認為無功能量是在三相之間流動的。</p><p><b>　　圖2-3a</b></p><p>　　圖2-3a是帶有電阻負載的單相橋式可控整流電路，圖2-3

58、b是時u和i的波形。這時電路的有功功率為</p><p><b>　　圖2-3b</b></p><p><b>　　電流i的有效值為</b></p><p><b>　　功率因數(shù)為</b></p><p><b>　　無功功率Q為</b></p&g

59、t;<p>　　其無功功率一部分是由基波電流移相產(chǎn)生的，另一部分是由諧波電流產(chǎn)生的。因為負載中沒有儲能元件，而且是單相電路，所以，這里沒有上述意義上的無功能量的流動，其無功功率是由電路非線性產(chǎn)生的。</p><p>　　2.3無功功率對電力系統(tǒng)的影響</p><p>　　傳統(tǒng)的無功功率是由儲能元件引起的負荷與電源之間能量交換的最大值，是負荷與電源間交換能量的一種度量。但隨著科

60、學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多非儲能元件也會吸收無功這主要是器件的非線性引起的。電力系統(tǒng)中的無功消耗主要來自兩個方面，一是輸電線路自身消耗的無功，另一方面是負荷消耗的無功。輸電設(shè)備在輸送電能時要吸收一定的無功，在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中為了提高電網(wǎng)的輸送容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般會對這部分無功進行補償，如對線路進行串聯(lián)補償，一些重要的節(jié)點進行并聯(lián)補償。負荷吸收的負載主要是指感性負載和大量的非線性負荷消耗無功，如工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中使用的異步電動機，日光燈、以及各

61、種變流設(shè)備，工業(yè)電爐、電氣機車等，這些負荷中有些容量很大，再啟動和使用中都會吸收大量的無功，常會引起電網(wǎng)電壓波動和畸變。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，負載中的感性負載會降低電網(wǎng)的功率因數(shù)，會給電力系統(tǒng)產(chǎn)生下列不良影響。</p><p>　?。?）降低發(fā)電機組的輸電能力和輸變電設(shè)備的輸電能力，是電氣設(shè)備的效率降低，發(fā)電和輸變電成本提高。</p><p>　?。?

62、）增加了輸電損耗，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。</p><p>　　（3）增加了電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的電壓損耗，引起電壓的波動和閃變。</p><p>　　第三章 無功補償?shù)睦碚摷把b置</p><p>　　3.1無功功率理論的發(fā)展</p><p>　　傳統(tǒng)的功率定義大都建立在均值的基礎(chǔ)上的。單相正弦電路或者三相對稱正弦電路中，利用傳統(tǒng)概念定義的有用功率、無用

63、功率、視在功率、和功率因數(shù)的概念都很清楚。但當(dāng)電壓或者電流含有諧波時，或三相電路不平衡時，功率現(xiàn)象比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的概念無法正確的對她作出解釋和描述。建立能包含畸變和不平衡現(xiàn)象的完善的功率理論，是電路理論中的一個重要的基礎(chǔ)課題。</p><p>　　學(xué)術(shù)界有關(guān)功率理論的爭論可以追溯到20世紀(jì)20和30年代，Eudeanu和Fryze最早分別提出在頻域定義和時域定義的方法，以后又有各種定義和理論不斷出現(xiàn)。20世紀(jì)80

64、年代以來，新的定義和理論更是不斷推出。自1991年以來，已多次舉辦了專門的討論非正弦情況下功率定義和測量問題的國際會議，但迄今為止仍未找到解決問題的理論和方法。新的理論往往是解決了前人未解決的問題，同時卻也存在著另一些不足，或引出了新的待解決的問題。對新提出的功率定義和理論應(yīng)具有如下要求：</p><p>　?。?）物理意義明確，能清晰地解釋各種功率現(xiàn)象，并能在某種程度上與傳統(tǒng)概念理論一致。</p>

65、<p>　?。?）有利于對諧波源和無功功率的辨別和分析，有利于對諧波和無功功率的流動的理解。</p><p>　?。?）有利于對諧波和無功功率的補償和抑止，并能為其提供理論指導(dǎo)。</p><p>　?。?）能夠被精確測量，有利于有關(guān)諧波和無功功率的檢測、管理和收費。</p><p>　　根據(jù)上述要求，可將現(xiàn)有的無功功率理論分為圖3-1所示的三大類。迄今

66、為止各種無功功率定義和理論只解決一兩方面的問題不能滿足全部需求。Czarnecki和Depenbrock的工作對第一類功率理論一兩解決起了較大的促進作用。H.Akagi提出的瞬時無功理論解決了諧波和無功的瞬時檢測和不用儲能元件實現(xiàn)諧波和無功補償?shù)葐栴}，無功補償裝置的研究開發(fā)起到了很大的推動作用。但這一理論的物理意義較為模糊，與傳統(tǒng)理論的關(guān)系不夠明確，在解決的一類問題和第三類問題時有一定困難。對第三類理論問題的研究雖然取得了一定的成果，但

67、迄今沒有較大突破。總之如果建立更為完善的功率定義和理論，特別是為供電企業(yè)和電力用戶廣泛接受，還需要進行更多的努力。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.2無功功率補償裝置的發(fā)展</p><p>　　傳統(tǒng)的無功補償是用普通開關(guān)將電容器或者電抗器投入電網(wǎng)，它會產(chǎn)生很大的沖擊電流，而且，將電容器從電路中切除時，會產(chǎn)生

68、拉弧現(xiàn)象，現(xiàn)已被動態(tài)補償裝置逐漸代替。早期的動態(tài)補償裝置是同步調(diào)相機SC，它是用來專門產(chǎn)生無功功率的同步電動機，它能產(chǎn)生不同大小容性或者感性的無功功率。70年代以來，同步調(diào)相機已經(jīng)開始逐漸被靜止無功補償裝置（SVC）所代替。1977年美國GE公司首次在實際電力系統(tǒng)中演示運行其使用了晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年，在美國電力研究院的支持下，美國西屋電氣公司制造的使用晶閘管的靜止無功補償裝置投入實際使用。靜止無功補償裝置包括晶閘管控制

69、的電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）以及兩者的混合裝置TCR+TSC，或者晶閘管控制電抗器和固定電抗器（FC）或機械投切電容器（MSC）混合使用的裝置。在國內(nèi)SVC越來越廣泛的被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，成為電力系統(tǒng)中支持電網(wǎng)電壓的重要手段。</p><p>　　3.3無功功率動態(tài)補償?shù)脑?lt;/p><p>　　早期的無功補償裝置不能跟蹤負荷無功需求的變化，而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對無功功

70、率進行快速動態(tài)補償?shù)男枨笤絹碓酱?。對電力系統(tǒng)中的無功功率進行快速的動態(tài)補償，可以實現(xiàn)對動態(tài)無功負荷的功率因數(shù)的校正、改善電壓調(diào)整、提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩、降低過電壓、減少電壓閃爍、阻尼次同步振蕩、減少電壓和電流的不平衡。應(yīng)當(dāng)指出的是，以上的這些功能雖然是相互關(guān)聯(lián)的，但實際的靜止無功補償裝置往往只是對其中某一條或者幾條為直接控制目標(biāo)，其控制策略亦因此而有所不同。因此，這些功能有的屬于對一個或者幾個在一起的負載的補償效

71、果(負載補償)，有的則是以整個輸電系統(tǒng)性能的改善和傳輸能力的提高為目的(輸電補償)，而改善電壓調(diào)整，提高電壓穩(wěn)定性，則可以看作是兩者的共同目標(biāo)。</p><p>　　下面以改善電壓調(diào)整的基本功能為例，對無功功率動態(tài)補償?shù)脑碜龊喴慕榻B。</p><p>　?。╝）圖3-2(b)</p><p>　　圖3-2(a)所示為系統(tǒng)、負載和補償器的單相等效電路圖。其中，

72、U為系統(tǒng)電壓，R和X為系統(tǒng)電阻和電抗。假定負載變化很小，故有，則假定R《X，反映系統(tǒng)電壓與無功規(guī)律變化的特性曲線如圖3-2(b)中實線所示，由于系統(tǒng)電壓變化不大，其橫坐標(biāo)也可以換為無功電流?？梢钥闯?，該特性曲線是向下傾斜的，即隨著系統(tǒng)供給的無功功率Q的增加，系統(tǒng)電壓下降。由電力系統(tǒng)中的分析可知，系統(tǒng)的特性曲線可近似用下式表示</p><p>　　式中 ——無功功率為零時的系統(tǒng)電壓</p>&l

73、t;p><b>　　——系統(tǒng)短路容量</b></p><p>　　由上式可見，無功功率的變化將引起系統(tǒng)電壓成比例的變化。投入補償器后，系統(tǒng)供給的無功功率為負載和補償器無功功率之和，即</p><p>　　因此，當(dāng)負載無功功率變化時，如果補償器的無功功率總能彌補的</p><p>　　變化，從而使Q維持不變，即，則也將為0，供電電壓保持恒定

74、。這就是對無功功率進行動態(tài)補償?shù)脑怼?lt;/p><p>　　3.4無功補償電容器</p><p>　　設(shè)置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，目前在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。使用并聯(lián)電容補償器具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟方便的優(yōu)點。</p><p>　　(1)并聯(lián)電容器補償無功功率的原理</p><p>　　在實際的電力系統(tǒng)中，大部分負載為異步電動

75、機。包括異步電動機在內(nèi)的多 數(shù)電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R電感L串聯(lián)的電路其功率因數(shù)為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　給R、L電路并聯(lián)接入C電路，該電路的電流方程為</p><p>　?。?-2）

76、 </p><p>　　由于并聯(lián)電容電壓與的相位差變小來了，供電回路的功率因數(shù)提高了。因此，電流的相位滯后電壓,這種情況叫欠補償。</p><p>　　若電容C的容量過大，使得供電電流的相位超前電壓，這種補償叫做過補償。通常不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，因為會引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，而容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會則增加電能的損耗，使溫升增大，影響點電容的壽命。</p>

77、;<p>　?。?）并聯(lián)電容器補償容量的計算</p><p>　　電容器的補償容量與采用的補償方式、未補償時的負載情況、電容器接法有關(guān)。</p><p>　　集中補償和分組補償?shù)娜萘坑嬎銜r，總的補償容量由下式?jīng)Q定：</p><p>　?。?-3） </p><p><b>　　或</b><

78、/p><p><b>　?。?-4） </b></p><p>　　式中——由變配電所供電的月最大有功計算負載（KV）</p><p>　　—— 月平均負載率，一般可取0.7到0.8之間</p><p>　　——補償前的功率因數(shù)角，可取最大負載時的值</p><p>　　——補償后的功率因數(shù)角，參

79、考電力部門的要求確定一般可取0.9到0.95</p><p>　　——電容補償率(Kvar/KW),即每千瓦有功負載需要補償?shù)臒o功功率，。</p><p>　　電容器接法不同時，每相電容器所需的容量是不一樣的。</p><p>　　電容器組成星形連接時</p><p><b>　　(3-5)</b></p>

80、<p>　　式中——裝設(shè)地點電網(wǎng)電壓（V）</p><p>　　——電容器組的線電壓（A） </p><p>　　——每相電容器組的電容量（F）</p><p>　　考慮到電網(wǎng)電壓的單位常用KV，的單位為Kvar，則星形聯(lián)接時每相電容器的容量為</p><p><b>　　(3-6)</b></p>

81、;<p><b>　　式中，的單位是。</b></p><p>　　電容器組為三角形聯(lián)結(jié)時</p><p><b>　　(3-7) </b></p><p>　　若線電壓Ｕ的單位為KV則每相電容的容量（單位為）</p><p><b>　　(3-8) </b>

82、;</p><p>　　就地補償電容容量計算</p><p>　　單臺異步電動機裝有就地補償電容器時，如電動機突然與電源斷開，電容器將對電動機放電而產(chǎn)生勵磁現(xiàn)象。如果補償電容器補償過大，可能因電動機慣性轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生過電壓，導(dǎo)致電動機損壞。為防止這種情況，不宜使電容器補償容量過大，應(yīng)以電容器組在此時的放電電流大于電動機的空載電流為限，即</p><p><b>

83、;　　(3-9)</b></p><p>　　式中 ——供電系統(tǒng)額定線電壓（v）</p><p>　　—— 電動機額定空載電流（A）</p><p>　　若電動機空載電流在產(chǎn)品樣品中查不到可用下式估算： </p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　3

84、.5靜止無功發(fā)生器</p><p>　　靜止無功功率補償器簡稱靜止補償器（SVC）,出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，是目前為止應(yīng)用較多的動態(tài)無功補償裝置。SVC主要有并聯(lián)電容器組、可調(diào)飽和電抗器以及檢測與控制系統(tǒng)三部分組成。其兼有電容器和調(diào)相機兩者的優(yōu)點，可在幾個周期內(nèi)快速完成調(diào)節(jié)，保護網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。SVC平滑的動態(tài)補償特性是指補充進電網(wǎng)的無功電流是按照電網(wǎng)的無功需求變化而變化的。由于無功和電網(wǎng)是直接聯(lián)

85、系的，所以調(diào)節(jié)無功在很大程度上是為了系統(tǒng)電壓質(zhì)量和電壓支撐。靜止無功發(fā)生器就是典型的一種靜止無功功率補償裝置。</p><p>　　1．靜止無功發(fā)生器的原理</p><p>　　靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)是應(yīng)無功補償快速、準(zhǔn)確和減少諧波的要求而出現(xiàn)的，是采用變流器結(jié)構(gòu)和新型電力電子器件、智能控制芯片實現(xiàn)的高性能無功補償系統(tǒng)。目前研究的熱點主要圍繞改善電路結(jié)構(gòu)、改進信號測量技術(shù)、尋找更佳的控制方式及

86、濾波等方面。在進行具體的設(shè)計之前，有必要對靜止無功發(fā)生器的基本原理加以介紹。其中，由于無功電流檢測的準(zhǔn)確性、快速性關(guān)系到系統(tǒng)性能的好壞，因此專門對本文所采用的基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測原理做詳細介紹。</p><p>　　2．靜止無功發(fā)生器的分類</p><p>　　所謂靜止無功發(fā)生器 (SVG)，就是指由自由換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。簡單地說，它的基本原

87、理就是將自換相橋式變流電路通過電抗或直接并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功功率，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。在三相平衡電路中，不論負載的功率因數(shù)如何，三相瞬時功率的和是一定的，在任何時刻都等于三相總的有功功率，而三相無功功率的和為零?？偟膩砜慈嚯娫磁c負載間沒有無功能量的傳輸，各相的無功量是在三相之間來回往返的。因而從理論上來講，SVG直流側(cè)不需要設(shè)

88、置儲能元件。實際上考慮到變流電路吸收的電流并不是只有基波，其諧波的存在也多少會造成總體看來有少許無功能量在電源和SVG之間往返。所以，為了維持橋式變流電路的正常工作，其交流側(cè)仍需一定大小的電感或電容作為儲能元件。靜止無功發(fā)生器根據(jù)直流側(cè)儲能元件的不同，可以分為電壓型和電流型兩種，結(jié)構(gòu)圖分別如圖3-3中(a)、(b)所示。電壓型橋式電路需要串聯(lián)電抗器后才能并入電網(wǎng)，而電流型橋式電路需要在交流側(cè)并聯(lián)上電容器，以吸收換相產(chǎn)生的過電壓。<

89、/p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　不論是電壓型還是電流型結(jié)構(gòu)，其無功補償?shù)幕驹硎窍嗤ǖ?。但在實際應(yīng)用中，電壓型結(jié)構(gòu)的靜止無功發(fā)生器效能更高，因此迄今投入實用的SVG大多采用電壓型橋電路。下面以電壓型SVG系統(tǒng)為例，對其結(jié)構(gòu)和基本原理進行詳細介紹。</p><p>　　電壓型靜止無功發(fā)生器的基本原理</p>

90、;<p>　　SVG正常工作時是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的開通和關(guān)斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個電壓型逆變器，只不過交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波頻率時，SVG可以等效視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。所以，SVG的工作原理就可以用如圖4-4所示的單相等效電路圖來說明。</p><p><b&g

91、t;　　圖4-4</b></p><p>　　設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出的交流電壓分別用相量和表示，則連接電抗X上的電壓即為和，的相量差，而連接電抗的電流是可以由其電壓來控制的。這個電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流因此，改變SVG的交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。</p>&l

92、t;p>　　在圖4-4(a)的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒有考慮電阻損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況下，只需使和同相，僅改變的幅值大小即可控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后，并且能控制該電流的大小。如圖4.2(b)所示，當(dāng)U大于認時，電流超前電壓，SVG吸收容性的無功功率;當(dāng)小于時，電流滯后電壓，SVG吸收感性的無功功率。</p><p>　　考慮到連接電抗器的損

93、耗和變流器本身的損耗(如管壓降、線路電阻等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則SVG的實際等效電路如圖4-5（a)所示，其電流超前和滯后工作的向量圖如4-5（b)所示。</p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　在這種情況下，變流器電壓，與電流仍相差，因為變流器無需有功能量。而電網(wǎng)電壓與電流的相位差不再是，而是比小了角，因此電網(wǎng)提供

94、了有功功率來補充電路中的損耗，也就是說相對于電網(wǎng)的電壓來講，電流中有一定量的有功分量。這個角也就是變流器電壓，與電網(wǎng)電壓的相位差。改變這個相位差，并且改變的幅值，則產(chǎn)生的電流的相位和大小也就隨之改變，SVG從電網(wǎng)吸收的無功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。</p><p>　　本文中對有功損耗進行的補償是通過直流側(cè)進行的。與以上所述由交流電網(wǎng)側(cè)提供有功能量的方案不同，在這種方案中，直流側(cè)通過一個三相不控整流模塊產(chǎn)生直流側(cè)電壓

95、，并與直流電容相并聯(lián)。其電流與交流電網(wǎng)電壓的相位差是，而與變流器交流側(cè)電壓的相位差為。如圖4-6所示:在這種條件下，SVG在短間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有功功率。這對于電力系統(tǒng)來說是非常有益的。</p><p><b>　　圖4-6</b></p><p><b>　　第四章 無功優(yōu)化</b></p><p>　　4.1無功優(yōu)

96、化的基本原則及要求 </p><p>　　任何配電網(wǎng)絡(luò)都會吸收一定量的無功功率，尤其是低壓配電系統(tǒng)最為嚴(yán)重，為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高配電設(shè)施的效率，無功補償?shù)呐渲脩?yīng)按“分級補償，就地平衡”的原則合理布局。</p><p>　　國家頒布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)冊》包括了無功功率平衡及補償?shù)母疽?。有關(guān)規(guī)定如下</p><p>　?。?）無功功率電

97、源的安排應(yīng)有規(guī)劃，并留有適當(dāng)?shù)脑６?，以保證系統(tǒng)各輸壓在正常和事故后均能滿足規(guī)定的要求。</p><p>　?。?）電網(wǎng)的無功補償應(yīng)分層分區(qū)就地平衡為原則，應(yīng)隨負荷的變化調(diào)整，避免長距離線路或者多級變壓器傳送無功功率，220KV以上等級線路的充電電功率應(yīng)基本上予以補償。</p><p>　　（3）電機或調(diào)相機應(yīng)自動調(diào)節(jié)勵磁運行，并保證其穩(wěn)定性。</p><p>　?。?/p>

98、4）為保證受端系統(tǒng)發(fā)生突然失去一回重載線路或一臺大容量組等事故時保持電壓穩(wěn)定和正常供電，受端電壓應(yīng)有足夠的動態(tài)無功備用容量。</p><p>　　《導(dǎo)則》關(guān)于對無功功率平衡機補償?shù)囊?guī)定是對現(xiàn)代電網(wǎng)進行科學(xué)分析對多年電網(wǎng)運行經(jīng)驗總結(jié)得出的結(jié)論。國標(biāo)GB12325-90《電能質(zhì)量允許電壓偏差》規(guī)定了各電壓等級的配電網(wǎng)母線上的電壓偏差容許值。這兩個文件是進行電壓無功補償時的基本大綱。但僅有大綱是遠遠不夠的還需要進一步細

99、化出若干原則，下面將無功補償?shù)幕驹瓌t及要求總結(jié)如下：</p><p>　?。?）功率分級補償，就地平衡的基本原則</p><p>　　在電網(wǎng)中，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要吸收一定量的無功功率，尤其低壓配電系統(tǒng)所占比重最大，為了最大限度的減少無功功率傳輸損耗提高配電設(shè)施的效率，無功補償設(shè)備裝置按照“分級補償，就地平衡”的原則合理布局。</p><p>　?。?）分散補

100、償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主</p><p>　　集中補償是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補償電容器。分散補償是指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負荷區(qū)，如配電線路，變電器和用戶的用電設(shè)備等進行的無功補償。集中補償主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以減少變電所以上輸電線路的無功功率，從而降低輸電線路的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效的降低線損，必須做到無功功率在那里發(fā)生就補償?shù)侥?/p>

101、里。</p><p>　?。?）保持各節(jié)點電壓合格，并留有充足的無功余量</p><p>　　保持電能質(zhì)量的合格就是對電網(wǎng)無功補償?shù)幕疽?。保留充足的無功裕量，對系統(tǒng)快速跟蹤負荷的變化，中低壓電網(wǎng)應(yīng)以分散為主。應(yīng)對突發(fā)事件，具有非常重大的意義。</p><p>　?。?）要注意區(qū)域協(xié)調(diào)性經(jīng)濟性確保全局電網(wǎng)優(yōu)化</p><p>　　降低電網(wǎng)損

102、耗，提高經(jīng)濟效益，是系統(tǒng)處于經(jīng)濟運行狀態(tài)下，是所有電網(wǎng)追求的目的。為此，需要對系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)募袃?yōu)化和協(xié)調(diào)優(yōu)化。對不同的變電站設(shè)定不同的優(yōu)化運行方式，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定變電站是否參加優(yōu)化控制。若不參與優(yōu)化的變電站，則設(shè)備不可調(diào)節(jié)；用戶也可以設(shè)定具體的設(shè)備是否參與優(yōu)化，則即設(shè)備是否可調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的變電站和設(shè)備的控制方式及變電站預(yù)測的結(jié)果進行全局電網(wǎng)的無功優(yōu)化計算，得出母線電壓約束并以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的控制策略。</p&g

103、t;<p>　?。?）應(yīng)充分考慮全局電壓穩(wěn)定的需求</p><p>　　電壓無功補償說到底就是保持各節(jié)點電壓穩(wěn)定但是只從局部出發(fā)很可能危及整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此各電網(wǎng)的無功補償必須服從全電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求。</p><p>　?。?）無功補償應(yīng)具常規(guī)控制和緊急控制功能</p><p>　　系統(tǒng)不僅能在正常情況下通過調(diào)節(jié)各電壓控制器的整定值控制受控區(qū)域的無

104、功電力至優(yōu)化狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時如負荷急劇變化或發(fā)生故障造成電壓異常時，系統(tǒng)也能夠迅速做出反應(yīng)，實施有效的控制，節(jié)點電壓恢復(fù)到正常的范圍。當(dāng)通訊系統(tǒng)某些遠程控制線路出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)還能很好的完成調(diào)節(jié)任務(wù)。</p><p>　?。?）避免調(diào)節(jié)設(shè)備頻繁的動作</p><p>　　各調(diào)節(jié)設(shè)備特別是有載調(diào)節(jié)變壓器，電容器組等，受設(shè)備使用壽命及其電壓波動的限制，其調(diào)節(jié)次數(shù)是有限的。因此系統(tǒng)應(yīng)該對設(shè)

105、備的動作進行合理的規(guī)劃和優(yōu)化，使得既能滿足系統(tǒng)經(jīng)濟性的要求，又能使調(diào)節(jié)設(shè)備的動作次數(shù)在理想的范圍之內(nèi)，同時在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)保證控制設(shè)備在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)運行。</p><p>　　當(dāng)采用全局電網(wǎng)優(yōu)化控制時，補償系統(tǒng)根據(jù)負荷預(yù)測結(jié)果編制控制預(yù)案，避免各變電站孤立、局部的調(diào)節(jié)控制，有效地控制設(shè)備的操作和變電站間的協(xié)調(diào)配合，保證設(shè)備動作的效果，減少全局電網(wǎng)總的設(shè)備動作數(shù)量。</p><p>　?。?/p>

106、8）滿足不同調(diào)壓方式</p><p>　　不同調(diào)壓方式（逆調(diào)壓、順調(diào)壓、長調(diào)壓）要求可通過母線（節(jié)點）的電壓約束體現(xiàn)。補償系統(tǒng)可按時段為母線設(shè)置不同的電壓限值約束，以滿足用戶對調(diào)壓方式的要求。例如，按逆調(diào)壓的要求，在電壓合格范圍內(nèi)，高峰負荷時電壓偏上限運行，低谷負荷時電壓偏下限運行。則在設(shè)置母線電壓約束時，對高峰負荷時段、低谷負荷時段的電壓限值進行適當(dāng)收縮，以滿足逆調(diào)壓的要求。</p><p&

107、gt;　?。?）引入閉鎖保證電網(wǎng)安全運行</p><p>　　補償系統(tǒng)應(yīng)在保證電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)上提高運行效益。因而補償系統(tǒng)必須對電網(wǎng)故障、異常情況有充分的應(yīng)對措施。當(dāng)發(fā)生異常情況時，補償系統(tǒng)實施閉鎖。異常情況的發(fā)生可對應(yīng)于遙信變位(如保護動作)、遙測越限。補償系統(tǒng)在運行過程中檢測到用戶定義的需要閉鎖的異常情況時，立即執(zhí)行閉鎖。閉鎖的對象可以是設(shè)備閉鎖(該設(shè)備不可調(diào)節(jié))、變電站閉鎖(該變電站的所有設(shè)備不可調(diào)節(jié))、系統(tǒng)

108、閉鎖(補償系統(tǒng)不再進行優(yōu)化控制)。</p><p>　　無功補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)遵照電力部《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》，無功補償對功率因數(shù)做如下規(guī)定：對于系統(tǒng)站，110kV及以上系統(tǒng)站主變在最大負荷時，其二次側(cè)的功率因數(shù)為0.95以上；35kV系統(tǒng)站主變在最大負荷時，其二次側(cè)的功率因數(shù)為0.95以上。對于用戶站：高壓供電的工業(yè)及裝有帶負荷調(diào)整電壓設(shè)備的用戶，功率因數(shù)為0.95以上；其它工業(yè)用戶功率因數(shù)為0.9以上；泵

109、站和農(nóng)業(yè)用戶功率因數(shù)為0.80以上。</p><p>　　4.2影響無功優(yōu)化的因素</p><p>　?。?）負荷狀態(tài)水平的影響</p><p>　　在地區(qū)電網(wǎng)實際運行中，電網(wǎng)總的負荷水平是地區(qū)電網(wǎng)中千萬個用電設(shè)備消耗的功率總和，在不同時刻，電網(wǎng)中的總負荷水平是不一樣的：在高峰負荷狀態(tài)下，電網(wǎng)對無功功率的需求大，整個地區(qū)電網(wǎng)的無功功率呈現(xiàn)不足的狀態(tài)，這就要求發(fā)揮電網(wǎng)

110、中無功補償設(shè)備的作用，通過投入電網(wǎng)中恰當(dāng)?shù)攸c的電容器來補償無功負荷所需的無功功率；而在低谷負荷狀態(tài)下，電網(wǎng)對無功功率的要求將減少，為避免無功功率過剩，要求切除電網(wǎng)中適當(dāng)?shù)攸c的電容器，使得電網(wǎng)的無功功率得到合理控制；這樣必然導(dǎo)致在不同負荷水平狀態(tài)下，地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略的不同，即可投切電容器的位置和容量不同，因此在地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制中，根據(jù)不同負荷狀態(tài)水平和分布情況，選擇不同的電容器組投切方案，是優(yōu)化地區(qū)電網(wǎng)運行的重要手段，負荷狀態(tài)

111、水平對電容器投切起著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　（2）電壓水平的影響</p><p>　　進行無功優(yōu)化控制的前提是保證電壓水平正常，圖3-1是無功功率的靜態(tài)電壓特性。圖中和對應(yīng)著兩種電壓水平Qc1和Qc2分別為和對應(yīng)的無功功率需要供給量EQL+△Q∑表示電網(wǎng)的無功負荷和無功損耗。從圖4-1可以看出，要維持一定的電壓水平，必然要求無功功率達到相應(yīng)的無功平衡，無功平衡是保證電壓質(zhì)量的

112、基本條件。當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點的電壓要求較高時，在無功功率不足的情況下，要維持較高的電壓水平是不可能的，這時就必須投入電容器進行無功補償，來提高節(jié)點的電壓水平;當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點的電壓要求較低時，將不能充分利用可投切的電容器，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟運行。因此對不同的電壓水平會有不同的電容器投切方案。</p><p>　　圖4-1電壓水平與無功平衡的關(guān)系</p><p>　　(3)電容器投切次數(shù)的影響

113、</p><p>　　地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的主要措施是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)中已有電容器組的無功功率，對電網(wǎng)中的無功潮流進行合理的調(diào)度，使電網(wǎng)的運行方式得到優(yōu)化，但是這要受到電網(wǎng)中的電容器組本身條件、電容器組所在位置以及容量的限制，因為在地區(qū)電網(wǎng)的無功調(diào)度過程中，有些電容器由于頻繁投切，可能會造成開關(guān)或電容器等設(shè)備經(jīng)常性損壞，嚴(yán)重影響了控制設(shè)備的使用壽命，因此在實際運行中要求盡量減少電容器組的調(diào)節(jié)次數(shù)。由于電容器投切次數(shù)限

114、制以及可投切電容器的位置的影響，會影響無功優(yōu)化控制的結(jié)果，地區(qū)電網(wǎng)優(yōu)化控制的策略也隨之不同。</p><p>　　(4)有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)節(jié)次數(shù)的影響</p><p>　　電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的另一措施是通過改變有載調(diào)壓變壓器的變比，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中節(jié)點的電壓，來控制無功潮流，優(yōu)化電網(wǎng)的運行方式。但是這要受到電網(wǎng)中的有載調(diào)壓變壓器抽頭的位置以及調(diào)節(jié)次數(shù)的限制，因為在調(diào)節(jié)過中，有載調(diào)壓變壓器變比的頻

115、繁變動，不僅會嚴(yán)重影響變壓器本身的使用壽命甚至直接引起設(shè)備損壞，而且會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，影響系統(tǒng)的正常運行，因此在實際操作過程中要求盡量減少有載調(diào)壓變壓器抽頭位置的變動。</p><p>　　4.3無功優(yōu)化的一般模型</p><p>　　無功優(yōu)化作為一個最優(yōu)潮流的子問題，可以表示為一個同時具有連續(xù)變量和!離散變量以及等式和不等式約束的非線性規(guī)劃問題，其一般模型由如下部分組成:<

116、/p><p>　　Fmin=f(u,x) （4.1） </p><p>　　s.t.g(u,x)=0 （4.2）</p><p>　?。?.3）

117、 </p><p>　?。?.4） </p><p>　　其中u表示控制變量的向量，主要包括發(fā)電機的機端電壓、有載調(diào)壓變壓器的變比和并聯(lián)無功補償器的無功功率，其中前者為連續(xù)變量，后

118、兩者為離散變量。x表示依存變量的向量，主要包括PQ節(jié)點電壓和發(fā)電機無功出力，有時也加入支路無功潮流約束。式(4.2 )即為由系統(tǒng)潮流方程構(gòu)成的等式約束，式(4.3)和(4.4)分別表示控制變量和依存變量的上下限不等式約束。</p><p>　　無功優(yōu)化從數(shù)學(xué)角度而言要尋找控制變量的一組設(shè)定值，使電力系統(tǒng)在依存變量不越限的前提下達到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的運行狀態(tài)。</p><p>　　4.4無功優(yōu)化

119、目標(biāo)函數(shù)</p><p>　　常見的無功優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)主要有以下幾類：</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)網(wǎng)損最小</b></p><p>　　電力系統(tǒng)網(wǎng)損最小是電力系統(tǒng)無功優(yōu)化最常見的目標(biāo)函數(shù)之一，如式（4.5）所示。式中，n 為支路數(shù)，Gk ( i , j)是以節(jié)點 i 和節(jié)點 j 為首末端節(jié)點的第 k 條支路的電導(dǎo)。隨著電力市場化

120、運營的開展，也可能采用計及無功發(fā)電成本及無功補償設(shè)備運行成本的目標(biāo)函數(shù)。</p><p><b>　　(4.5)</b></p><p><b>　?。?）儲備最大化</b></p><p>　　基于安全性方面的考慮，無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)也可以是最大化發(fā)電機的無功儲備，即最小化發(fā)電機的無功出力，從而為電力系統(tǒng)在緊急情況下提供

121、足夠的無功出力，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。如式（4.6）所示；還有考慮將無功儲備一致分布在不同的發(fā)電機中的目標(biāo)函數(shù)，如式（4.7）所示；</p><p>　?。?.6） </p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　?。?）小化各約束的總越限量</p>&

122、lt;p>　　即越限約束的總數(shù)最小化，如式（4.8）所示，一般此類模型用于無功電壓的修正控制。式中， Q為第 k 臺發(fā)電機的無功出力hV為額定無功容量， hK為越限約束，WK為hk的權(quán)重，用于考慮不同約束的重要性差異。</p><p>　?。?.8） </p><p>　　(4)最優(yōu)化無功電壓運行質(zhì)量</p><p>　　用以對應(yīng)于電網(wǎng)電壓質(zhì)

123、量目標(biāo)要求較高的無功優(yōu)化環(huán)境。文獻中將最小化各重要節(jié)點的電壓或線路的無功潮流與相應(yīng)設(shè)定值的偏差作為目標(biāo)函數(shù)，如式（4.9）所示。式中為重要節(jié)點（或線路）的數(shù)目、 和分別為節(jié)點 k 的電壓（或線路 k 的無功潮流）的實際值、設(shè)定值和最大允許偏差。</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　（5）最優(yōu)化控制設(shè)備動作量</p><

124、;p>　　對于實際電力系統(tǒng)環(huán)境，有時對設(shè)備操作數(shù)以及操作成本有一定的要求，此時對應(yīng)于最優(yōu)化設(shè)備動作的數(shù)學(xué)模型應(yīng)運而生。主要包括最小化控制設(shè)備動作量的某種求和，如將最小化控制設(shè)備動作量的加權(quán)平方和作為目標(biāo)函數(shù)如式（4.10）所示。式中 為控制設(shè)備的數(shù)目；為第 k 個控制設(shè)備的動作量；權(quán)系數(shù)可以用來區(qū)分設(shè)備的動作優(yōu)先級，越大，優(yōu)先級越低。</p><p>　?。?.10） </p&g

125、t;<p>　?。?）多目標(biāo)無功優(yōu)化</p><p>　　前文列舉了無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，但如果僅僅使用上述各類單一目標(biāo)對實際電力系統(tǒng)行建模仿真，優(yōu)化結(jié)果往往都不夠理想，因為單一的目標(biāo)模型都不足以完整的表達電力系統(tǒng)的實際控制目標(biāo)，比如使用單一的網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，可以看到如下缺點：1、個別優(yōu)化后母線的電壓接近其合格范圍的上限，系統(tǒng)承受負荷波動的能力下降，可能導(dǎo)致調(diào)壓設(shè)備頻繁動作；2、靠近負荷中心的發(fā)電

126、機的無功出力偏高，減少了可用于應(yīng)付未來擾動的無功儲備。另一方面，如果只是為了提高系統(tǒng)安全性，單純以最大化發(fā)電機無功儲備為目標(biāo)函數(shù)，則會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓偏低、網(wǎng)損偏高，也不適于在正常的系統(tǒng)狀態(tài)下運行。因此一般需要將幾類目標(biāo)函數(shù)結(jié)合使用，形成多目標(biāo)無功優(yōu)化。</p><p>　　多目標(biāo)的引入使無功優(yōu)化模型更加復(fù)雜，不同種類的目標(biāo)函數(shù)往往相互沖突，為優(yōu)化算法帶來很大的困難。傳統(tǒng)上處理多目標(biāo)無功優(yōu)化通常是采用某種方法將多目標(biāo)

127、優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題，如固定權(quán)重和方法、模糊集理論隸屬度算法等，但這些方法往往只能靠經(jīng)驗性的試探，很難給出令人信服的解釋，且不同性質(zhì)的目標(biāo)函數(shù)其量綱不同，不易作出比較。最新的處理方式是利用整體親和力順序?qū)ふ遗晾弁凶顑?yōu)解（Pareto Optimal Solution），其中以基于進化算法的方法居多，在無功優(yōu)化方面也有所應(yīng)用，是近年來無功優(yōu)化領(lǐng)域研究的重點。</p><p>　　4.5無功優(yōu)化約束條件</

128、p><p>　　無功優(yōu)化除了實現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)以外，還需要同時保證系統(tǒng)的安全運行和電能質(zhì)量，這樣就要滿足約束條件。無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件包括等式約束和不等式約束。</p><p>　　等式約束等式約束即是潮流方程約束</p><p>　?。?.11） </p><p>　　其中， 和為節(jié)點 i 的注入有功和無功；、為節(jié)點 i

129、和節(jié)點 j 之間的電導(dǎo)和電納；為節(jié)點電壓和之間的相角差；為與節(jié)點 i 有關(guān)的節(jié)點號的集合，包括 i 本身；s 為平衡節(jié)點；為 PQ 節(jié)點集合。以上兩式實際為節(jié)點功率平衡公式的極坐標(biāo)形式。</p><p>　　不等式約束包括電壓幅值約束、補償容量約束、變壓器分接頭約束和發(fā)電機無功出力約束等。</p><p><b>　　1 、電壓幅值約束</b></p>

130、<p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　式中為系統(tǒng)節(jié)點總數(shù)。這一約束條件保證了用戶的用電質(zhì)量及供電穩(wěn)定性。</p><p>　　2 補償容量約 </p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　式中 和分別為節(jié)點 i 所安裝的無功補

131、償裝置投切容量的上下限。</p><p>　　3 變壓器分接頭位置約束</p><p><b>　　（4.14）</b></p><p>　　通常情況下，要求同一變電站下各臺并列運行的主變壓器的分接頭檔位一致。 </p><p>　　4 發(fā)電機無功出力約束</p><p><b>

132、;　　(4.15)</b></p><p>　　式中為發(fā)電機節(jié)點集。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　低壓供電系統(tǒng)靜止無功補償技術(shù)研究的意義是有目共睹的，開發(fā)先進而實用的無功補償裝置具有廣泛而深刻的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，同步調(diào)相機、并聯(lián)補償電容器等傳統(tǒng)的無功功率補償方