配网无功功率优化-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 配网无功功率优化指 导 教 师 :2013 年 3 月 15 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1 研究背景及意义配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的。在电力网中起重要分配电能作用的网络就称为配电网。电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。所谓无功优化，就是改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能 1。由于当今配电网的用户中存在着大量的无功功率频繁变化的设备，如轧钢机、电弧炉、电气化铁路等。同时用户中有存在大量的对系统电压稳定性要求较高的精密设备 如计算机、医疗器械等。因此急切需要对系统的无功功率进行补偿。进行无功功率优化的必要性是因为无功功率与电压损耗、有功网损以及功率因数这三者有密切关系。保证用户的电压在允许的范围内是电力系统运行的基本任务之一，电力系统的运行电压水平取决于无功功率平衡 2。无功功率从电源侧经线路和变压器向负荷端输送时，在中途要产生电压损耗 3。高压线路和变压器的电压损耗主要取决于通过的无功功率。输送无功功率越多，距离越远，引起的电压降也就越大，负荷端的电压也就越低。有功网损是衡量配网建设完善化和管理水平高低的一项综合性经济技术指标，它与无功电源的分布、无功功率的传输以及无功功率的调度等都有紧密的联系 4。配网运行电压越高，电网中的电流越小，则有功网损越小。当输送的有功功率 P、网络参数 R 一定时，输送的无功功率越小，有功网损就越小。可见无功功率在配网中的流动是造成有功网损增大的直接原因。负荷的功率因数是表征负荷的主要指标之一。因为配网中的负荷一般呈感性，所以配网中的功率因数角一般滞后，即负荷的电流相量角滞后于电压相量角。当负荷所需要的有功功率尸一定时，输送无功功率的大小取决于负荷功率因数的高低;负荷功率因数越低，则需要的无功功率就越多。为了消除无功功率在配网中的大量流动，就需要对负荷进行补偿，来提高负荷的功率因数 5。因此，合理进行无功补偿，使无功功率“全面规划、合理布局，分级补偿，就地平衡” ，不仅可以提高电压水平，而且可以减少电网中有功功率的损耗，对提高负荷的功率因数也具有重要作用。2 国内外研究现状2.1国外的研究现状1967 年，第一批静止无功补偿装置在英国制成以后，受到世界各国的广泛重视，西德、美国、瑞士、瑞典、比利时、苏联等国竟先研制，大力推广，使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力，广泛用于电力、冶金、化工、铁道、科研等部门，成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压、改善运行条件的经济而有效设备 6。国际上几个大的电气公司如瑞士的勃朗。鲍威利公司(BBC)，瑞典通用电气公司(ATA)，美国的通用电气公司(GE)及西屋公司，日本的富士公司等均发展了不同类型的静止无功补偿技术。根据提供无功的性质和方式而言，静止无功补偿补装置又分为六种组合方式，固定电容、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+可变感性。对可变感性又分为直流励磁饱和电抗器(DCMSR)，相控阀调节电抗器(TCR)(或相控阀高阻抗变压器)及自饱和电抗器(SR)。高压可控硅元件问世以来，逐步取代了有触点开关，为实现感性或容性无功的连续可控调节提供了简便、可靠、灵活的技术 7。目前国际上几个主要的产品形式有 FCZTCR(固定容性+可变感性)，电感的调节也有用可控高阻抗变压器、自饱和电抗器、直流偏磁电抗器的。在国外，系统的无功补偿主要用静止无功补补偿装置和电容器，并积累了广泛的运行经验，取得了良好的效果 8,11。2.2 国内的研究现状在我国，提供无功功率的主要有两条途径:一是直接由供电系统提供，但将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的使用效率;另一是进行无功功率的补偿 9。目前采用并联电容器补偿是用的最多的、最有效的方法。在低压 (10kV及其以下的)供电网络中大量和在中压(60kV、35kV)配电网络中少量的装设并联电容器组，进行无功补偿，以满足无功功率平衡，保证电压的质量。在七十年代初，一些专家们提出用大负荷调压变压器改变网络电压，以调节无功出力的设想，终因调压变压器的操作开关寿命不能保证而未能实现 10。八十年代大部分变电站及企业采用机械开关投切电容器的无功补偿装置(MSC)，即通过控制器取样，电容式交流接触器(或断路器)作为电容器的投切元件井熔断器(或微型断路器)、热继电器作为保护的一种并联电容器补偿装置，可以手动投切或自动投切。自动投切是由控制器以无功功率(或无功电流等)为物理量，通过循环投切(先接通的先分断，后分断的后接通)方式控制电容器的投切。但这种无功补偿装置合闸涌流非常大，在交流接触器触点闭合的瞬间，电网的电压极少为0，但电容器的电压不能突变，因而产生非常大的电流冲击即合闸涌流 12。电容式交流接触器的合闸涌流一般是电容器额定电流的20倍左右。同时，由于交流接触器不能在短时间内频繁投切，使得该种无功补偿有级的、定时的，补偿装置的响应时间一般大于10s，且频繁地投切使交流接触器的触头受电弧作用而损坏，缩短接触器的实用寿命 13。到了九十年代中期，随着电力电子技术、智能控制技术和信息通信技术的不断发展，出现了集微机、电子、机电为一体的新产品 TsC无功补偿装置，即投切回路中由晶闸管替代电容式交流接触器投切电容器组。主要原理是:自动补偿控制器通过对电网无功电流的快速检测，经比较、判断后以编码工作方式向晶闸管发出通断信号，进行投切控制，控制回路接到通断信号后采用过零触发电路投切电容器，即电路检测到施加在晶闸管两端的电压为零时，发出触发信号使晶闸管导通;当电路检测到晶闸管为零电流时断开晶闸管 14。从理想状态上讲，当电容器的电压与电网电压相等时，不会产生合闸涌流，解决了电容式交流接触器投切时产生较大的合闸涌流问题，而且补偿装置的响应时间1OOms以内(最快可达2Oms)。但是使用TSC无功补偿装置也存在以下缺点:(l)晶闸管导通时会产生IV左右的管压降，通常30kvar三角形接法的电容器，额定电流为43A，则一个晶闸管所消耗的功率为43W，以每天平均10h计，一个晶闸管日耗电量就达 0.43kw。这些消耗的功率都转变成热能使得电柜的温度升高。(2)晶闸管有漏电流存在，当未接电容时，即使晶闸管未导通，其输出端也是高电压。(3)TSC电路本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。(4)装置成本高。TSC无功补偿装置的补偿柜价格比MSC无功补偿装置的补偿柜贵50%一60%。目前，针对TSC无功补偿装置存在的一些缺点，生产厂家又设计出晶闸管+交流接触器组合 (MSC+TSC)的有触点无功补偿装置(即复合开关) 15。其工作原理与 TSC无功补偿装置的工作原理相同。但工作方式有所区别:将交流接触器与晶闸管并联，仍采用过零触发电路。当检测到施加在晶闸管两端的电压为零时，立即发出触发信号使晶闸管导通，在晶闸管导通的10个周波后，发信号使交流接触器闭合，再过10个周波后断开晶闸管。此后晶闸管出运行，由交流接触器接通补偿回路。当自动补偿控制器检测到需要切除电容器时，先将晶闸管导通，待10个周波后发信号断开交流接触器，再10个周波后将晶闸管断开，电容器完全从补偿回路中切除。这种MSC+TSC的无功补偿装置，不仅解决了TSC无功补偿装置在使用中出现的因功率损耗引起电柜发热严重等问题，而且解决了使用电容式交流接触器投切电容器产生的合闸涌流问题 16。在实际中得到广泛的应用。参考文献：1 陈衍.电力系统稳态分析M.北京:中国电力出版社.20072 鞠平.电力工程M.北京:机械工业出版社.20123 华智明，岳湖山.电力系统稳态计算M. 四川:重庆大学出版社.19914 李如琦，李芝荣，王维志等.基于差分策略的多目标电力系统无功优化J.2012 Vol. 36 (12): 170-1755张伯明，陈寿孙.高等电力网络分析M.清华大学出版社.19996李惠玲，高振江，庞占星等.基于全网无功优化的配电网无功优化系统的设计J.继电器，2005，36(10)7李源，曾嵘，盛新富.基于全局优化的 IOkV 配网分布式无功补偿系统的研制J.高压电器，2003，39(4)8吴致尧，何志伟.IOkV 配电系统无功补偿的研究进展仁J.电机电器技术，2004(5)9刘贵友，尹伊君.IOkV 高压系统动态无功补偿研究J.华北电力技术，2005(11)10朴在林，谭东明，郭丹.IOkV 配电线路无功优化智能系统的研究与实施J.农业工程学报，2009，25(12)11吴安官，倪保珊编著.电力系统线损M.北京:中国电力出版社.199612 Antonino A, Luigi D, Salvatore F, etc. Voltage Regulation and Power Losses Minimization in Automated Distribution Networks by an Evolutionary Multiobjective ApproachJ. IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEM, 2004,19, 1516-152713 GOSWAMI S K, BASU S K. A New Algorithm for the Reconfiguration of Distribution feeders for Loss MinimizationJ. IEEE Trans on Power Delivery,1992,7(3):1484-149114 J.Y. Wen , Q.H.Wu, D.R.Tuner. Optimal Coordinated Voltage Control for Power System Voltage StabilityJ. IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEM, 19(2)：1115-112215 P.M.S. Carvalho, L.A.F.M. Ferreira.Urban Distribution Network Investment Criteria for Reliability AdequacyJ. IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, 19(2), 1216-122216 Wei Y. Shuai L. and David C.Y.A Novel Optimal Reactive Power Dispatch Method Based on an Improved Hybrid Evolutionary Programming TechniqueJ.IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEM,19(2), 913-918 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 研究或解决的问题 1）查找与本研究项目有关的资料。2）学习配网无功功率优化的工作过程。 3）利用无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿来解决配网无功功率优化问题。无功调节的主要手段有改变发电机机端电压、调节变压器变比和应用无功补偿装置调节电压。4）总结配网无功功率优化设计，对一个简单具体 110kV 辐射配电网进行无功功率优化。2 研究手段 无功功率电源的最优分布是为了降低网络中的有功功率损耗，遵循等网损微增率准则。无功功率负荷的最优补偿是指最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补偿顺序的选择等问题，而最优网损微增率或无功功率经济当量则是衡量的准则。无功调压的三种主要手段1、改变发电机机端电压应用发电机调压不需要另外增加投资。发电机端电压由励磁调节器控制，改变调节器的电压整定值即可改变端电压。发电机的端电压与其无功输出密切相关。增加发电机端电压的同时也增加了发电机的无功输出;反之，降低发电机的端电压，也就减少了发电机的无功功率甚至进相运行。因此，发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制。发电机的无功输出和发电机的有功出力有关，有功出力较小时，无功的调节范围较大，调压能力较强。多台机组进相运行时会影响系统的稳定性，必须进行大量的稳定计算。2、调节变压器变比通过控制变压器变比，可以改变负荷节点电压，其实质是对系统的无功功率重新分配，在满足调压要求的同时减少系统的有功和无功损耗，提高经济效益。但是，变压器本身不是无功功率电源，只能传输功率。因此，只有在系统无功容量相对充裕时，采用变压器调压才能奏效;在系统无功缺乏时，不合理的分接头调节将是系统电压崩溃的重要原因之一。在现行的运行规程中，要求系统无功功率不足时首先考虑调节无功补偿设备，然后进行分接头的调节。3、应用无功补偿装置调节电压在电力网的适当地点接入并联无功补偿装置，能够减少系统的无功流动，进而减少系统有功和无功损耗，提高系统的电压水平。在负荷节点配置补偿电容器，实现无功的就地补偿:在高压输电线路配置并联电抗器，平衡线路在轻载时的过剩无功，防止轻载时系统过电压。随着电力电子技术的发展，新型的 FACTS 装置的出现，为电力统无功调节提供了新的手段。在结合这些手段进行计算和选择时还必须注重配网无功优化的原则1、保证电压质量电压是电能质量的重要指标之一，配网的无功控制应使各节点电压在各种正常及事故后运行方式下满