低壓配電網(wǎng)無功補償方式及優(yōu)化研究

1、電氣應用2008年第27卷第19期低壓配電網(wǎng)無功補償方式及優(yōu)化研究李穎峰陜西理工學院電氣工程系摘 要 目前無功補償主要集中在高、中壓配電網(wǎng)，而低壓配電網(wǎng)補償較少，以致低壓配電網(wǎng)的線損較大，降低了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益和電壓質量。分析比較了低壓無功補償?shù)姆绞郊皯茫榻B了低壓配電線路無功優(yōu)化的經(jīng)典模式“三分之二法則”，論述了應用此法則實現(xiàn)最優(yōu)配置的方法步驟，實際算例表明低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)男б骘@著。關鍵詞 低壓配電網(wǎng)，無功補償，無功優(yōu)化，三分之二法則1 引言在配電系統(tǒng)中廣泛存在大量的感性負荷，會消耗大量的無功功率，降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，造成線路電壓損失加大和有功損耗增加，使電網(wǎng)的供電質量惡化。解決問題

2、的有效方法就是進行無功功率補償。配電網(wǎng)的無功補償對于配電網(wǎng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要的作用。 我國目前電網(wǎng)無功補償主要集中在配電網(wǎng)，而低壓配電網(wǎng)補償較少，以致低壓配電網(wǎng)的線損遠大于高、中壓配電網(wǎng)的線損。為了取得最大效益，低壓配電網(wǎng)無功最優(yōu)補償模式，是使功率因數(shù)cos盡可能達到1。補償裝置作為無功電源，其最佳安裝地點宜在最接近無功負荷點的低壓配電線路上。因此，實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)無功補償，經(jīng)濟效益遠大于高，中壓配電網(wǎng)無功補償。2低壓配電網(wǎng)無功補償方式32.1低壓集中補償方式在配電變壓器380 V側進行集中補償，它是目前普遍采用的一種方式。在這種方式下，補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜，根據(jù)用戶

3、負荷水平的波動，投入相應數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功功率就地平衡，對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。2.2用戶終端分散補償方式在用戶負荷所在的位置就地補償，與低壓集中補償方式相比，優(yōu)點是能減少線損，減小電壓損失，改善電壓質量，提高線路供電能力。缺點是低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側最大無功功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器負荷波動的不同時性造成了大量電容器在輕載時的閑置，設備利用率不高。2.3低壓配電線路無功補償方式當380 V低壓配電線路較長且負荷較重，而且以上只對大容量負荷就地補償時，線路中仍有大量的無功功率在

4、流動，使低壓配電網(wǎng)線損及電壓損失較大。為了減小線損及電壓損失，可采取在低壓線路上進行無功補償。但由于低壓配電網(wǎng)的線路布線較混亂，節(jié)點多，支路多，所似必須采用一定的優(yōu)化模式來配置補償電容器，以達到最優(yōu)的補償效果。3低壓配電網(wǎng)無功補償方式的選擇低壓無功補償方式的選擇，從理論上而言，無功補償最好的方式是在哪里產(chǎn)生無功，就在哪里進行補償，整個系統(tǒng)將沒有無功電流的流動。但在實際電網(wǎng)中這是不可能做到的，因為無論是變壓器、輸電線路還是各種負載，均會產(chǎn)生無功。所以實際電網(wǎng)中就補償裝置的 安裝位置而言有以下幾種補償方式：低壓母線集中補償；低壓配電線路分散補償；負荷側的集中補償及負荷的就地補償。對于公共低壓配電網(wǎng)

5、，一般采取以分散補償方式為主，對于較難實現(xiàn)分散補償?shù)?，采用負荷側集中補償方式，即考慮負荷側所有的無功功率，在低壓系統(tǒng)（即配電變壓器低壓側）利用自動功率因數(shù)調整裝置，隨著負荷的變化，自動地投入或切除電容器。而對于380 V線路較長、負荷較重，且只對大容量負荷就地補償時，可采用低壓配電線路分散補償方式。 4低壓配電線路無功優(yōu)化模式許多先進的無功優(yōu)化方法和手段已經(jīng)成功地應用于高、中壓配電網(wǎng)，但目前仍難以應用于公共低壓配電線路，這是因為低壓線路節(jié)點多，支路多，未知因數(shù)多。如果以減少線路有功損耗作為優(yōu)化目標，可參照高、中壓配電線路補償理論，采用經(jīng)典優(yōu)化模式“三分之二法則”，作為低壓配電線路無功優(yōu)化補償?shù)?/p>

6、基本模式。三分之二法則是把均勻分布在一段僅有首端一個電源的線路上的無功負荷，分為3等份，無功補償設備最佳安裝地點為線路的2/3處，最佳配置無功補償容量為總無功負荷的2/3。如圖l所示。圖1 線路無功負荷分布和優(yōu)化前后無功潮流圖運用“三分之二法則”，經(jīng)分析計算，可以把無功負荷引起的系統(tǒng)有功損耗減少89%；功率因數(shù)為0.7的系統(tǒng)，總有功損耗可降低45%，功率因數(shù)提高到0. 95。5低壓配電線路無功補償?shù)淖顑?yōu)配置無功補償?shù)淖顑?yōu)配置是指在低壓配電網(wǎng)中，無功補償裝置最佳安裝地點和最佳補償容量的確定。最優(yōu)配置的步驟如下。5.1 簡化低壓配電線路的接線根據(jù)接線特點，把一回低壓網(wǎng)路沿著負荷最大、線路最長的方向

7、，簡化成無分叉主線或僅有一、二分叉主線，其他支線等效成一個無功負荷，各段不同截面的主線不必等效為同一截面，末端單相或兩相線路不算主線。5.2確定最大的無功總負荷最大無功總負荷的確定，可采用實測法或推算法。實測法使用實際測量數(shù)據(jù)；推算法可根據(jù)配電變壓器報裝總容量、預測總容量或實際總容量，以實際最大負荷同時率和功率因數(shù)換算。5.3 無分叉主線的最優(yōu)配置無功補償裝置最佳配置容量按“三分之二法則”，即Q：2虧Q；無功補償裝置最佳安裝地點為主線號Q無功負荷分布處（通常不是主線長度的號處）。5.4具有一個分叉主線的最優(yōu)配置(1)確定各段主線的無功分布負荷各段主線的無功分布負荷分別為EQo、Q、EQ2。(2

8、)把具有一個分叉主線等效轉換成兩條無分叉主線接線路負荷分布情況，把有分叉主線（見圖2）等效轉換成兩條無分叉主線（見圖3）。圖2有一個分叉主線圖圖3等效無分叉主線圖其等效轉換公式為(3)轉換后兩條無分叉主線分別按無分叉主線進行最優(yōu)配置 同理可分析具有二分叉主線的最優(yōu)配置，分析過程同上。對二分叉主線，各段主線的無功分布負荷分別為EQo. EQi、EQ2及EQ3，其等效轉換公式則為6算例某典型低壓臺區(qū)，配電變壓器型號為S8-400，供兩回低壓架空線路，線路長度均為600 m，線路規(guī)格為截面積120 mmz銅芯導線，負荷分布在線路后半段，高峰負荷260 kW(2×130 kW)，低谷負荷13

9、0 kW(2×65 kW)，功率因數(shù)為0.7，配電變壓器最大負載率為92. 8%，每回低壓線路最大負荷電流為262A。其接線如圖4所示。圖4典型低壓臺區(qū)接線圖每回線路最大有功負荷P為130 kW，則視在負荷S為(130/0.7) kVA=185.7 kVA，無功負荷Q為132.6 kvar。按“三分之二法則”進行無功優(yōu)化配置，最佳配置容量Q.=詈x132.6 kvar= 88.4 kvar；最佳安裝地點為主線號Q無功負荷分布處，即1= (300+丟裊×88. 4)m=500m。經(jīng)進一步計算進行無功優(yōu)化補償后，功率因數(shù)由0.7提高到0. 95 -1；低壓線路年線損電量減少99

10、 MWh，年節(jié)約支出6萬元；配電變壓器年損耗電量減少7.2 MWh，年節(jié)約支出0.432萬元?？梢姛o功補償效益非常顯著。7結束語由以上算例可知，低壓線路無功補償效益非常顯著，不但低壓線路能降損，而且整條中壓線路都能降損50%左右，一般幾個月就收回投資；補償后功率因數(shù)能達0. 95以上，線路電壓也得到改善。因此，應把無功補償?shù)闹攸c從高、中壓配電系統(tǒng)和變壓器側轉到低壓配電線路中。但是由于低壓配電網(wǎng)的線路布線較混亂，對于復雜低壓電網(wǎng)，要簡化低壓配電線路的接線可能很困難，提出的簡化方法并不能完全適應實際情況。所以如何將“三分之二法則”和用戶終端補償結合起來實現(xiàn)真正意義上的分散無功補償有待進一步研究。參

11、考文獻1羅安電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術及裝備Ml.北京：中國電力出版社，2006.2 王凌誼，等電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與無功補償J】電氣應用，2006(10)：45483王乙伊低壓配電岡無功補償方式的研究J廣東電力，2007 (2)：33-364李達堅，低壓配電線路無功優(yōu)化的應用模式與效果 J.廣東電力，2005(2)：14.Research on Reactive Power Compensating Modes and Optimization for Low VoltageDistribution NetworkLi Yingfeng( Shanxi Institute of Technolo

12、gy)Abstract The reactive power compen8ation amass use on HVand MV distribution network, but a little compensating on LV distribution network , the line lose of LV distribution network is higher, which reduce voltage quality and the economic benefits of power network. The paper analyzes and compares the modes and application of LV reactive power compensating, describes the typical pattern of reactive power optimization on LV distribution lines, i. e. the rule of two thirds. The approach of using this rule to reaslize optimal configuration is expounded. Through case analysis, rea