配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計

1、中文題目：配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計外文題目: DESIGN OF INTELLIGENT VAR COMPENSATIONDEVICE FOR DISTRIBUTION NETWORK畢業(yè)設(shè)計（論文）共 61 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文20頁） 圖紙共1張 I摘 要隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的增加，對無功功率的需求也日益增加。由于無功功率在電網(wǎng)中傳輸會造成有功損耗以及受電端電壓下降，因此大量的無功功率在電網(wǎng)中傳輸必然使電能利用率大大降低且嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。在電網(wǎng)中的適當(dāng)位置裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置成為滿足電網(wǎng)無功需求的必要手段。論文分析了無功補(bǔ)償?shù)脑砗湍康?，針對?dāng)前低壓無功補(bǔ)償?shù)那闆r，給出了無功補(bǔ)償?shù)碾x線優(yōu)

2、化方法，并結(jié)合輻射狀電網(wǎng)和非輻射狀電網(wǎng)得出相應(yīng)的補(bǔ)償容量。在實(shí)時補(bǔ)償方面，針對不同的負(fù)荷狀況,根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)電容器組優(yōu)化投切模型，從實(shí)時的角度研究電容器組的投切，推導(dǎo)出電容器組實(shí)時投切的線性整數(shù)模型以及這種模型的解法。對一些無功變化迅速的負(fù)荷，則給出直接以無功功率做控制量的簡單模型。設(shè)計了一套以80C196KB單片機(jī)為核心的智能無功補(bǔ)償裝置，該裝置以無功功率最小作為控制策略，以電壓作為約束條件。論文闡述了該控制器的硬件原理及電路圖和軟件框圖。關(guān)鍵詞:有功損耗;無功補(bǔ)償;80C196KB單片機(jī)AbstractDue to increasing loads of electric power sys

3、tem, demand on reactive power was also increasing. Because transmission of reactive power in electric network can lead to network loss and step-down voltage, transmission of a great deal of reactive power necessarily resulted in reduction of using efficiency of power energy and severely effected vol

4、tage quality. It became necessary means that reactive power compensation devices were installed in proper position of electric network.This paper introduced the principle and objective of var compensation, present the model of reactive power optimization planning about low voltage system. According

5、as radiant or other power system, the compensatory capability was gained. On real time compensation, aimed at different load condition, based the former research. This paper deduced the linear integer model for capacitor switching and gave the resolving. And introduced the simple model direct on rea

6、ctive power to some load where the reactive power changed rapidly. An intelligent device was designed for var compensation. The device took the 80C196KB single chip micro-controller as main control chip, took reactive power as control target and took voltage as restricting condition. In this paper,

7、it expounded the principle and electric circuits of hardware and the design of software.Key words: Power Loss; Var Compensation; 80C196KB Single Chip目錄0 前言11 概述21.1 課題背景21.2 國內(nèi)外對無功功率研究41.3 負(fù)荷無功補(bǔ)償?shù)哪康暮鸵饬x61.4 目前負(fù)荷補(bǔ)償?shù)牟蛔?1.5 本設(shè)計的主要工作82 低壓終端無功補(bǔ)償?shù)睦碚摵脱a(bǔ)償策略102.1 負(fù)荷無功補(bǔ)償原理102.1.1 感性負(fù)載端并聯(lián)電容器補(bǔ)償102.1.2 感性負(fù)載端并聯(lián)同步補(bǔ)償

8、機(jī)132.1.3 感性負(fù)載端串聯(lián)電容器補(bǔ)償142.2 低壓無功補(bǔ)償方式142.2.1 線路補(bǔ)償142.2.2 終端補(bǔ)償152.3 低壓無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t162.4 低壓終端無功補(bǔ)償策略研究172.4.1 離線補(bǔ)償策略182.4.2 實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償策略213 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計233.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計233.1.1 8OC196KB芯片的特點(diǎn)233.1.2 控制器存儲空間擴(kuò)展243.2 系統(tǒng)硬件的各部分組成及功能253.2.1 鍵盤電路253.2.2 顯示電路263.2.3 通信接口電路263.2.4 數(shù)據(jù)采集通道電路273.2.5 電容器組投切電路294 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計314.1

9、 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計314.2 鍵盤顯示接口軟件設(shè)計324.3 通信軟件設(shè)計334.4 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計344.5 計算部分軟件設(shè)計345 控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計366 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析387 結(jié)論39致 謝40參考文獻(xiàn)41附錄A 譯文42附錄B 外文文獻(xiàn)500 前言隨著人們生活水平的提高和家用電器的普及，低壓用戶以及住宅用戶的用電量大幅增長，低壓電網(wǎng)出現(xiàn)多處過負(fù)荷現(xiàn)象，與此同時功率因數(shù)也在進(jìn)一步降低。導(dǎo)致線路末端電壓遠(yuǎn)低于允許范圍，洗衣機(jī)、空調(diào)器等非照明負(fù)荷難以正常工作，并對電器設(shè)備造成巨大危害。同時，由于新增電氣負(fù)荷大量采用電動機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力電子裝置，對無功功率需求很大，因而導(dǎo)致低壓線

10、路損耗顯著增大，整個低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)很低。配電變壓器低壓側(cè)的綜合功率因數(shù)約在0.65-0.70之間。低壓電網(wǎng)消耗的無功功率主要靠上級電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送，由于大量的無功功率在電網(wǎng)中流動，造成線損電壓降增大，降低了電能質(zhì)量，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和配電變壓器的供電能力。此外，低壓電網(wǎng)的用戶面廣而且量大，因此，在目前情況下，為低壓電網(wǎng)加裝適量的無功補(bǔ)償電容器是非常必要的。它可以補(bǔ)償?shù)蛪号潆娋€路本身的無功損耗及廣大用戶用電設(shè)備的部分無功需要，使無功盡可能就地達(dá)到平衡，減少無功在電網(wǎng)中的流動，這對降低線損改善電壓質(zhì)量和提高供電能力是十分有利的。無功補(bǔ)償是涉及電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、電氣自動化技術(shù)、理論電工等領(lǐng)域的

11、重大課題,由于在配電系統(tǒng)中廣泛存在大量的感性負(fù)荷，使得無功問題引起人們越來越多的關(guān)注。這些負(fù)荷在配電系統(tǒng)中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電能損耗增加。此外,對于諸如電弧爐、軋鋼機(jī)這些沖擊性無功負(fù)荷還會產(chǎn)生電壓的劇烈波動使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化,解決這些問題的有效方法就是進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，即在系統(tǒng)中采用固定安裝或自動投切的方式接入并聯(lián)電容器等容性設(shè)備。這些設(shè)備可以供給感性負(fù)荷所消耗的部分無功功率，減少無功功率在電網(wǎng)中的流動。從而降低線路的電能損耗并提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。目前，基于并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)臒o功功率補(bǔ)償裝置已經(jīng)成為國內(nèi)無功補(bǔ)償?shù)闹饕问健C(jī)械式投切電容器雖然投資成

12、本低，但其響應(yīng)速度慢、機(jī)械開關(guān)投切次數(shù)有限等缺點(diǎn)制約它的發(fā)展，晶閘管投切并聯(lián)電容器TSC技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。無功補(bǔ)償包括兩個方面，一是對系統(tǒng)，即對輸電線的補(bǔ)償；二是對負(fù)荷的補(bǔ)償。低壓電網(wǎng)負(fù)荷補(bǔ)償是電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償中重要的組成部分，它著重于在負(fù)載端對電網(wǎng)中負(fù)載消耗的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。本文介紹以16位工業(yè)級單片機(jī)80C196KB為核心的智能無功優(yōu)化控制器，該智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)控制策略采用電壓無功綜合自適應(yīng)控制方式。在滿足電壓合格的前提下使功率因數(shù)最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)低壓配電網(wǎng)的電壓和無功功率變化，具備自動調(diào)整相關(guān)控制系統(tǒng)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的能力，實(shí)現(xiàn)先投先切和循環(huán)投切的功能，并且可避免投切振蕩和過補(bǔ)償

13、，具有快速、準(zhǔn)確和針對性強(qiáng)的特點(diǎn)。1 概述1.1 課題背景現(xiàn)代電網(wǎng)中，電動機(jī)等感性負(fù)荷占據(jù)相當(dāng)大比重。它們在消耗有功功率的同時，也需要吸收大量無功功率。無功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，降低了輸配電設(shè)備效率，而且還增大了網(wǎng)損，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。目前，美國電力主網(wǎng)設(shè)備的功率因素己接近于1,原蘇聯(lián)法律規(guī)定功率因素應(yīng)大于0.92，日本等國還建立了全國性的無功管理委員會，研究無功補(bǔ)償方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。從實(shí)際情況看，世界上工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，其電網(wǎng)功率因數(shù)都比較高。因此，大力提高電網(wǎng)功率因素，降低線損，節(jié)約能源，挖掘發(fā)電設(shè)備的潛力，是當(dāng)前電力網(wǎng)發(fā)展的趨勢。隨著人民生活水平提高，低壓用戶，特別是住宅

14、用戶的用電量大幅增長。住宅設(shè)計推薦用電容量已達(dá)到40V·Am 以上。然而，由于廠礦單位、住宅小區(qū)、部隊(duì)營區(qū)等配電線路更新改造速度相對滯后，導(dǎo)致線路末端電壓遠(yuǎn)低于允許范圍，洗衣機(jī)、空調(diào)等非照明設(shè)備難以正常工作，并對電器設(shè)備造成巨大危害。同時，由于新增電氣負(fù)載大量采用電動機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力電子裝置，對無功功率需求很大，因而導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)部線路損耗顯著增大。解決這一問題，目前主要措施是增容，即擴(kuò)大變壓器和配電線路容量，從而提高供電能力。但是，一方面增容投資大，施工工程量大，周期長，另一方面由于末端無功仍需由低壓側(cè)集中補(bǔ)償系統(tǒng)提供，輸電線路利用效率仍然較低。因此，有效減小線路無功電流，不

15、僅增大了有功輸送能力，而且有利于降低變壓器低壓側(cè)到末端負(fù)荷間的線路損耗，改善末端電壓質(zhì)量。研究開發(fā)線路終端用無功功率補(bǔ)償裝置具有明確的經(jīng)濟(jì)意義和社會效益。近30年來，由于超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)中無功功率的消耗也日益增大。低壓電網(wǎng)中，隨著居民生活水平的提高和家用電器的普及，以及小工業(yè)用戶的增多，電網(wǎng)的功率因數(shù)大都比較低，尤其是電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，而大多數(shù)電力電子裝置的功率因素很低，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，也給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)，因此，利用無功補(bǔ)償技術(shù)正成為當(dāng)前世界各國電力設(shè)計及決策人員的共識，無功補(bǔ)償裝置的投資已被列入電力投資的整體規(guī)劃中，成為一個不可缺少的環(huán)節(jié)。無功功率對供電系統(tǒng)

16、和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。當(dāng)無功功率不足時，將降低發(fā)電機(jī)的有功功率輸出，使電源設(shè)備的利用率下降，而且，使電力線路的電壓損失加大，造成電能質(zhì)量下降，還使供電系統(tǒng)損耗加大，造成了能源的損失。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的，因此，簡單的說，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)，而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無功功率。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。在工業(yè)企業(yè)中，電弧爐、感應(yīng)爐、電焊機(jī)、感應(yīng)焊機(jī)、軋鋼廠、

17、礦井卷揚(yáng)機(jī)、特大型電動機(jī)(尤其是頻繁啟動者)、礦場的挖掘機(jī)、同步加速器等都是需要補(bǔ)償?shù)牡湫拓?fù)荷。這些負(fù)荷大致可分為兩類:一是負(fù)荷本身在運(yùn)行過程中就呈現(xiàn)非線性，二是當(dāng)負(fù)荷投入或切除時引起無功變化。傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。同步調(diào)相機(jī)雖然能進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，目前在現(xiàn)場仍有使用，但在技術(shù)上已顯落后。并聯(lián)電容器補(bǔ)償簡單經(jīng)濟(jì)，靈活方便，有取代同步調(diào)相機(jī)的趨勢，但只能補(bǔ)償固定無功，還可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大。目前在我國仍是主要的無功補(bǔ)償方式。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電氣傳動領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相控技術(shù)、脈寬調(diào)制等技術(shù)被引入到電力系統(tǒng)

18、，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)控制技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System-FACTS)，其本質(zhì)就是將高壓大功率的電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以增強(qiáng)對電力系統(tǒng)的控制能力，提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。FACTS的多個類型都具有諧波抑制和無功補(bǔ)償能力。靜止無功補(bǔ)償(Static Var Compensator-SVC) 是它的一個類型，靜止無功補(bǔ)償技術(shù)是20世紀(jì)70年代以后發(fā)展起來的，是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有發(fā)出和吸收無功電流的能力，用于提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓等。目前這種開關(guān)主要是交流接觸器和電力電子

19、開關(guān)。但用接觸器來投切會出現(xiàn)巨大的沖擊涌流，而且閉合時觸頭微動導(dǎo)致電弧燒損嚴(yán)重，現(xiàn)在靜止無功補(bǔ)償器一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備。晶閘管投切電容器(Thyristor Swith Capacutor-TSC) 和晶閘管控制電抗器(Thyristor Control Reactor-TCR)是其典型代表。TSC補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級數(shù)分得夠細(xì)，基本上可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，瑞典某鋼廠的兩臺100t電弧爐安裝60Mvar的TSC后，有效的使130kV電網(wǎng)的電壓保持在1.5%的波動范圍。TCR是用來吸收系統(tǒng)的無功功率的。瑞士勃郎·鮑威利公司已造出此種補(bǔ)償器用于高壓輸電系

20、統(tǒng)的無功補(bǔ)償。此外，SVC還包括TSC十TCR混合型的補(bǔ)償器，我國平頂山至武漢鳳凰山500kV變電站引用進(jìn)口的無功補(bǔ)償設(shè)備就是TSC十TCR型。目前國內(nèi)外對SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等智能控制手段也被引入SVC控制系統(tǒng)，使SVC系統(tǒng)的性能更加提高。世界上已投運(yùn)的輸電用SVC大約150套，我國運(yùn)行于500kV輸電系統(tǒng)的也有5臺，型式為TCR+TSC，均為進(jìn)口設(shè)備，國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用的TCR裝置大約有20套，其中一小半為國產(chǎn)設(shè)備，低壓380kV供電系統(tǒng)有各類TSC型國產(chǎn)無功補(bǔ)償設(shè)備在運(yùn)行。目前國內(nèi)外對SVG的建模、控制模式、結(jié)構(gòu)設(shè)計和不對稱控制等做了很多研究，但目前還

21、有很多理論和實(shí)際運(yùn)用的問題尚待解決。而且其控制復(fù)雜，所用的全控器件價格昂貴，所以目前還沒有普及，尤其在我國，大功率電力電子器件目前基本依賴進(jìn)口，成本太高，根據(jù)我國國情，此類裝置的實(shí)用化尚需相當(dāng)長的一段時間。而低壓無功補(bǔ)償中要求裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單易于安裝和維護(hù)，因此TSC和TCR裝置非常適合于在無功就地補(bǔ)償領(lǐng)域推廣。但SVG具有調(diào)節(jié)速度更快且不需大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量小，同容量占地面積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)越性能必將使其成為未來無功補(bǔ)償設(shè)備的重要發(fā)展方向。美國電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器(Unified Power Flow Controller- UPFC )，集并聯(lián)補(bǔ)

22、償、串聯(lián)補(bǔ)償、移相等多種功能于一身,造價非常高，控制非常復(fù)雜，目前僅美國Inez變電站安裝了這一裝置。1.2 國內(nèi)外對無功功率研究電力系統(tǒng)是一個典型的非線性大系統(tǒng)，隨著社會的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對電力的需求不斷增加，使現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，系統(tǒng)日趨復(fù)雜。大機(jī)組、重負(fù)荷、超高壓遠(yuǎn)距離輸電，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及對電力系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性及電能質(zhì)量的高要求，使柔性輸電系統(tǒng)(FACTS) 技術(shù)成為目前電力系統(tǒng)的一個重要的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備可滿足一定范圍內(nèi)的無功補(bǔ)償要求，但存在響應(yīng)的速度慢，故障維護(hù)困難等缺點(diǎn)。靜止無功補(bǔ)償器(SVC) 近年來獲得了很大發(fā)展，已被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補(bǔ)償及

23、長距離輸電的分段補(bǔ)償，也大量用于負(fù)載無功補(bǔ)償。其典型代表是固定電容器+晶閘管控制電抗器(TCR)。晶閘管投切電容器也獲得了廣泛的應(yīng)用。除了在控制器件方面的改進(jìn)，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，在控制方法上也有很大的進(jìn)步。采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制等智能型控制方法，研制能同時對電壓、無功功率、三相不平衡、諧波等進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)和補(bǔ)償控制的裝置已經(jīng)成為大家的共識。目前在城市配電網(wǎng)公用變壓器低壓側(cè)，由于用戶家用電器感性負(fù)載的不斷增加，使得其功率因數(shù)較低，導(dǎo)致公用變壓器低壓側(cè)線路損耗大，供電電壓指標(biāo)不能滿足用戶要求因此，在公用變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償己成為目前研究的另一個熱門。國外、城市、農(nóng)村電網(wǎng)是否安

24、裝戶外無功補(bǔ)償己成為衡量配電網(wǎng)性能的主要指標(biāo)之一。在日本，配電網(wǎng)系統(tǒng)戶外補(bǔ)償電容器的自動投切率已達(dá)86.4%;在美國，許多城市道路旁的電線桿上裝有并聯(lián)電容器組，并采用自動裝置控制。國內(nèi)無功補(bǔ)償主要采用變電站集中補(bǔ)償和企業(yè)就地補(bǔ)償兩種形式。戶外型無功自動補(bǔ)償系統(tǒng)的研究正在起步，己有一些科研單位和公司推出了相應(yīng)產(chǎn)品。早期生產(chǎn)的低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償控制器多選用分立的電子元件，08年代起發(fā)展為采用CMOS集成電路，近年來發(fā)展的新產(chǎn)品是以微處理器為核心的電腦型智能化產(chǎn)品，并根據(jù)用戶需要開發(fā)出了一批多功能的新產(chǎn)品，可以獲得優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和某些獨(dú)特的環(huán)節(jié)，使控制器更趨于完善?？刂破麟娐吩O(shè)計和生產(chǎn)過程的完善化，對電

25、子元件的老化試驗(yàn)和篩選，提高了控制器整體的工作可靠性和使用壽命，產(chǎn)品質(zhì)量的檔次得到提高。目前主要存在問題是控制規(guī)律簡單、抗干擾能力差，不能很好的解決無觸點(diǎn)開關(guān)投切電容的問題，在三相不平衡條件下不能有效的進(jìn)行無功補(bǔ)償。同時由于戶外工作環(huán)境相對惡劣，裝置的可靠性和控制精度難以滿足現(xiàn)場運(yùn)行的要求。此外還不具備通訊功能，不能實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)的無功優(yōu)化，不能對電能質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)視以滿足現(xiàn)代化電力系統(tǒng)建設(shè)的需要。在公用變低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，現(xiàn)在對并聯(lián)電容器的分組方式得到了共識。過去生產(chǎn)按等容量分組的控制器，后生產(chǎn)按1:2:4或1:2:4:8不等容量分組的控制器，調(diào)控補(bǔ)償設(shè)備的容量分組分別為7級和15級。主要

26、發(fā)展帶邏輯電路“先投先切，后投后切”的等容量分組方式的控制器，以使各組并聯(lián)電容器投入運(yùn)行的時間大致均等，并可減少增減補(bǔ)償容量過程中電容器的投切次數(shù)，但仍舊沒有解決無級投切的問題。隨著高電壓、大功率半導(dǎo)體器件的不斷更新和發(fā)展，功率變換控制技術(shù)的日益完善，極大地推動了電力電子技術(shù)在電力工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，提高輸電能力和用電效率，以及在節(jié)能和改善電能質(zhì)量等各方面都起著越來越重要的作用。專家們認(rèn)為在21 世紀(jì)，會有更多更新的高電壓大功率半導(dǎo)體器件和裝置投入電力工業(yè)的實(shí)際運(yùn)行中，使目前基本不可控的系統(tǒng)變?yōu)殪`活可控(稱為柔性交流輸電系統(tǒng) FACTS)。配電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)

27、償方式包括:在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組;在配電變壓器低壓側(cè)和車間配電屏間安裝并聯(lián)電容器以及在單臺電動機(jī)附近安裝并聯(lián)電容器(就地補(bǔ)償)等。近年來企業(yè)中普遍利用并聯(lián)電容器進(jìn)行供用電線網(wǎng)的無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路的電流，減少了線損，取得了較好的效果。但不同的補(bǔ)償方式，在實(shí)際中的補(bǔ)償效果仍有所差異。若能根據(jù)具體情況，選用綜合性的全方位補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償，克服單一補(bǔ)償方式的不足，其補(bǔ)償效果會更好。從補(bǔ)償方法上看，主要有固定、手動、自動三種方法。1.3 負(fù)荷無功補(bǔ)償?shù)哪康暮鸵饬x負(fù)荷補(bǔ)償就是對無功功率進(jìn)行調(diào)度以改善交流電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，負(fù)荷補(bǔ)償?shù)哪康挠幸韵氯c(diǎn): 一是提高供用電

28、系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減小功率損耗。二是穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量；在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。三是諸如電弧爐、電氣化鐵路等不對稱的沖擊負(fù)荷造成的電力系統(tǒng)三相嚴(yán)重不平衡，通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。負(fù)荷補(bǔ)償，首先是一個經(jīng)濟(jì)問題，因?yàn)樵谖覀儑?，電價是同功率因數(shù)有關(guān)的。對大型工業(yè)負(fù)荷來講，如果其未經(jīng)補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)小于0.8，則進(jìn)行無功功率補(bǔ)償在經(jīng)濟(jì)上是合算的。當(dāng)電流流過線路時，其有功損耗為： (1-1) 式中，P為線路的有功功率損耗( kW)；I為線路流過的電流(A)；R為線路每相電阻()；P

29、為線路輸送的有功功率(kW)；Q為線路輸送的無功功率(kvar)；U為線路電壓(kV)；cos為線路的功率因數(shù)。由上式可知，線路有功功率的損失與功率的平方成反比，提高功率因數(shù)可大大降低線損。對供電部門來講，為了減少輸電線的電能損耗，也要求企業(yè)進(jìn)行無功補(bǔ)償。提高功率因數(shù)，通常應(yīng)盡可能的在靠近需要無功功率的負(fù)荷處產(chǎn)生無功功率，而不應(yīng)向遙遠(yuǎn)的發(fā)電廠去取無功功率。資料表明，在我國電網(wǎng)中，變電網(wǎng)、配電網(wǎng)、用戶網(wǎng)絡(luò)總線損率為16.4%,其中電力部門和用戶各占一半，均為8.2%。電網(wǎng)各部分電能損耗比例如表1-1。表1-1電網(wǎng)各部分電能損耗比例Table 1-1Power ratio of the vario

30、us parts of power loss 電業(yè)部分主網(wǎng) 城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)用戶部分工業(yè) 農(nóng)業(yè) 其它總計 線損率%占總損耗比例%4 4.224.4 25.66.22 1.37 0.6237.9 8.4 3.816.4100其次，在負(fù)荷對無功功率需求不斷變化的情況下，電壓調(diào)整是一件至關(guān)重要的事情。負(fù)荷對無功需求的變化，會引起電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓的變化，這就可能影響到與該節(jié)點(diǎn)相連的負(fù)荷的運(yùn)行效率，導(dǎo)致不同用戶的負(fù)荷進(jìn)行干擾，或者引起供電電壓的脈動。這就需要用無功補(bǔ)償設(shè)備使電壓穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)。線路電壓損失為 (1-2)式中，為線路電壓損失(kV)；X為線路電感電抗()。由于電力系統(tǒng)是設(shè)計在平衡條件下運(yùn)行的，不平衡

31、運(yùn)行會引起負(fù)序和零序電流分量，可以通過補(bǔ)償設(shè)備來平衡負(fù)荷。1.4 目前負(fù)荷補(bǔ)償?shù)牟蛔銚?jù)統(tǒng)計，當(dāng)前國內(nèi)典型城鄉(xiāng)配電網(wǎng)無功損耗情況如下:按電壓等級劃分0.4kV級損耗占50%, 10kV級占20%, 35kV以上占30%。在農(nóng)村，長距離供電較為普遍，10kV線路損耗較大；在城網(wǎng)中，配網(wǎng)的損耗主要在0.4kV側(cè)。因此，作好10kV等級電壓以下的無功補(bǔ)償具有重要意義。近年來，由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)已得到很大改進(jìn)，無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展己進(jìn)入一個新階段。然而，許多電網(wǎng)仍存在補(bǔ)償不足，調(diào)節(jié)手段落后，電壓偏低，損耗增大等問題。負(fù)荷無功補(bǔ)償主要有以下幾個問題:1）無功補(bǔ)償容量不足。在供電方面，公用變壓

32、器在全國大中小城市中大量存在，而且伴隨著一戶一表等城網(wǎng)改造的開展，還會大量增加。由于資金匱乏及重視程度不夠，公用變壓器區(qū)內(nèi)無功補(bǔ)償容量嚴(yán)重不足，有功損耗大，公用變壓器的利用率不高。在用戶方面，由于公用變壓器區(qū)內(nèi)低壓用戶很多，供電企業(yè)管理不便，低壓用戶感性負(fù)荷很大。由于各用戶沒有統(tǒng)一的無功功率補(bǔ)償，造成補(bǔ)償不合理，效果不明顯；而且，在高峰時，從電網(wǎng)接收無功過多，低谷時，往往向系統(tǒng)倒送無功。2）無功補(bǔ)償裝置落后。在無功補(bǔ)償裝置上，大量的裝置采用采集任選一相的無功信號或一相電流另兩相電壓得出的無功信號并以此作為投切容量的依據(jù)，但這種方式只適用于以三相動力為主的配電區(qū)，它可能會對非采樣相造成過補(bǔ)或欠補(bǔ)

33、。在投切容量的確定方面，往往以功率因數(shù)為參考，電容器分組投切，當(dāng)功率因數(shù)滯后時，則投入一組電容器；當(dāng)有超前的無功分量時，則切除一組電容器；按步投切電容量，無功補(bǔ)償?shù)木炔桓?。這些裝置常因?yàn)殡娙萜魅萘考壊畲蠖肚芯鹊突蝾l繁投切。3) 集中補(bǔ)償占大多數(shù)。集中補(bǔ)償只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無功功率所產(chǎn)生的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過配電線路向用電設(shè)備輸送無功功率所造成的有功損耗。由于用戶內(nèi)部的無功損耗沒有減少，所以降損節(jié)電效果必然受到限制。負(fù)荷所需的無功功率，仍然需要通過線路供給，依然產(chǎn)生有功損耗。1.5 本設(shè)計的主要工作 對電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償而言，存在兩種補(bǔ)償方式。一種是對系統(tǒng)的補(bǔ)償，另

34、一種是對負(fù)荷的補(bǔ)償。本文主要是根據(jù)TSC的自動無功補(bǔ)償原理，以16位工業(yè)級單片機(jī)80C196KB為核心的智能無功優(yōu)化控制器，在負(fù)荷端進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难芯俊Ｖ饕懻撽P(guān)于無功補(bǔ)償?shù)囊韵聝?nèi)容： 1）研究討論國內(nèi)外對無功補(bǔ)償?shù)难芯?，以及?fù)荷無功補(bǔ)償?shù)哪康囊饬x?，F(xiàn)代電網(wǎng)中，電動機(jī)等感性負(fù)荷占據(jù)相當(dāng)大比重。它們在消耗有功功率的同時，也需要吸收大量無功功率。無功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，降低了輸配電設(shè)備效率，而且還增大了網(wǎng)損，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。因此，無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。2）重點(diǎn)研究低壓負(fù)荷補(bǔ)償策略和并聯(lián)電容器組諧波的影響以及低壓終端無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。低壓無功補(bǔ)償?shù)姆绞街饕?/p>

35、線路補(bǔ)償、終端補(bǔ)償兩種，以及離線補(bǔ)償策略和實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償策略。負(fù)荷無功補(bǔ)償主要有感性負(fù)載端并聯(lián)電容器補(bǔ)償、感性負(fù)載端并聯(lián)同步補(bǔ)償機(jī)、感性負(fù)載串聯(lián)電容器提高功率因數(shù)進(jìn)行無功補(bǔ)償幾種方案。3）控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)以無功功率作為主要的檢測及控制目標(biāo)，系統(tǒng)主控單元以80C196KB單片機(jī)為核心，完成采樣、計算、輸出、自檢、通信等功能?？刂破饔蒑CS-80C196KB單片機(jī)為核心的主控單元，電流電壓有效值采集單元，數(shù)字相位計單元，執(zhí)行驅(qū)動單元，鍵盤和顯示單元，通訊單元等組成。4）控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。本設(shè)計中，單片機(jī)軟件采用C196語言編寫，采用模塊化設(shè)計，分為以下幾個方面:主程序、采集程序、各種電

36、量的計算程序、鍵盤顯示程序、通信程序等。系統(tǒng)上電運(yùn)行后，進(jìn)行自檢和初始化工作，顯示首頁。然后開放串行口中斷，掃描鍵盤，如果有鍵按下，進(jìn)入鍵處理模塊，進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)定。之后采集電流、電壓和相角，進(jìn)行計算?？赏ㄟ^鍵盤“手動/自動”鍵來選擇按照手動或自動兩種不同的方式運(yùn)行。5）控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。單片機(jī)系統(tǒng)在現(xiàn)場運(yùn)行過程中，有大量的干擾存在，常常使系統(tǒng)程序跑飛不能正常運(yùn)行，因此在系統(tǒng)設(shè)計開始，就要將各種可能的干擾考慮到，采取相應(yīng)的抗干擾措施，這些措施包括硬件抗干擾設(shè)計和軟件抗干擾設(shè)計。6）對本設(shè)計的實(shí)行方案和應(yīng)用技術(shù)等方面進(jìn)行總結(jié)，并對其經(jīng)濟(jì)效益做出合理的評價。2 低壓終端無功補(bǔ)償?shù)睦碚摵脱a(bǔ)償策

37、略2.1 負(fù)荷無功補(bǔ)償原理無功功率的主要用戶是感應(yīng)電動機(jī)和變壓器。減少無功功率需要量，提高設(shè)備自然功率因數(shù)，主要的途徑之一就是使電動機(jī)及變壓器的負(fù)載合理。通過大量事實(shí)表明，感應(yīng)電動機(jī)及變壓器在空載和輕載時功率因數(shù)及效率都很低。所以，必須限制或避免感性負(fù)載的空載和輕載運(yùn)行。也可適當(dāng)控制運(yùn)行電壓，減少無功用電，提高功率因數(shù)。但提高設(shè)備自然功率因數(shù)是有限的，一般還需在用戶端采用無功補(bǔ)償裝置，提高人為功率因數(shù)，才能達(dá)到我國電力設(shè)備的有關(guān)規(guī)定，即：在電力用戶變壓器的高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，低壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.85。其無功補(bǔ)償裝置，一般是在用戶端并聯(lián)電容器或進(jìn)相機(jī)(同步補(bǔ)償電動機(jī))。2.1.1 感

38、性負(fù)載端并聯(lián)電容器補(bǔ)償其原理如圖2-1所示，感性負(fù)載用RL的串聯(lián)來等效。圖2-1補(bǔ)償原理圖Fig. 2-1Schematic of compensation當(dāng)開關(guān)K斷開即沒有并聯(lián)電容器時，負(fù)載兩端的電壓U、功率因數(shù)、線路上流過的電流及無功功率為(圖2-2)： (2-1)圖2-2向量圖Fig. 2-2Vector diagram當(dāng)開關(guān)K閉合，即投入適當(dāng)電容時，整個電路的向量圖為圖2-3。 (2-2)圖2-3向量圖Fig. 2-3Vector diagram從矢量圖知：由于電容性電流Ic在相位上超前電壓900，這樣可以抵消一部分相位滯后電壓900的感性電流I1，這不僅使線路上的總電流由I1減少到I

39、，而且使功率因數(shù)從 提高到。若通過此方法，將功率因數(shù)從 提高到，則可確定出所需的電容器的容量： (2-3)其補(bǔ)償前后的功率三角形如圖2-4所示：從功率三角形可得所需補(bǔ)償?shù)臒o功容量為： (2-4)圖2-4功率三角形Fig.2-4Power triangle為了補(bǔ)償本單位的滯后的無功，用戶大多采用并聯(lián)電力電容器方法，但電容一旦投入后，它不隨感性負(fù)載的變化而變化，因?yàn)楫?dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，電網(wǎng)上可能出現(xiàn)超前的無功或滯后的無功，即所謂過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償問題。2.1.2 感性負(fù)載端并聯(lián)同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)在正常勵磁、欠勵磁、過勵磁時，外加電壓U 、反向感應(yīng)電動勢E、定子繞組上的電壓U及電流IT之間的關(guān)系如下圖2

40、-5： 正常勵磁時 欠勵磁時 過勵磁時圖2-5U、I的關(guān)系圖Fig.2-5U、I of the relationship between圖2-6同步補(bǔ)償機(jī)Fig.2-6Synchronous Compensator machine從矢量圖可見：在正常勵磁時，E和U大小基本相等，相位相反，相互平衡，此時，同步補(bǔ)償機(jī)相當(dāng)于電阻的作用；在欠勵磁時，定子繞組上的電壓U超前于電流IT 約900，這時，同步補(bǔ)償機(jī)與純電感的作用類似；在過勵磁時，定子繞組上的電壓U 滯后于電流IT 約900，此時，同步補(bǔ)償機(jī)與純電容的作用類似。既然在過勵磁：時與電容器的作用類似，就可將同步補(bǔ)償機(jī)與用電端的感性負(fù)載并聯(lián)，以改善

41、功率因數(shù)，如圖2-62.1.3 感性負(fù)載端串聯(lián)電容器補(bǔ)償 如圖2-7為感性負(fù)載串聯(lián)電容器提高功率因數(shù)的電路圖和相量圖圖2-7 提高功率因數(shù)的電路圖和向量圖Fig.2-7to improve power factor of the circuit and vector diagram從相量圖可知：感性負(fù)載串聯(lián)電容器同樣達(dá)到提高功率因數(shù)，補(bǔ)償無功功率的目的，在實(shí)際工程中也有采用此方法來提高功率因數(shù)的，但此種方法將改變負(fù)載原來的工作狀態(tài)，所以采用較少。2.2 低壓無功補(bǔ)償方式2.2.1 線路補(bǔ)償線路補(bǔ)償即將戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路上，以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。這種補(bǔ)償主要應(yīng)用在10

42、kV等級電網(wǎng)中，在0.4kV電網(wǎng)中應(yīng)用和研究較少。由于配電線路上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置，控制成本高，維護(hù)工作量大，受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，線路補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來進(jìn)行：1）補(bǔ)償點(diǎn)宜少。雖然多點(diǎn)補(bǔ)償?shù)慕祿p效果比單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)男Ч?，但是多點(diǎn)補(bǔ)償?shù)陌惭b費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)都隨補(bǔ)償點(diǎn)的增加而正比增大。所以，一條配電線路上宜采用單點(diǎn)補(bǔ)償，不宜采用多點(diǎn)補(bǔ)償。2）控制方式從簡。線路補(bǔ)償不設(shè)分組投切，分組投切要設(shè)互感器，這要增大投資，增大維護(hù)費(fèi)用，并影響電容器的使用壽命。3）補(bǔ)償容量不宜過大。補(bǔ)償容量太大，將會導(dǎo)致配電線路在輕載時過電壓和過補(bǔ)償現(xiàn)象。桿上空間有

43、限，太多的電容器同桿架設(shè)，既不安全，也不利于電容器散熱。4）接線宜簡單。最好是每相只配置一臺電容器裝置，以降低整套補(bǔ)償設(shè)備的故障率。5）保護(hù)方式也要簡化。分別用熔絲和氧化鋅避雷器分別作為過流保護(hù)和過電壓保護(hù)。6）防止電容器安裝后產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。顯然， 線路補(bǔ)償主要是針對10kV配電線路上沿線的用戶負(fù)荷所需無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，提出了確定這種補(bǔ)償方式的最優(yōu)地點(diǎn)和容量的算法。因這種補(bǔ)償方式具有投資小、回收快、補(bǔ)償效率較高、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。適合于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長距離配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動，而該補(bǔ)償方式又是長期固定補(bǔ)償，適應(yīng)能力較差，主要是補(bǔ)償了無功基荷，在線路重載情況下。補(bǔ)償度一般是

44、不能達(dá)到0.95。2.2.2 終端補(bǔ)償終端無功補(bǔ)償即就地補(bǔ)償，位于低壓配電線路末端的負(fù)載處，直接提供負(fù)載所需要的無功功率，進(jìn)而減小低壓網(wǎng)的無功流量，降低線損和線路電壓降。目前，在我國城鎮(zhèn)，低壓用戶的用電量大幅增長，企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功功率需求都很大，直接對用戶末端進(jìn)行無功補(bǔ)償，將最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。GB500521995供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范指出，容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備，無功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。這樣，對于企業(yè)和廠礦中的電動機(jī)，應(yīng)該進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，即隨機(jī)補(bǔ)償；針對小區(qū)用戶終端，由于用戶負(fù)荷小，波動大，地點(diǎn)分散，無人管理，應(yīng)該開發(fā)一種新型低壓終端無功補(bǔ)償裝置

45、，并能滿足智能型控制、免維護(hù)、體積小、易安裝、功能完善、造價較低等的要求。有資料表明。11kW的異步電動機(jī)在一定條件下，進(jìn)行單機(jī)無功補(bǔ)償是經(jīng)濟(jì)合理的。按典型的8層2戶型住宅單元計算，設(shè)備容量約為200kW ，計算容量達(dá)到40kW以上，典型功率因數(shù)為0.7。因此，單獨(dú)設(shè)立無功補(bǔ)償裝置不僅滿足設(shè)計規(guī)范，而且具有較高的投入產(chǎn)出比。用戶終端補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)：減少線損率可達(dá)20%；減小電壓損耗，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動和運(yùn)行條件；釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力。缺點(diǎn)是低壓無功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時閑置，

46、設(shè)備利用率不高。1）補(bǔ)償位置的確定。確定補(bǔ)償位置是進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)氖滓h(huán)節(jié)，是無功優(yōu)化的重要內(nèi)容。低壓線路終端補(bǔ)償，在一般小區(qū)，其安裝位置通常只有3個，即：裝設(shè)于住宅樓總配電箱進(jìn)線處、樓梯單元配電箱進(jìn)線處或住戶配電箱進(jìn)線處。由于大多數(shù)單戶負(fù)荷在6kW以下，且無功需求波動大，投人時間短，投切頻繁。因此，終端補(bǔ)償位置，根據(jù)線路終端總?cè)萘康拇笮。话惴謩e選用前兩個補(bǔ)償點(diǎn)。當(dāng)用戶無功負(fù)荷特別突出時，可單獨(dú)設(shè)補(bǔ)償控制盒。具體位置可通過投入產(chǎn)出比確定。2）低壓終端無功補(bǔ)償特殊性分析。研究發(fā)現(xiàn)，終端無功補(bǔ)償具有明顯的特殊性。首先，線路末端負(fù)荷波動幅度大，基荷所占比重較小。在不同季節(jié)，工作日和節(jié)假日以及一天的不

47、同時段，負(fù)荷幅值有很大變化；其次，負(fù)荷容量較小，地點(diǎn)分散，補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)功率因數(shù)與集中補(bǔ)償不同；第三，終端補(bǔ)償一般沒有預(yù)留安裝位置，沒有專人管理，并且通常需要分相控制。補(bǔ)償設(shè)備一般隨設(shè)備的運(yùn)行而投入，隨設(shè)備的停運(yùn)而切除，其檢測、分析與控制相對簡單。因此，開發(fā)新型終端補(bǔ)償裝置具有重要意義。基于以上分析。終端無功補(bǔ)償裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)：a. 控制保護(hù)功能齊全完善，智能化程度高，免維護(hù)或少維護(hù)。b. 體積小，重量輕，適于墻內(nèi)嵌人暗裝或墻上掛裝。c. 造價低，多功能。該裝置應(yīng)具有豐富的功能，如可靠度、電壓質(zhì)量、頻率偏移等電能質(zhì)量檢測，且性能價格比高。2.3 低壓無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t低壓終端無功補(bǔ)償策略研

48、究的是一段時期內(nèi)安裝的無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳位置及容量。它包含兩方面的問題:一是對無功功率所做的各種決策應(yīng)以有功損耗(如網(wǎng)損)最小、系統(tǒng)運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)；二是補(bǔ)償策略應(yīng)能實(shí)時反映電網(wǎng)的無功缺額。通過計算，除了確定補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)及補(bǔ)償容量，還可在已有無功補(bǔ)償設(shè)備出力情況下使目標(biāo)最優(yōu)。在目前國內(nèi)電力系統(tǒng)中，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定的無功功率，尤其以配電網(wǎng)所占比例最大。為了使電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和用戶的正常用電，因此首先要減少線路中大量無功功率的流動，也就是使用戶的無功負(fù)荷和電網(wǎng)無功損失就地供應(yīng)。有些發(fā)達(dá)國家要求做到配電線路基本不送無功負(fù)荷，cos達(dá)到0.95-0.99，在低谷時cos達(dá)到1，就地解決用戶

49、和配電變壓器及線路上消耗的無功功率。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高設(shè)備效率，對配電網(wǎng)無功補(bǔ)償應(yīng)按照就地平衡的原則進(jìn)行。首先，總體平衡與局部平衡相結(jié)合。如果無功補(bǔ)償不合理，造成局部地區(qū)的無功電力不能就地平衡，可能會使一些線路的無功電力偏多，電壓偏高，過剩的無功電力要向外輸出；還可能會使一些線路的無功電力不足，電壓下降，必然要向系統(tǒng)索取無功電力。這些情況都會造成不同分區(qū)之間無功功率的長途輸送，造成電網(wǎng)的功率損耗和電能損耗的增加。因此，在補(bǔ)償過程中，在總體平衡的基礎(chǔ)上，研究局部的補(bǔ)償方案，才能達(dá)到較好的補(bǔ)償效果。其次，電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中，用戶消耗的無功功率約占50

50、%；在工業(yè)電網(wǎng)中，用戶消耗的無功功率約占60%；其余的無功功率消耗在電網(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，要盡可能實(shí)現(xiàn)無功就地補(bǔ)償、就地平衡無功，必須由電力部門與用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。忽略任何一方的作用，都會使電網(wǎng)無功電力平衡失調(diào)。第三，采取分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主的原則。變電站的集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗以及減少變電站以上線路傳輸?shù)臒o功功率，從而降低供電線路的無功損耗，而不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。用戶所需要的無功功率仍需要通過配電線路向負(fù)荷輸送，為了有效降低線損，必須進(jìn)行分散補(bǔ)償。由于配電網(wǎng)的線損占總損失的70%左右，因而應(yīng)當(dāng)以分散補(bǔ)償為主。第四，降損與調(diào)壓

51、相結(jié)合，以降損為主。利用晶閘管控制并聯(lián)電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償，其主要目的是為了達(dá)到無功功率就地平衡，減少網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗，降低線損。同時，也可以對電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，其幅度一般為3%-5%。2.4 低壓終端無功補(bǔ)償策略研究10kV及0.4kV線路是資源側(cè)和需求側(cè)的交匯點(diǎn)，由于電壓等級低，一直被電力系統(tǒng)所忽視，因而存在的問題也較多，損耗大、電能質(zhì)量差比較突出。本論文討論的低壓電網(wǎng)負(fù)荷無功補(bǔ)償，即針對這一范圍。這一范圍的無功補(bǔ)償策略，包括兩個方面的內(nèi)容:一是確定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和補(bǔ)償容量，對無功補(bǔ)償總?cè)萘窟M(jìn)行合理分配，這是事先規(guī)劃；二是要能動態(tài)反應(yīng)電網(wǎng)中無功功率的變化，根據(jù)無功變化作出相應(yīng)的投切。對于負(fù)荷無功

52、補(bǔ)償，補(bǔ)償策略所追求的目標(biāo)函數(shù)可以是以下幾種:1) 功率因數(shù)達(dá)到某一設(shè)定的值對負(fù)荷補(bǔ)償，最常用的策略就是控制功率因數(shù)的高低，使其滿足供電部門的要求。其目標(biāo)函數(shù)就是功率因數(shù)滿足某一特定范圍，即 (2-5)2) 線路電能損耗最少電能損耗包括兩個方面:一是線路損耗；二是變壓器損耗。在進(jìn)行無功補(bǔ)后，電能損耗的節(jié)約量可用下式表示: (2-6)式中， 表示電能的價格；、分別表示線路和變壓器在補(bǔ)償后的電能損耗減少值。3) 凈節(jié)約現(xiàn)值最大追求凈節(jié)約現(xiàn)值最大，不僅要考慮到電能損耗的減少，還要考慮無功補(bǔ)償裝置的投資價格。其目標(biāo)函數(shù)為: (2-7)式中，、分別表示裝置的折舊率和投資回收率；表示電容器的價格；Y表示補(bǔ)

53、償裝置中控制器的價格。2.4.1 離線補(bǔ)償策略離線補(bǔ)償策略是用來進(jìn)行事前規(guī)劃，得出總體方案。下面主要介紹按線損和年運(yùn)行費(fèi)用最少確定補(bǔ)償容量的方法。無功補(bǔ)償?shù)闹匾康闹皇墙祿p節(jié)能，因此，從線損最少的角度來確定補(bǔ)償容量，是我們首先應(yīng)重視的問題。圖2-8為負(fù)荷接線圖，該圖中各段時間的總無功負(fù)荷為Q1, Q2., Qn ，相對應(yīng)的運(yùn)行時間為tl，t2,tn ，如圖2-9所示。圖2-8負(fù)荷接線圖Fig.2-8Wiring diagram of the load圖2-9各時段無功負(fù)荷圖Fig.2-9Reactive power load of the period map圖2-10負(fù)荷補(bǔ)償接線簡圖 Fi

54、g.2-10Connection diagram of the load compensation假定總補(bǔ)償容量為QC ，則全年的電能損耗與無功負(fù)荷的關(guān)系為 (2-8)式中：A為全年的電能損耗； PC為補(bǔ)償電容每kvar的有功損耗（kW），并聯(lián)電容器的PC 約為其有功容量的0.3%-0.5%；T為運(yùn)行時間；R為補(bǔ)償點(diǎn)至外部系統(tǒng)的等值電阻。為使線損最小，可將線損對微分，并另其為零，則有 （2-9）式中，為年平均無功負(fù)荷（kvar）； 為無功負(fù)荷的最大值（kvar）； 為年最大負(fù)荷小時數(shù)（h）。所以 (2-10)由于考慮到補(bǔ)償裝置的年運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，式（2.1）所得的不一定是最經(jīng)濟(jì)的。所以應(yīng)作如下

55、考慮：加裝補(bǔ)償裝置后，年線路損耗費(fèi)用，其中為有功電價；裝置的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，其中為補(bǔ)償裝置的維護(hù)費(fèi)用率（%），一般為10%；為裝設(shè)單位補(bǔ)償容量的綜合投資（元/kvar），一般在50-60元/ kvar之間。這樣，目標(biāo)函數(shù)，即 (2-11)我們要求年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最少，將對其微分，并令其為零，得 (2-12) 這樣，我們根據(jù)年綜合運(yùn)行費(fèi)用最小的原理得到了總補(bǔ)償容量。 我們用這種方法對圖2-8所示的配電線路進(jìn)行分析，以得到各點(diǎn)補(bǔ)償容量。各參數(shù)表如下表2-1配電線路各點(diǎn)補(bǔ)償容量Table 2-1points distribution line capacity compensation線路S1S2S3S4 電阻R無功功率kvar有功功率kvarkkC元/kvar元/kW·hPC kW/kvar運(yùn)行時間82003000.1600.40.003876053003500.1600.40.003876082002600.1600.40.003876063003800.1600.40.003 8760根據(jù)式（2-12），各點(diǎn)的補(bǔ)償量分別為：=270.6kvar =302