配電網(wǎng)損耗及無功補償

1、配電網(wǎng)損耗及無功補償,長沙理工大學電氣與信息工程學院,第一節(jié) 配電網(wǎng)損耗及無功補償,一、有功功率損耗的主要類型,根據(jù)電磁場理論所進行的分析表明，電磁場的能量是通過電磁場所在的介質(zhì)空間，由電源向負荷傳輸?shù)?，導線起到了引導電磁場能量的作用。進入導線內(nèi)部并轉(zhuǎn)化為熱能的電能損耗，也是由電磁場供給的。 在交流輸電的情況下，應用能量流密度坡印廷（Poynting）矢量的概念，對單芯同軸電纜電路進行分析的結(jié)果表明，在介質(zhì)空間中傳輸負荷所需

2、功率的同時，在電纜中產(chǎn)生了4類有功功率損耗。 （1）電阻發(fā)熱損耗ΔP1。它與電流的平方成正比，即? ΔP1=IR （9–1） 式中，I——纜芯中通過的電流，A； R——纜芯和外皮電阻之和，Ω。,（2）泄漏損耗ΔP2它與電壓的平方成正比

3、，即 ΔP2 =UG （9-2）

4、 （9-3） 式（9–2）、（9–3）中， U——纜芯和外皮之間的電壓， V； G——介質(zhì)的漏電導，1/Ω； r——電導率，1/（Ω·m）； l——電纜的長度，m； r1——電纜芯半徑，cm； r2——電纜外皮內(nèi)

5、側(cè)半徑，cm。 （3）介質(zhì)磁化損耗ΔP3 它與電流的平方和頻率成正比，即 ΔP3=IωLtgδ （9–4）,,,式（9–4）、（9–5）中， ω——交流電角頻率，rad/s； L——電纜的電感，Wb/A； μ——電

6、纜介質(zhì)的磁導率，Ω·s/m； tgδ——電纜介質(zhì)反復磁化損失角的正切值。 （4）介質(zhì)極化損耗ΔP4 它與電壓的平方和頻率成正比，即 ΔP4（W）=UωCtgδ （9–6）,,（9–5）,,（9–7）,式（9–6）、（9–7）中，,C——電纜的電容，F(xiàn)；,ε——電纜介質(zhì)的介電

7、常數(shù)，F(xiàn)/m； tgδ——電纜介質(zhì)反復極化損失角的正切值。 上述4類有功功率損耗代表了電力系統(tǒng)有功功率損耗的基本類型。除此之外，高壓線路上和高壓電機中還可能產(chǎn)生電暈損耗，這是比較特殊的一類，是由于到體表面的電場強度過高，致使導體外部介質(zhì)粒子電離所造成的有功功率損耗，因而它與導體的表面場強和空氣密度等因素有關(guān)。 二、電能損耗計算 電能損耗ΔA是一定時間內(nèi)有功功率損耗對時間的積分，即,,,（9–

8、8）,對于電阻發(fā)熱損耗，式（9–8）可改寫成,,（9–9）,在時間T內(nèi)，負荷電流與導體電阻都可能發(fā)生變化，所以計算電能損耗要比計算有功功率損耗復雜。當計算時段較長時，很難采用逐點平方累加的方法來計算電能損耗。若采用電流負荷曲線I（t）或有功負荷曲線P（t）的有關(guān)參數(shù)來計算電能損耗，要取得準確度令人滿意的計算結(jié)果，是一個比較困難的問題，也正是研究電能損耗計算方法及其理論的重點內(nèi)容。第二節(jié) 影響配電網(wǎng)線損的因素分析 一、

9、交流電阻的影響 架空電力線路廣泛采用裸導線，其交流電阻要比其直流電阻大，這是由于交流電的集膚效應所造成的。對鋼芯鋁線，由于鋼芯磁化將引起鐵耗，使交流電阻更加增大。集膚效應增大的電阻可進行理論計算，而鋼芯磁化增大的電阻值必須通過實測來確定。 計算表明，截面積為50～240mm2的鋁絞線，其交流電阻比直流電阻僅增大0.02%～0.5%；截面積為25～240mm2的鋼芯鋁線，其交流電阻比直流電

10、阻增大1.3%～4.6%。上述下限對應于在流量為允許值的20%，上限則對應于在流量為允許值時的情況。由此可見，當通過架空線路導線的電流接近或超過允許值時，必須計及交流電阻的增大因素。在其它情況下，可直接用直流電阻來進行線損計算，這樣并不會引起顯著的誤差。,,,二、測計期內(nèi)氣溫、電壓變化對線損的影響 由式（9–9）可見，在一個測計期內(nèi)，不僅負荷在隨時間變化，導線的電阻也隨著氣溫的變化而變化。顯然，要同時考慮這兩個變化因素并

11、進行積分運算是極其復雜的。為便于線損計算，可先考慮氣溫變化對電阻這個變量的影響。 眾所周知，導線電阻隨氣溫的變化可按下式計算 （9–10） 式中， ­——導線在200C時的電阻值，Ω；

12、 ——導線電阻的溫度系數(shù)。對銅、鋁及鋼 芯鋁線，一般取=0.004； T——空氣溫度，0℃。 將一天24h的復合電流與氣溫記錄數(shù)據(jù)代入式（9–10）和（9–9）可得,,,,,,（9–11）,定義加權(quán)平均氣溫,,（9–12）,則式（9–11）可改寫成,,,（9-13）,,（9–14）,式中， —

13、—對應于加權(quán)平均氣溫的導線電阻。 如上所示，若按加權(quán)平均氣溫和式（9-13）計算電能損耗，就完全計及了氣溫變化的影響。 由式（9-12）可見，當負荷不變時， = 。由于日氣溫變化呈單峰型，日負荷變化一般有兩個不等的高峰，所以在一晝夜內(nèi)或超過一晝夜的周期內(nèi)， 與 相當接近，以 代替 不會產(chǎn)生較大負誤差。 根據(jù)式（9-14）

14、進行的電阻值相對誤差分析表明，由于導線電阻的溫度系數(shù)α值很小，所以即使用 代替 有一定誤差，但電阻值和電能損耗的相對誤差仍然很小。當測記期為一月或一年時，按平均氣溫計算電阻后，三相對稱元件的電能損耗公式（9-9）可改寫成,,,,,,,,,,,,,,,（9–15）,三、測計期內(nèi)電壓變化對線損的影響,,,當實測的負荷數(shù)據(jù)不是電流，而是有功功率和無功功率時，計算線損要考慮電壓的變化。如測計期為一晝夜，式（9–15）可改寫

15、成 式中，R——考慮氣溫變化按式（9-14）計算所得的電阻， Ω ； P(t)、Q(t)——同一測量點的有功功率，Kw;無功功 率，kvar; U(t)——有功、無功功率測量點的

16、電壓，Kv。 可以定義一晝夜的有功功率、無功功率平方值為權(quán)的有功功率加權(quán)平均電壓和無功功率加權(quán)平均電壓，即,,,,,（9–16）,,（9–17）,則式（9-16）可改寫成 對電壓和負荷變動幅度不同的220kV、110kV和35kV系統(tǒng)實測的數(shù)據(jù)進行計算表明，用平

17、均電壓 代替加權(quán)平均電壓 、 ，其偏小誤差一般不超過1%，所以式（9-18）可進一步改寫成 在正常運行情況下，長時間的電壓變動幅度不會很大，仍可用 代替 、 ，即有,,,,,,,,,,(9-18),（9-19）,（9

18、-20）,前蘇聯(lián)學者曾對電壓偏移與配電網(wǎng)電能損耗的關(guān)系進行了研究，結(jié)果表明：不考慮電網(wǎng)電壓的偏移，用平均電壓計算電能損耗，其誤差與電壓、電流變化之間的相關(guān)系數(shù)值、符號及電壓偏移值有關(guān)，即有 式中， ——考慮電壓偏移的電能損耗值，kW·h;

19、 ——用平均電壓計算所得的電能損耗值，kW·h ——電壓變化與電流變化之間的相關(guān)系數(shù), ——以百分數(shù)計算的電壓變化的均方差。,,,,,,,（9-21）,;,;,配電網(wǎng)中電壓偏移值得分布接近“正態(tài)分布”，故有

20、 式中， 和 分別為最高和最低電壓值。 由式（9–22）可見，當配電網(wǎng)電壓變化高達20%時，用平均電壓進行線損計算所造成的誤差不會超過3.3%，這是工程計算所能允許的。

21、 四、負荷功率因數(shù)和負荷分布對線損的影響 4.1. 負荷功率因數(shù)的影響 若測計期T內(nèi)的平均電壓為 ，導線電阻為R，則三相線路電能損耗可按下式計算,,,,,,,,（9-22）,（9-23）,（1）若測計期內(nèi)功率因數(shù)保持不變，則式（9–23）可寫成 （2）若測計期內(nèi)功率因數(shù)是變化的，則式（9–23）可改寫成 由以上各式可見，負荷功率因

22、數(shù)對線損計算有較復雜的影響。 4.2. 多分支線路負荷分布的影響 設在某條線路上有兩個用戶，它們的負荷曲線形狀完全相同，全線路用同一截面的導線， 分支點到線路始端和末端的距離分別為 和 ，線路始端和兩個,,,,,,,,,（9–24）,（9–25）,,,,,,,,,,圖9–1 負荷分布的影響,用戶的最大電流分別為,、,、,，如圖9–1,所示。,因兩個用戶的負荷曲線完全相同，故,,。,

23、全線路在測計期T內(nèi)的電能損耗可按下式計算,,,（9–26）,第三節(jié) 理論線損計算,一個供電地區(qū)或電力網(wǎng)在給定時段（日、月、季、年）內(nèi)，輸電、變電、配電各環(huán)節(jié)中所損耗的全部電量（其中包括分攤的電網(wǎng)損耗電量、電抗器和無功補償設備等所消耗的電量以及不明損耗電量等）成為線路損耗電量，簡稱線損,電量或線損。線損電量中的一部分，雖然可以通過理論計算來確定，或用特制的測量線損的表計來計量，但它的電量卻無法準確計量的。因此，線損電量通常是根據(jù)電能表

24、所計量的總“供電量”和總“售電量”相減得出。也就是說，線損是個余量，它的準確度取決于計量供電量和售電量的電能計量系統(tǒng)的準確度，以及對用戶售電量科學合理的抄錄和統(tǒng)計制度。 所謂供電量，是指發(fā)電廠、供電地區(qū)或電力網(wǎng)向用戶供出的電量，其中包括輸送和分配電能過程中的線損電量。其計算式為 式中，Ag——供電地區(qū)或電力網(wǎng)的供電量； At——本地區(qū)或本網(wǎng)內(nèi)發(fā)電

25、廠的發(fā)電量； Ay——發(fā)電廠廠用電量； Ach——向其它電力網(wǎng)輸出的電量； At——從其它電力網(wǎng)輸入的電量（包括購入電量）。,,（9–27）,所謂售電量，是指電力企業(yè)賣給用戶的電量和電力企業(yè)供給本企業(yè)非電力生產(chǎn)（如基本建設部門等）用的電量。對本企業(yè)非電力生產(chǎn)單位，都應作為用戶看待。所以，供電地區(qū)或電

26、力網(wǎng)的售電量等于用戶電能表計量的總和。 線損電量占供電量的百分比稱為線路損耗率，簡稱線損率，其計算式為 在電力網(wǎng)的運行管理工作中，用總供電量減去總售電量所得到的線損電量，稱為統(tǒng)計線損電量，對應的線損率稱為統(tǒng)計線損率。 在統(tǒng)計線損電量中，有一部分是在輸送和分配電能過程中無法避免的，是

27、由當時電力網(wǎng)的負荷情況和供電設備的參數(shù)決定的，這部分損耗電量稱為技術(shù)損耗電量，它可以通過理論計算得出，所以又稱為理論線損電量，對應的線損率稱為理論線損率。,,（9–28）,在統(tǒng)計線損電量中，另一部分線損是不明損耗，也稱管理損耗，這部分損耗可以而且應該采取必要的措施予以避免或減少。 電力網(wǎng)規(guī)劃、電力網(wǎng)接線方案的比較和變電站的設計，都需要進行線損理論計算。這種規(guī)劃、設計階段的線損計算所要求的準確度并不高，但要求計算方

28、法簡便、實用，所以表格法和計算曲線法比較理想。局部的線損理論計算，可用于對一些降損技術(shù)措施的效益進行預計，通過技術(shù)經(jīng)濟比較來選擇經(jīng)濟合理的降損方案。比較全面細致的線損理論計算，可以確定線損電量的大小及其構(gòu)成，也可以揭示技術(shù)線損電量與運行的電壓水平、負荷率、平均功率因數(shù)等因素之間的關(guān)系，從而能比較科學的制定降損的技術(shù)措施；全面地線損理論計算的結(jié)果，還可與統(tǒng)計所得的統(tǒng)計線損電量相比較，從而估計出管理損耗電量的大小，為降低管理損耗電量提供依據(jù)

29、。 上述3類線損理論計算，對于各個供電部門和有獨立供電系統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)都是需要的。,第四節(jié) 降低線損的技術(shù)措施,一、選擇合理的接線方式和運行方式 電力網(wǎng)各部分的接線方式和運行方式是否合理，不但會影響供電的安全和質(zhì)量，也會影響線損的大小，屬于這方面的降損措施有以下幾種： （1）高壓引入大城市負荷中心 隨著城市發(fā)展和負荷的不斷增長，原有的35kV和6～10k

30、V高壓配電網(wǎng)的負荷越來越重，而線損電量中的負載損耗是與負荷平方成正，如果維持這種較低電壓等級電網(wǎng)長距離供電狀態(tài)，不但電壓質(zhì)量不能保證，線損電量也將達到不能允許的程度。對這種電力網(wǎng)采用110kV或220kV的較高電壓引入的接線方式進行改造，是降損的有效措施之一。,（2）對電力網(wǎng)進行升壓，簡化電壓等級，減少重復的變電容量 電力網(wǎng)元件（線路或變壓器）中的負載功率損耗ΔP（kW）為 式中，

31、I——通過元件的電流，A； R——元件的電阻，Ω； S、P、Q——分別是通過元件的視在功率，kVA；有 功功率，kW；無功功率，kvar； U——加在元件上的電力網(wǎng)電壓，kV.。

32、 由式（9–29）可知，在負荷功率不變的條件下，把電力網(wǎng)的電壓提高，則通過電力網(wǎng)元件的電流將相應減小，負載損耗也隨之降低。因此，升壓是降低線損很有效的措施。升壓可以和舊電力網(wǎng)的改造結(jié)合進行，減少電壓等級，簡化電力網(wǎng)的接線，適應負荷增長的需要，并降低電力網(wǎng)的線損。改善供電,（9–29）,結(jié)構(gòu)，減少重復的變電容量也可以降低線損。 （3）合理確定環(huán)網(wǎng)的閉環(huán)或開環(huán)運行，或改變環(huán)網(wǎng)的斷開點 在環(huán)網(wǎng)中，不考慮

33、各段線路中有功功率、無功功率損耗時的功率分布，稱為近似功率分布；按照各線段阻抗關(guān)系的分布稱為自然功率分布；按照各線段電阻的分布稱為經(jīng)濟功率分布，此時對應的環(huán)網(wǎng)有功功率損耗最小。如果是均一的電力網(wǎng)，即各線段的X/R=常數(shù)，則自然功率分布和經(jīng)濟功率分布的差別愈大，有功功率損耗的差值也就愈大。在不同電壓等級通過變壓器連接的環(huán)網(wǎng)中，由于變壓器的電抗與電阻的比值大于線路的電抗和電阻的比值，所以使電力網(wǎng)的不均一程度增大。

34、為了降低線損，首先應該研究環(huán)網(wǎng)閉環(huán)還是開環(huán)運行比較合理的問題。在電力系統(tǒng)中，有時因為在閉環(huán)運行時斷路器容量不足，或繼電保護的配置比較復雜，往往使環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行，而讓有些線路處于帶電的熱備用狀態(tài)。在閉環(huán)以后，原備用線路中有了功率流動，似乎會增加功率損耗，但由于這時其他線段中的功率都有改變，功率損耗有可能比開環(huán)時要小，這要通過計算和比較才能確定。,（4）利用縱橫向調(diào)壓變壓器或串聯(lián)電容器實現(xiàn)功率的經(jīng)濟分布 為了降低不均

35、一環(huán)網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，可以在環(huán)網(wǎng)自然分布的功率上疊加一個強迫的循環(huán)功率，并使兩者之和等于經(jīng)濟的功率分布。要在環(huán)網(wǎng)中形成一個強迫的循環(huán)功率，必須要有一個附加電勢。由于電力網(wǎng)的負荷是隨時變化的，功率分布也隨時間變化，所以循環(huán)功率應該是可以調(diào)節(jié)的。要產(chǎn)生一個可以調(diào)節(jié)的強迫循環(huán)功率，必須要有一個可以調(diào)節(jié)的附加電勢。因為附加電勢既有與電力網(wǎng)電壓同相的縱向分量，又有與電力網(wǎng)電壓相位相差900的橫向分量，所以附加電勢既要能改變大小，又要能改變

36、相位。這種附加電勢是靠在環(huán)網(wǎng)中接入串聯(lián)調(diào)壓變壓器得到的。圖9–2（a）為這種橫向調(diào)壓變壓器的單相原理接線圖，圖9–2（b）是電壓相量圖，圖9–2（c）是這種調(diào)壓變壓器在電力網(wǎng)中的接入方式。圖中所示的調(diào)壓變壓器只能加入橫向附加電勢，縱向附加電勢可以改變電力網(wǎng)中原有變壓器的變比得到。,由于縱橫向調(diào)壓變壓器的投資費用較大，所以一般在由不同電壓等級線路組成的、并流過巨大功率的環(huán)網(wǎng)中，才采用這種縱橫向調(diào)壓變壓器。在一般的不均一電網(wǎng)中，可采用串聯(lián)電

37、容器來補償線路的部分阻抗，以達,到功率的經(jīng)濟分布。,圖9–2 環(huán)網(wǎng)中接入橫向附加電勢（a）單相原理接線；（b）電壓相量圖；（c）接入電網(wǎng)方式,圖9–2所示為兩條不同截面導線的線路所組成的最簡單的環(huán)網(wǎng)。兩條線路中的電流與它們的阻抗成反比分配，即,且有 假定 〉 ，為了滿足經(jīng)濟分布的條件，可在 比值較大的一條線路上（2#）串聯(lián)接入電容器來補償它的部分電抗，已達到兩條線路的

38、比值相等，從而使電流分布符合有功功率損耗最小的條件。可見，接入的電容器的容抗XC應滿足下式的要求,,,,,,,,（9-30）,,,。,（9-31）,從上式可求出補償?shù)娜菘篂?,（9–32）,也就是說，2#線路的補償度為 （5）避免近電遠供或迂回供電 圖9–3所示為某電力網(wǎng)的部

39、分運行接線圖。變電站A和B都由發(fā)電廠C供電，斷路器2斷開。當發(fā)電廠C檢修設備不供電時，如果斷路器2仍斷開，變電站B就改由變電站A通過發(fā)電廠C的高壓母線供電。這時就造成迂回供電的不合理運行方式，因此必須加以調(diào)整，即合上斷路器2，斷開斷路器3，把變電站B直接換接到聯(lián)絡線上供電較為合理。 必須指出，380/220Ｖ的低壓配電網(wǎng)，常常為了不使配電變壓器過載而調(diào)整配電變壓器的供電范圍，如果不加注意，往往會出現(xiàn)迂回供電的情況。

40、,,,（9-33）,圖9–3 某電力網(wǎng)的部分運行接線圖（實線箭頭表示正常運行,時的潮流方向；虛線箭頭表示發(fā)電廠C檢修時的潮流方向）,（6）合理安排設備檢修，盡量實行帶電檢修 電力網(wǎng)正常運行時的接線方式，一般是比較安全和經(jīng)濟合理的接線方式。如果遇設備檢修，則正常的運行接線不得不加以改變，改變后的接線方式不但會降低運行的可靠性，而且會使線損大量增加。圖9–4所示是某電力網(wǎng)的正常運行接線，線路參數(shù)及電流均已在圖中表明

41、。 在正常運行時，斷路器6斷開，這時的線損功率為 =（502×9.9+102×10.92+1002×13.02）×3×10-3 =470.76（kW） 當線路AD檢修時，則斷路器7和8必須斷開，這時的線損功率為 =（1502

42、15;9.9+1102×10.92+1002×14.1）×3×10-3 =1488（kW）,,,,,=3.16,=,圖9–4 某電力網(wǎng)正常運行與檢修時的接線比較,（a）正常運行接線圖；（b）檢修時的運行接線圖,計算表明，在同樣的負荷條件下，檢修時的線損功率為正常時的3倍多。假定檢修進行10h，損耗因數(shù)為0.5，則多損耗的電量為=（1488—470.76

43、）×0.50×10=5086（kW·h）。因此，合理安排設備檢修，加強檢修的計劃性，是一項重要的降組措施（例如線路AD的檢修可與斷路器7、8及由變電站D供電的用戶的設備檢修或工廠休假日配合進行）。同時盡量縮短檢修時間，或者積極實行帶電作業(yè)來完成檢修任務，以減少線損。 （7）更換導線，加裝復導線，或架設第二回線路 由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，線路輸送功率增加。有一些舊

44、線路原用的導線截面較小，以致電壓損耗和線損都很大。在不可能升壓的情況下，可以更換截面較大的導線，或加裝復導線來增大線路的輸送容量，同時達到降低線損的目的。有時還可以架設第二回路，甚至對一部分電力網(wǎng)進行必要的改造。,合理確定電力網(wǎng)的電壓水平的措施，主要是搞好無功功率的平衡工作，其中包括合理調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁、提高發(fā)電機的電壓、提高用戶的功率因數(shù)、采用無功功率補償設備和串聯(lián)電容器等，其次才是調(diào)整變壓器的分接頭。下面主要說明調(diào)整變壓器分接頭或采

45、用帶負荷調(diào)壓變壓器對降低線損的影響。,二、搞好電力網(wǎng)的無功功率平衡，合理確定電力網(wǎng)的電壓水平,圖9–5 調(diào)整變壓器分接頭,（a）調(diào)整前分接頭；（b）調(diào)整后分接頭,圖9–5所示是一電力網(wǎng)的接線圖，圖中已注明所有變壓器與分接頭的運行位置對應的變化，UF為發(fā)電機電壓。圖9–5（b）所示是變壓器分接頭改變后的接線圖。假定發(fā)電機電壓和負荷在變壓器分接頭改變前后保持不變，而把T1的分接頭由124kV改接到127kV，則110kV電力網(wǎng)的電壓就提高

46、2.5%；T2的分接頭從115.5kV換接到112.8kV，中壓側(cè)分接頭從38.5kV移到40.4kV，則35kV電力網(wǎng)的電壓又提高7.5%，總共提高10%。而T2的6kV側(cè)提高了（2.5%+2.5%=5%）。為了使用戶處的電壓保持不變，T3的分接頭應從33.3kV改接到36.7kV，T4的分接頭應從6.0kV換接到6.3kV。 由于6、35、110kV各級電壓電力網(wǎng)的電壓水平分別提高了5%、10%及2.5%，

47、故它們的負載損耗可以降低。如果各種電壓電力網(wǎng)的空載損耗占總損耗的比例僅為10%，可以算出上述3種電壓的電力網(wǎng)總損耗分別可降低約7.5%、15%和3.75%。由此可見，變壓器工作的分接頭位置，既要根據(jù)電壓質(zhì)量的要求，也要考慮減少線損的可能來合理選擇。,但必須指出，如果系統(tǒng)中無功功率供應比較緊張，用調(diào)整變壓器分接頭來提高電力網(wǎng)電壓的辦法，將使負荷的無功功率消耗增加。雖然這時110kV以上線路的有功功率將因電壓提高而增加，但系統(tǒng)的無功功率仍無

48、法平衡，迫使電壓不能維持在擬提高的電壓水平上。所以只有在搞好電力網(wǎng)無功功率平衡的前提下，才能依靠改變變壓器分接頭位置來提高電力網(wǎng)的電壓水平。 也必須指出，在非排灌季節(jié)，農(nóng)村電力網(wǎng)的電壓一般會偏高，應當從110kV和35kV主變壓器分接頭位置的調(diào)整著手，降低10kV農(nóng)用配電線路的電壓水平，以減少變壓器的空載損耗。 三、采用無功功率補償設備和提高功率因數(shù) 圖9–6所示為一個簡單的電力

49、系統(tǒng)。從圖中可以明顯地看出，在負荷的有功功率P保持不變的條件下，提高負荷的功率因數(shù)，可以減小負荷所需的無功功率Q，因而可以減少發(fā)電機送出的無功功率和通過線路及變壓器的無功功率，所以也將減少線路和變壓器中的有功功率和電能損耗。,3.1. 無功補償降損效益的計算 3.1.1. 減少功率損耗的計算 由式（9–29）可知，當負荷功率因數(shù)從cosφ1提高到 cosφ2時，有功功率損耗降低的百分數(shù)可用下列簡單關(guān)系式表

50、示 因為空載功率損耗與功率因數(shù)無關(guān)，所以提高功率因數(shù)對降低負載功率損耗的影響如表9–1所示,,,圖 9–6 簡單的電力系統(tǒng),（9–34）,表9–1 提高功率因素對降低負載功率損耗的影響,究竟負荷的功率因數(shù)提高到什么程度才算經(jīng)濟合理，這個問題關(guān)系到安裝補償設備的經(jīng)濟效果和補償設備經(jīng)濟合理布置的問題。對這個問題的分析，通常采用無功補償功率當量這個概念。 在圖9–5所示的簡單系統(tǒng)中，設負荷

51、的最大有功功率與最大無功功率同時出現(xiàn)，在負荷處未安裝無功補償設備時，系統(tǒng)中線路和變壓器的最大有功功率損耗 為 式中， 、 ——負荷的最大有功功率，kW；最大無功 功率，kvar ；

52、 R——歸算到電壓U的系統(tǒng)電阻（包括變壓器T1和 T2以及線路在內(nèi)的全部電阻），Ω ； 當負荷處安裝了容量為Qbch的補償設備后，系統(tǒng)中線路和變壓器的最大有功功率損耗 為,,,,,,（9–35）,式中， ——單位容量的無功補償設備所能減少有功功率損耗的平均值，可稱為最大

53、負荷時刻的無功補償功率當量，kW/kvar。 由式（9–38）可見，安裝第一個千乏的無功補償設備容量，其效果要比以后安裝一個千乏無功補償設備容量的效果要大些。換句話說，無功補償設備減少無功負荷對電源容量占有的減容效益具有遞減性。由式（9–38）還可得到如下兩點結(jié)論：安裝無功補償設備的地點與電源之間的電氣距離愈遠（式中R愈大），安裝的無功補償設備降損效果愈大；無功負荷愈,,,,,（9–36）,因此，由于安裝了補償

54、設備而減少的有功功率損耗為,（9–37）,（9–38）,大，安裝同一容量的無功補償設備，其降損效果也愈大。引入無功補償功率當量概念后，可用下式直接計算補償設備降低有功功率損耗的效果 3.1.2 減少電能損耗計算 在測計期內(nèi)無功負荷是變化的，無功補償設備在整個測計期內(nèi)均接入時，補償后無功功率造成的電能損耗可按下式計算 而沒有無功補償設備時，無功功率所造成的電能損耗為

55、 如不計無功補償設備自身的電能損耗，則無功補償設備投入后的電能損耗降低為,,,,,,,（9–39）,（9–40）,（9–41）,（9–42）,式中， ——無功補償電能當量，kW/kvar。 由于 <1,所以 < ,即無功補償電能當量小于無功補償功率當量，因此有下述關(guān)系 <

56、 這表明，一般情況下應該用無功補償電能當量來計算能耗降低值；若用無功補償功率當量計算能耗降低值，將導致結(jié)果偏大。 3.2 電力網(wǎng)無功補償設備的優(yōu)化配置 大型電力系統(tǒng)或地區(qū)電力網(wǎng)的無功綜合優(yōu)化通常是指通過調(diào)節(jié)無功功率潮流分布，在滿足各狀態(tài)變量（負荷節(jié)點電壓、發(fā)電機無功出力）和控制變量（無功補償容量、發(fā)電機端電壓、有載調(diào)壓變壓器變比）的約束條件下，使整個系統(tǒng)或地區(qū)電力網(wǎng)的電能損耗最小

57、。近年來，由于,,,,,,,,,,,（9–43）,計算機的廣泛應用，尋求無功優(yōu)化配置的計算機程序發(fā)展很快，并日益完善。這些程序一般都能考慮負荷母線的無功電壓靜態(tài)特性，通過計算，給出符合優(yōu)化目標的補償點位置、補償容量、變壓器分接頭最佳位置。有的無功優(yōu)化配置程序有多種優(yōu)化目標函數(shù)，如網(wǎng)損最小、補償縱容量最小、補償成本最小、綜合經(jīng)濟效益最大等。在綜合經(jīng)濟效益最大的目標中，考慮了補償設備的投資、折舊、電價的分時計算等。

58、在配電網(wǎng)中，固定電容器優(yōu)化配置計算問題已基本得到解決。據(jù)資料介紹，此類計算機程序引入了電壓約束條件，可避免補償后電壓過高現(xiàn)象；也計及了沿線電壓變化對負載損耗和變壓器空載損耗的影響。其目標函數(shù)是包括電容器投資的凈節(jié)約現(xiàn)值、峰值功率降低獲得的節(jié)約現(xiàn)值和電容器的綜合投資和運行費用（這部分為負值）。此程序使用于多段、多分支、任意導線截面和任意負荷分布的放射式配電網(wǎng)。但未涉及35kV及以上電壓電力網(wǎng)和配電網(wǎng)無功優(yōu)化的協(xié)調(diào)配合問題，也未涉及包括可調(diào)

59、電容器的優(yōu)化配置問題。隨著配電網(wǎng)自動化的逐步實施，這些問題已成為配電網(wǎng)無功補償設備優(yōu)化配置的新課題，引起了重視。,3.3 挖掘無功潛力，減少無功消耗 屬于這類措施的有下列幾種： （1）盡量使用戶的無功補償設備投入使用； （2）工業(yè)企業(yè)的電動機和被拖動的機械設備的功率容量應該配合適當，防止因電動機輕載而使功率因數(shù)降低； （3）對某些轉(zhuǎn)速恒定、連續(xù)運轉(zhuǎn)的

60、較大容量的異步電動機，用同步電動機代替，并使同步電動機過勵磁運行。第五節(jié) 配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行和管理 一、配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行 在電能的輸送和分配過程中，配電網(wǎng)中的變壓器、線路元件都要消耗一定的電能，尤其是10kV電壓級的配電網(wǎng)的網(wǎng)損更占了整個電網(wǎng)網(wǎng)損相當大的比例。例如曾對某110kV電網(wǎng)進行了調(diào)查，結(jié)果是：假定整個電網(wǎng)的網(wǎng)損為100%，則110kV電網(wǎng)網(wǎng)損為25.7%，35kV為9.9%，而10kV為

61、64.4%。又如根據(jù)吉林電業(yè)局近幾年的統(tǒng)計，10kV～220kV電力系統(tǒng)的網(wǎng)損率達,6%～7%，其中10kV供電網(wǎng)的網(wǎng)損占60%以上。因此，要降低網(wǎng)損，節(jié)約電能，首先要對10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)損進行計算，亦即是應對配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行給予足夠的重視。對供電部門而言，在確保配電網(wǎng)的供電可靠性和電壓監(jiān)測合格率的前提下，配電網(wǎng)的網(wǎng)損率是企業(yè)雙達標的一個重要的經(jīng)濟指標，是國家對企業(yè)的驗收標準之一。 配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行與配電網(wǎng)自動

62、化實現(xiàn)的程度密切相關(guān)，目前國內(nèi)的配電網(wǎng)大多數(shù)為環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運行，個別配電網(wǎng)實現(xiàn)了遙信、遙控。但總體來說，仍處于離線運行狀態(tài)，要做到如主網(wǎng)一樣在線監(jiān)控還有很大的距離。 配電網(wǎng)經(jīng)濟運行的主要措施如下： （1）配電網(wǎng)潮流計算 對正常運行方式的配電網(wǎng)進行功率分布和電壓計算，在滿足電壓合格率的情況下，求得網(wǎng)損，進行安全分析，提高經(jīng)濟性。 （2）配電網(wǎng)網(wǎng)損計

63、算,可分為10kV和400kV的網(wǎng)損計算，一般是計算代表日的網(wǎng)損，可對10kV的某一饋電線或某一變電站或某一供電局分別求出網(wǎng)損；對400V網(wǎng)損則一般只要求對某一街道或地區(qū)進行日網(wǎng)損計算。 （3）配電網(wǎng)并聯(lián)電容補償 對10kV配電網(wǎng)的補償容量、接線方式進行分析計算，使無功補償達到最佳配置，從而降低網(wǎng)損。 （4）配電網(wǎng)重構(gòu)和負荷轉(zhuǎn)移 在正?；蚴鹿?/p>

64、運行方式下，配電網(wǎng)調(diào)度員根據(jù)實際需要進行斷路器或隔離開關(guān)操作，在調(diào)整配電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（簡稱重構(gòu)網(wǎng)絡）。通過重構(gòu)網(wǎng)絡，可以將負荷轉(zhuǎn)移，消除線路過載，提高供電可靠性和用戶的電壓質(zhì)量，還可降低網(wǎng)損，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟性。 配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行與配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、故障線路報警、自動隔離及恢復系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和管理信息系統(tǒng)（DMS）的現(xiàn)狀和水平緊密相關(guān),，,配電網(wǎng)自動化水平越高，就越能夠通過更多

65、的手段來提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟性，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)離線和在線的經(jīng)濟運行。 綜上所述，配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行僅僅采用離線計算的手段，諸如潮流計算、網(wǎng)損計算和無功補償優(yōu)化配置等還是不夠的。因配電網(wǎng)具有大量的斷路器和刀閘，配電網(wǎng)調(diào)度員在正常、檢修或事故運行方式下，要對斷路器或刀閘按需要進行操作，來調(diào)整網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，稱為重構(gòu)網(wǎng)絡。通過重構(gòu)可將負荷轉(zhuǎn)移，以達到平衡負荷，消除變壓器和線路過載，提高供電可靠性和用戶的電壓質(zhì)量，還可以降低網(wǎng)損，提

66、高配電網(wǎng)的經(jīng)濟性，所以網(wǎng)絡重構(gòu)是實現(xiàn)配電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)、可靠和經(jīng)濟運行的重要手段。 目前配電網(wǎng)重構(gòu)的算法很多，可分為三類。第一類是最優(yōu)流模式法，該方法按優(yōu)化條件尋找最優(yōu)流，經(jīng)兩次環(huán)網(wǎng)潮流計算才能確定一個刀閘的的分合，算法復雜，且計算量大。第二類方法以刀閘操作引起網(wǎng)損變化的估計公式為基礎，將負荷當作恒定電流，用重構(gòu)前的潮流分布估算開關(guān)操作后的網(wǎng)損變化。重構(gòu)可能引起較大的負荷轉(zhuǎn)移及電壓變化，因此網(wǎng)損估計的誤差較大。第三類是

67、人工智能方法，包括模擬退火法、,啟發(fā)式優(yōu)先搜索法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、基因算法等，由于計算量巨大，這類方法目前尚未達到實用化水平。 配電網(wǎng)重構(gòu)是一個嶄新的課題，它首先要尋找一個合適的實用算法，更重要的還需要在配電網(wǎng)自動化的基礎上才能實現(xiàn)。因為對一個配電網(wǎng)自動化來說，應要先建立起SCADA系統(tǒng)，具備了配電調(diào)度中心、通道和執(zhí)行端裝置，才能對配電網(wǎng)中的刀閘進行操作，以達到網(wǎng)絡重構(gòu)的目的。要實現(xiàn)配電網(wǎng)重構(gòu)，無論從理論上或是在

68、實踐上，對我國配電網(wǎng)來說都存在著巨大的差距，尚需要作大量的工作。 二、配電網(wǎng)的負荷管理 配電網(wǎng)的負荷管理LM（Load Management）是指供電部門根據(jù)電網(wǎng)的運行情況、用戶的特點及重要程度，在正常情況下，對用戶的電力負荷按照預先確定的優(yōu)先級別、操作程序進行監(jiān)測和控制，削峰（peak shaving）、填谷（valley filling）、錯峰（load shifting），改變系統(tǒng)負荷曲線的形狀，

69、從而達到減少低效機組運行，提高電力設備利用率，降低供電成本，節(jié)省能源的目的；在事故或緊急情況下，自動切除非重要負荷，,保證重要負荷不間斷供電以及整個電網(wǎng)的安全運行。負荷管理的實質(zhì)是控制負荷，因此又稱為負荷控制管理。 傳統(tǒng)的負荷管理（LM）主要是供電部門為了保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行而單方面采取的強制措施。其實，電力用戶在負荷管理方面也可以發(fā)揮重要作用。電力作為一種特殊商品，產(chǎn)供銷必須同時進行。因此完全可以通過實行高峰

70、高價、低谷低價，利用用戶追求低生產(chǎn)成本的愿望，使之自動調(diào)劑負荷，達到填谷削峰的目的。為了發(fā)揮用戶在負荷管理方面的這種作用，出現(xiàn)了負荷管理的新趨勢——需求側(cè)管理DSM（Demand Side Management），即供電部門采用技術(shù)的、行政的、財政刺激等各種手段，鼓勵用戶采用各種有效措施和節(jié)能技術(shù)，改變需求方式，在保持對用戶優(yōu)質(zhì)服務水平的情況下，降低能源消費，從而減少或推遲新建電廠及電網(wǎng)，節(jié)約投資及一次能源，以期獲得明顯的經(jīng)濟及環(huán)境效益