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論配電網(wǎng)的無功優(yōu)化論文
摘 要：當(dāng)今，電力已作為現(xiàn)代社會(huì)的主要能源，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活有著極為密切的關(guān)系，越來越多的用戶對電壓質(zhì)量提出了更高的要求，如何提高電壓質(zhì)量已經(jīng)成為電力企業(yè)的一個(gè)重要目標(biāo)，而其中無功優(yōu)化又是提高電壓質(zhì)量的重要手段。
關(guān)鍵詞：電壓質(zhì)量；配電網(wǎng)；無功補(bǔ)償；線損；優(yōu)化
電壓質(zhì)量是衡量電能的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定、電力設(shè)備安全運(yùn)行以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響，無功則是影響電壓的一個(gè)重要因素。對確定規(guī)模的10 kV配電網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，無功過剩時(shí)一方面會(huì)提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，導(dǎo)致運(yùn)行中的用電設(shè)備的運(yùn)行電壓超出額定工況，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，無功過剩也會(huì)影響線路傳輸?shù)陌踩�(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸送容量下降，給電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度帶來不利的影響。而系統(tǒng)無功不足時(shí)，一方面會(huì)降低電網(wǎng)電壓，另一方面，電網(wǎng)中傳送的無功功率還增加了電能傳輸時(shí)的網(wǎng)絡(luò)損耗，加大了電網(wǎng)的運(yùn)行成本, 電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無功補(bǔ)償?shù)膯栴}，優(yōu)化無功，對電網(wǎng)的安全性和降損節(jié)能有著重要的意義。
1 無功與線損的關(guān)系
因此合理的選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)以及補(bǔ)償容量，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(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。而且由于我國配電網(wǎng)長期以來無功缺乏，尤其造成的線損相當(dāng)大，因此無功功率補(bǔ)償是降損措施中投資少回報(bào)高的方案。
2 配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方案
2.1 變電站集中補(bǔ)償方式
針對輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、電抗器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電站的電壓和補(bǔ)償主變的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，通常無功補(bǔ)償裝置（一般是并聯(lián)電容器組）結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來調(diào)節(jié)，通過兩者的協(xié)調(diào)來進(jìn)行電壓/無功控制，然而操作上還是較為麻煩的，需要運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)時(shí)電壓及有、無功進(jìn)行分組投切。并且這種方案對配電網(wǎng)的降損起不到什么作用。
VQC裝置的投入運(yùn)行能有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓和做到無功平衡，并減少運(yùn)行人員日常調(diào)整電壓、投切電容器組的工作量。但是目前一些廠家的電壓無功綜合控制系統(tǒng)仍存在較多的問題，以至于不少的變電站中雖然安裝有VQC裝置，但是實(shí)際卻沒有投入運(yùn)行，或者雖然投入運(yùn)行，卻存在較大的事故隱患。
2.2 桿上補(bǔ)償方式
目前10千伏配網(wǎng)上很大的無功缺口需要由變電站來填補(bǔ)，大量的無功沿線傳輸使得配電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下。因此可以采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(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，桿上無功優(yōu)化補(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，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, 安裝位置的確定線路出口電壓較高，無需進(jìn)行補(bǔ)償，線路末端電壓偏低，電容器運(yùn)行困難，可以將自動(dòng)補(bǔ)償裝置安裝在距線路電源側(cè)2/3處。如果線路較長，可根據(jù)負(fù)荷情況選擇兩處補(bǔ)償點(diǎn)，一處安裝在線路2/5處，另一處在4/5處；（2）控制方式從簡。桿上補(bǔ)償不設(shè)分組投切；（3）補(bǔ)償容量不宜過大。補(bǔ)償容量太大將會(huì)導(dǎo)致配電線路在輕載時(shí)的過電壓和過補(bǔ)償現(xiàn)象；另外桿上空間有限，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。最好是每相只采用一臺電容器裝置，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。主要采用熔斷器和氧化鋅避雷器分別作為過流和過電壓保護(hù)。顯然，桿上無功補(bǔ)償主要是針對10kV饋線上沿線的公用變所需無功進(jìn)行補(bǔ)償，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)荷較重的長配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)而該補(bǔ)償方式是長期固定補(bǔ)償，故其適應(yīng)能力較差，主要是補(bǔ)償了無功基本負(fù)荷，在線路重載情況下補(bǔ)償度一般是不能達(dá)到0.95。應(yīng)該開發(fā)電容器組能自動(dòng)投切的桿上自動(dòng)無功補(bǔ)償技術(shù), 可以根據(jù)配網(wǎng)無功潮流分布情況實(shí)時(shí)補(bǔ)償，達(dá)到最佳效果。
2.3 用戶終端分散補(bǔ)償方式
《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。故對于企業(yè)和廠礦中的電動(dòng)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(dòng)大，地點(diǎn)分散，無人管理，因此應(yīng)該開發(fā)一種新型低壓終端無功補(bǔ)償裝置，并滿足以下要求：①智能型控制，免維護(hù)；②體積小，易安裝；③功能完善，造價(jià)較低。
與前面三種補(bǔ)償方式相比，本補(bǔ)償方式將更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：①線損率可減少20%；②減小電壓損失，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行條件；③釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力。缺點(diǎn)是由于低壓無功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動(dòng)的不同時(shí)性造成大量電容器在較輕載時(shí)的閑置，設(shè)備利用率不高。
3 配電網(wǎng)無功優(yōu)化遇到的問題
(1)優(yōu)化的問題。目前無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)往往放在用戶側(cè)，只注意補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)。然而要實(shí)現(xiàn)有效的降損，必須從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，通過計(jì)算全網(wǎng)的無功潮流，確定配電網(wǎng)的補(bǔ)償方式、最優(yōu)補(bǔ)償容量和補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。無功優(yōu)化配置的目標(biāo)是在保證配電網(wǎng)電壓水平的同時(shí)盡可能降低網(wǎng)損。由于它要對補(bǔ)償后的運(yùn)行費(fèi)用以及相應(yīng)的安裝成本同時(shí)達(dá)到最小化，計(jì)算過程相當(dāng)復(fù)雜。
(2)量測的問題。目前10kV配電網(wǎng)的線路上的負(fù)荷點(diǎn)一般無表計(jì)或部分安裝了負(fù)荷測錄儀，人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計(jì)記錄的準(zhǔn)確性和同時(shí)性無法保證。這對配電網(wǎng)的潮流計(jì)算和無功優(yōu)化計(jì)算帶來很大困難。要爭取帶專變房的用戶的支持，使他們能按一定要求進(jìn)行記錄。380V終端用戶處通常只裝有有功電度表，要實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的測量是不可能的。這也是低壓無功補(bǔ)償難于廣泛開展的原因所在。
(3)諧波的問題。電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時(shí)也有放大諧波的副作用。諧波含量過大時(shí)會(huì)對電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞；并且由于電容器對諧波的放大作用，將使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。因而做無功補(bǔ)償時(shí)必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補(bǔ)償無功的地點(diǎn)，應(yīng)考慮增加濾波裝置。
(4)無功倒送的問題。無功倒送會(huì)增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負(fù)擔(dān)，是電力系統(tǒng)所不允許的。尤其是采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶，則可能在負(fù)荷低谷時(shí)造成無功倒送，這引起充分考慮。
綜上所述，10kV配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償工作應(yīng)更多地考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)，不應(yīng)因電壓等級低、補(bǔ)償容量小而忽視補(bǔ)償設(shè)備對系統(tǒng)側(cè)的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線路能基于一個(gè)完善的補(bǔ)償方案進(jìn)行改造，則電力系統(tǒng)的收益將比分散的純用戶行為的補(bǔ)償方式要大得多。
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