配网无功功率优化

中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 1 页 共 27 页配电网无功功率优化摘要无功补偿在供电系统中起到提高功率因数的作用，能够降低供电设备和送电线路的损耗，提高电压质量。从我国经济发展现状来看，电力供需矛盾逐步加深，接入配电系统的客户对电能质量的要求也在不断提高，越来越体现出无功补偿合理优化、配置的重要性。合理的选择无功补偿装置和容量，可以做到最大限度的减少网络损耗，提高供电质量；反之，则可能造成供电系统电压波动、谐波增大等诸多问题。本文总共四章，内容包括第一章的背景意义和应用现状，第二章配网无功功率优化的目的和手段，第三章一个简单具体的 110kV 辐射网无功功率优化以及最后第四章的结论和展望。无功补偿是配电网建设与改造的重要内容，无功补偿点的合理选择、补偿方式的合理确定，能够有效地维持配电网的电压水平，提高电压稳定性，是降低网损、提高电压的一种投资少、回报高的方案，直接决定和影响了供电企业的经济效益，规划、实施无功补偿势在必行。关键词：配电网，无功补偿，节能降损中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 2 页 共 27 页Reactive Power Optimization of Distribution NetworkAbstractReactive power compensation is used for increasing power factor, reducing loss of power supply devices and transmission lines, and improving voltage quality. From the view of economy development status in our country, the contradiction between supply and demand of power is becoming deep increasingly. Customers connected into distribution system are demanding more standards for power quality. It becomes more important to optimize and configure reactive compensation reasonably. Reasonable selection of reactive compensation device and content can reduce network loss by the greatest extent and improve power supply quality. Otherwise, unreasonable selection can cause power system voltage fluctuation, harmonic increase and so many other problems. This total of four chapters, the first chapter covers the background meaning and application status, chap distribution network reactive power optimization purposes and means of the third chapter a simple concrete 110kV network reactive power optimization of radiation and the final chapter conclusions and outlook. Reactive compensation is one of main components in distribution system construction and reformation. Reasonable selection of compensation position and mode can maintain voltage level in effect and increase voltage stability. Its a low investment and high profit project to reduce network loss and improve voltage. The power supply enterprises economical benefits are directly affected and influenced. So it is both inevitable and necessary to plan and fulfill reactive compensation. Keywords: distribution network, reactive compensation, energy conservation and loss reduction中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 3 页 共 27 页目录1 绪 论 .11.1 选题背景与意义 .11.2 目前国内研究与应用现状 .32 配网无功优化 .42.1 配网无功优化的必要性 .42.1.1 无功功率与电压损耗的关系 .42.1.2 无功功率与有功网损的关系 .52.1.3 无功功率与功率因数的关系 .62.2 配网无功优化的目的 .72.2.1 调整配网电压 .72.2.2 校正功率因数 .82.2.3 平衡负荷 .82.3 配网无功优化的原则 .82.4 无功调节的主要手段 .93 一个 110kV 辐射网无功功率优化具体案例 .103.1 原始数据分析 .103.1.1 原始材料 .103.1.2 电力线路和变压器的参数 .113.1.3 潮流计算 .123.2 无功功率优化 .133.2.1 无功功率优化具体计算 .133.2.2 校验电压 .164 结论与展望 .18参考文献 .19致谢 .21中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 4 页 共 27 页1 绪 论在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，不仅系统中存在着有功功率，而且存在无功功率。保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电力系统的运行电压水平取决于系统的无功功率平衡。电压是衡量电能质量的一个重要指标。一切用电设备都是按照在它的额定电压条件下运行而设计、制造的，当其端电压偏离额定电压时，用电设备的性能就要受到影响。电压偏移过大，除了影响用电设备的正常工作外，对电力系统本身也有不利影响。电压降低，会使电力网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性，最终导致电力系统崩溃，造成大面积停电。而电压过高，各种电力设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等。无功功率本身不消耗能量，它的能量只是在电源及负载间进行传输交换，但是这种能量交换的过程中会引起电能的损耗，并使电网的视在功率增大，这也将对系统产生一系列负面影响 1。随着电力电子技术的迅速发展，工厂大量使用大功率开关器件组成的设备对大型、冲击型负载供电，这也使电能质量问题日益严重。如果不进行无功补偿，在正常运行时，会反复使负载的无功功率在很大的范围内波动，这不仅使电气设备得不到充分的利用，网络传输能力下降，损耗增加，甚至还会导致设备损坏、系统瘫痪 2。因此，我们需要维持电力系统的无功功率平衡，使各节点的电压偏移在允许范围之内。1.1 选题背景与意义我国配电网建设的发展是电力市场和经济建设的必然结果，长期以来配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面 3。国家颁布电力法后，电力作为一种商品进入市场，接受用户的监督和选择，甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另一方面，高精密的技术装备对电能质量的要求，使得配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题 4。随着市场观念的转变和电力发展的需求，配电网的自动化和运行稳定性已经作为供电企业十分紧迫的任务。城市电网从八十年代就意识到配电网的潜在危险，并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程，组织全国性的大会对配电网改造中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 5 页 共 27 页提出了具体实施计划，通过各种渠道凑集资金，提出更改计划，利用高技术、好性能的设备从事电网的改造 5。例：2012 年，国家电网公司瞄准国际先进水平，以持续提升供电可靠性和优质服务水平为目标，扎实开展重点城市配电网示范工程建设。 要求采取性能优良的电力装备，以提高供电能力、保证供电质量。根据电网供电的要求，供电部门提出了配电网系统对用户供电的可靠性指标，供电可靠性指标达到 99.6，像机场、银行及计算机网络和服务监控中心是电力质量要求高的场所，没有可靠的配电网是无法保障的。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 6。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 7。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。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。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，中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 6 页 共 27 页就需要对负荷进行补偿，来提高负荷的功率因数 8。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。1.2 目前国内研究与应用现状在我国，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 11。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，当电容器的电压与中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 7 页 共 27 页电网电压相等时，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%-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。中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 8 页 共 27 页2 配网无功优化2.1 配网无功优化的必要性2.1.1 无功功率与电压损耗的关系电压质量是电能质量的主要指标之一,电压质量一般以偏移量是否超出给定值来衡量配网中无功负荷与有功负荷一样,也是随机变化的在配网中无功功率不足或过剩的情况下,将引起电压偏移或波动,从而影响到配网的安全经济运行和用户的安全优质生产.线路电压损耗的近似计算公式为NUQXPR（式 2.1）式中,vU 表示线路的电压损耗;尸表示线路传输的有功功率;Q 表示线路传输的无功功率;R 表示线路的电阻;X 表示线路的电抗;U N表示线路的额定电压 17。由上式可见,在网络结构与参数(主要是电阻 R 和电抗 X)确定的情况下,电压损耗与输送的有功功率以及无功功率成正比当输送的有功功率为定值,线路电压损耗取决于输送的无功功率的大小如果输送过多的无功功率,则线路电压损耗可能超过最大允许值,从而引起用户侧电压偏低这就是需要对配网进行无功运行优化的主要原因。根据上式,可得到补偿前线路的电压损耗U 1为NLUXQRP1（式 2.2）补偿后线路的电压损耗U 2:为NCLUXQRP)(（式 2.3）其中,P L和 QL为负荷的有功功率和无功功率，R 表示线路的电阻,，X 表示线路的电抗,，U N表示线路的额定电压，Q C表示并联补偿电容器的容量 18。由以上两式可以得出,由于补偿了无功功率,线路可减少的电压损失为中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 9 页 共 27 页NCUXQ21（式 2.4）变压器的电压损耗计算公式完全可以套用线路的电压损耗计算公式,只是等值模型比线路的等值模型多了励磁支路而己。可见为了保证配网的电压水平,减少用户端的电压偏移或波动,配网必须拥有足够的无功电源和调节能力。低电压对用电设备影响很大,由于各种用电设备是按照额定电压来设计制造的,因此如果用电设备的端电压较大幅度地下降，很可能使设备损坏，产品质量下降，产量降低等，甚至引起系统的电压崩溃，造成大面积停电 19。2.1.2 无功功率与有功网损的关系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。线路有功损耗的近似计算公式为RUQPNL2（式 2.5）其中，P L表示线路的有功功率损耗，P 表示线路传输的有功功率，Q 表示线路传输的无功功率，R 表示线路的电阻，U N表示线路的额定电压。变压器有功损耗的近似计算公式为20NKBSP（式 2.6）其中,P B表示变压器的有功功率损耗，P 表示变压器传输的有功功率，Q 表示变压器传输的无功功率，S N表示变压器的额定容量，P 0表示变压器的铁损，P K表示变压器的铜损。配网的有功网损即为配网中所有变压器和线路有功损耗之和，其表达式为P=P L+P B （式 2.7）由上式可见,配网运行电压越高，电网中的电流越小，则有功网损越小，当输送的中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 10 页 共 27 页有功功率 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 20。根据上式，可得到补偿前配网有功网损P 1为)()( 202NLKNLSQPRUQP（式 2.8）补偿后配网有功网损P 2为)()( 202 NCLKNCL SQPRUQP（式 2.9）其中P L，Q L为负荷的有功功率和无功功率，Q C表示并联补偿电容器的容量，R表示线路的电阻，U N表示线路的额定电压，S N表示变压器的额定的容量，P 0表示变压器的铁损，P K表示变压器的铜损。由以上两式可以得出，由于补偿了无功功率,配网减少的有功网损为（式)()( 2221 KNCLNCL PSQRUQP（2.10）可见为了降低配网的有功网损，就必须使无功电源合理分布，尽量减少无功功率在配网中的流动。电力系统节能的重要手段之一就是合理调节运行方式、保证经济运行，其无功管理就是保证无功分层、分区，就地适时平衡，减少无功异地输送，降低线损，保证电压稳定，提高用电设备效率，最大限度地节约能源 21。2.1.3 无功功率与功率因数的关系负荷的功率因数是表征负荷的主要指标之一。功率因数的定义为（式2cosQPS2.11）式中， 是功率因数，S、P、Q 分别表示视在功率，有功功率，无功功率，cos为负荷的功率因数角。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。由上式可知，当负荷所需中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 11 页 共 27 页要的有功功率 P 一定时，输送无功功率的大小取决于负荷功率因数 的高低，cos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。根据上式，可得到补偿前负荷的功率因数为（式2cosLQP2.12）补偿后负荷的功率因数为（式222)(cosCLQP2.13）其中，P L，Q L为负荷的有功功率和无功功率，Q C表示并联补偿电容器的容量。由上两式可以得出，由于补偿了无功功率，负荷的功率因数提高了（式22221 )(coscos CLLQPQp2.14）因此，为了提高负荷的功率因数，必须尽量补偿负荷消耗的无功功率 22。2.2 配网无功优化的目的2.2.1 调整配网电压在负荷对无功功率的需求不断变化的情况下，电压调整就显得尤为重要。所有负荷的无功功率需求都是变化的，并且变化的范围和变化的速率不一样。在所有的情形下，负荷对无功需求的变化会引起配网中各点电压的波动，从而影响到其他用户的运行效率，导致不同用户的负荷间的相互干扰。因为负荷中最多的是异步电动机，它对电压变化十分敏感。当电动机输出功率一定时，其定子电流、功率因数和效率随供电电压而变。电压下降时，电动机转差率增大，而使定子、转子电流都急剧增大，从而使电动机温度上升、效率降低和功率因数变坏，严重时可以烧坏电动机 23。反之，当供电电压升高时，电动机、变压器等有铁芯的电气设备，铁芯趋于饱和，从而导致激磁电流与铁芯损耗大大增加，使设备过热，效率下降。对于照明设备(如白炽灯)，当电压下降时，发光效率将下降；当电压中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 12 页 共 27 页升高时,其寿命将缩短。对于电热设备，电压过高会烧坏设备，电压过低则会达不到所需温度。因此，为了保持配网的电压变化在指定的范围内，就需要经常调整配网的电压。补偿设备和调压设备在电压调整过程中起到十分重要的作用。减少电压偏移最为实用和经济的方法是根据负荷要求的最大有功功率来确定电力系统的规模，而用无功补偿装置和调压设备来处理电压无功问题。配网电压调整的意义是减少供电电压偏差，提高供电电压质量，保证电力设备的安全运行，保障用户安全生产和生活，从而使电力部门和用户双受益。2.2.2 校正功率因数功率因数校正通常是指应尽可能在靠近需要无功功率的负荷处产生无功功率，而不应该由遥远的电源处送来无功功率。大多数工业负荷的功率因数是滞后的，即它们消耗感性无功功率。所以负荷电流大于单纯供给有功功率时的值。在能量转换过程中，有功功率才是真正有用的，多余的负荷电流，对用户而言只是一种浪费。因为用户不仅要为多余的输电容量付钱，而且要为线路中多余的有功损耗付钱。电力部门同样不希望从远处的电源向负荷输送不必要的无功功率，否则，一方面他们的发电机和配网络得不到充分有效的利用，另一方面，电网电压的控制也会变得更为困难。因此,功率因数校正的原则是就近供给无功功率。配网校正功率因数的意义是降低网损，减少电压损耗，提高电力设备的利用率和电力网的输送能力 24。2.2.3 平衡负荷对于不平衡负荷，应该尽量采用就地分相无功控制策略，使三相负荷得到平衡，而不应该由遥远的电源处送来不平衡的三相功率。因为大多数交流电力系统是三相的，并且是设计在平衡条件下运行的，因此不平衡运行可能引起负序和零序电流分量。这些分量将引起人们不希望看到的效应，如发电机和电动机中的附加损耗，交流电机中的振动力矩，增加整流器中的纹波，若干设备的不正常工作，变压器饱和以及过大的中线电流等。某些设备是依靠平衡运行来消除三次谐波的，在不平衡条件下，三次谐波便会出现在电力系统中 25。严重的，不平衡运行还会引起某些保护和自动装置的误动作，将对电力系统造成很大的威胁。配网平衡负荷的意义是减少不平衡负荷对临近其他电力用户的影响，保证配网的安全运行。中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 13 页 共 27 页2.3 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，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足要求，保证电压质量，使电压偏移在规定的范围内。2、力争经济性能最佳除了安全性外，配网无功优化所追求的最主要的目标是经济性能最佳。配电线路的主要任务是为了有功功率的传输。因此由无功功率引起的线路有功损耗应该尽可能的小。3、配网中无功电源应能随时满足无功负荷的需求并联电容器组是配网中应用最广泛的无功补偿设备，必须满足在正常电压水平下的无功功率需求，才能使配网的无功功率得到有效的控制。4、配网无功功率控制要求采取就地平衡，分层分区控制的原则在配网中，无功功率的控制要坚持分层分区控制的原则，无功电源和无功负荷都应采取分电压层和分供电区基本平衡的原则进行优化控制，即每个电压等级发出的无功功率和消耗的无功功率平衡，每个地区发出的无功功率和消耗的无功功率平衡 26。2.4 无功调节的主要手段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，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中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 14 页 共 27 页相对充裕时，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，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，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，型的 FACTS 装置的出现，为电力统无功调节提供了新的手段。中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 15 页 共 27 页3 一个 110kV 辐射网无功功率优化具体案例3.1 原始数据分析3.1.1 原始材料：1.某 110KV 电力网一次接线如图 1 所示,相关参数标于图 3.1 中图 3.1 一次接线图2.电气设备各元件参数和继电保护情况（1）变压器 T1 参数：变比 330/121kV（2）变压器 T2 参数：SFZ9-6300/110+8*1.5%,变比 110/6kV， 接线组别 )1,(/dyYkWP2.80kK4.3642.0(%),8.9()IU（3）变压器 T3 参数：与 T2 参数相同（4）110kV 线路参数：导线型号 LGJ-185， mDeq53.1.2 电力线路和变压器的参数1. 110kV 线路(查表可知)中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 16 页 共 27 页)Mvar(1945.j2Qj 389(var).41067.3BUs*.2*7.bl )5(049xX.1rlR)(7.2409)(1.C -6则 ： kmsbxr2. 变压器 var)(46.23014.10(%)2.8 )(.188.9() .)1063(.322322 kSIQkwPUXSRNNABK 画等值电路图：图 3.2 等值电路图3.1.3 潮流计算计算电网功率分布：中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 17 页 共 27 页)(1MVAjSA )(031.80)89.17(102)89.7102 MVAjjjAB (3.3.0.()( MVAjjjSAB)(05746.1. )0264.128)8246283MVj jjC )(35.0.)19.()057.1.9 jjjSD 12.4.34.2(103.2 MVAjjE )(142.0.).021.()15. jjjSDE 314294423()92(jjF 1MVAG )(031.8.)9.187.(02 MVAjjSH )(.).0.( jjjG)(05746.1.)0264.128)0318()26428 33MVAj jjSHI )(59.4.)576.()1. MVAjjjIFJ 60219242()9.(jSK )(48.365.)17.5.(104622 jjL )(34016.07.2).04.(9.( MVAjjjSKL 568192)366782)9jM cos = 0.51.0.22中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 18 页 共 27 页根据电力系统电压无功管理规定：对于高压供电的工业用户，功率因数应在0.90 以上。要提高功率因数，可进行无功补偿。由上章计算可知，造成功率因书低因为线路长，负荷太轻，容性无功很大。由 可知：增加感性无功，使2cosQPQ 值变小，即可达到目的。我们采用并联电抗器的方法。3.2 无功功率优化3.2.1 无功功率优化具体计算设补偿的无功为 Q，要使功率因数达到 0.90。所补偿的无功为 Q9.0)5316.(0678.2cos 22Q).7)521 MVarMVar（或根据无功与电压管理规程：用户不能向系统反送无功取 Q=7.6Mvar,将 Q=7.6Mvar 的无功补偿在 6KV 母线的两侧。每一侧分别补偿3.8Mvar 的无功校验首端的功率因数能否达到 0.9,等效电路如下：图 3.3 等值电路图)(8.41.3)1(MVAjjSA中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 19 页 共 27 页)(37.025.)89.17.(108.42 MVAjjSB )(173.52.1).0.(.4 VAjjjAB )(1976.5032.1 02648(7352183MVjSC )(97.35.1)9.()96.50. MjjjD )(046.8.17.34.2(13.2 VAjjSE )(0542.387.1).05.()96.05.( VAjjjDE 60451924387)92 MjjSF )(.41.3)1(MVAjG )(37.025.89.7.(0842 MVAjjSH )(173.52.1).0.().41 VAjjjGH )(9765321262.8(3SI )(0698.()8.075 MjjjIFJ )(830)9.(19. VAjjjK 49.357.1.54.20322 jJSL )(768.13.2).()98.317.()9.( MVAjjjjM 功率因数：76.08.1437.2cos22Q=7.6Mvar 不符合要求取 Q=6.8Mvar 来校验无功补偿是否符合要求等效电路图如下：中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 20 页 共 27 页图 3.4 等值电路图)(4.1.3)1(MVAjjSA )(316.087.9.87.(042 MVAjjB )(716.48.).016.()4.1 VAjjjSAB )(726.0268.1 022(71648( 33MVjSBC )(546.087.)9.()72.40.1)9( MjjjD 32.15.53.(5.22 VAjjSE )(58726.04.1)6.08.()46.0687.1( jjjDE 39570)92MVAjSF)(.4.3)(jG )(316.087.9.187.102 VAjjSH 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 21 页 共 27 页)(716.408.1)36.0187.()4.1( MVAjjjSGHH )(726.0268.1 02.2(740 33MVAjI )(13.5. )0657.390.1()7426.8j jjSFIJ)(98.05.92( VAjJK )(05698.237.01.4.2(1486067.2 MVAjjSL )(0514.3.).()9.5.( jjjKL 80912051432) jjSM 符合要求9.8.091.cos223.2.2 校验电压图 3.5 等值电路图)(0514.39.2MVAjSL中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 22 页 共 27 页)(39.21017.54.3.209. VU69.1I )(76.408.MVAjSH)(359.81.0.7VU2613598IG所以折算到 6KV 侧实际电压为 )(47.0.UG)(5726.04.1MVAjSE )(91.1.07.5384VU)(76.018.9VAjSBC)(3.51072.9 )(72.98.1.4UVA根据电压与无功管理规程规定 6KV 电压的电压范围为 ， 所以要对电压进行分%7接头调压 T2 变压器调分接头 8 1.5%得到实际电压为)(15.6).1(032591 VUG在电压允许的范围内：T3 变压器调分接头 8 1.5%得到实际电压为)(05.6%).1(07292 VG在 6KV 电压允许的范围内，所以补偿的无功为 6.8Mvar。中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 23 页 共 27 页4 结论与展望配电网是电力系统中的一部分，本科阶段学习的电力系统暂稳态将自己带入了另一片更加广阔的天地，在图书馆参考看的高等电力网络等书籍更加觉得知识的复杂性与实用性。在本次毕业设计中，自己温习了无功功率优化部分的知识，进行了大量的计算，潮流计算手算让自己加深了对物理概念的理解，而且在目前广泛使用的计算机算法中，某些原始数据也需要用手算求取。在这次毕设中，没有涉及实物与软件仿真，是一大缺憾，自己还有很长的路要走，掌握好这些知识对于我国经济的发展、人民的生活质量以及节能环保有不可估量的巨大作用。到今年年底，我国电力装机总量将达到 12 亿千瓦，成为世界第一，但人均电力装机量只有 0.85 千瓦，只有美国的 1/4。未来的路还很长，希望自己能更加深入学习相关知识，做出自己微薄的贡献。中北大学 2013 届本科毕业设计说明书第 24 页 共 27 页参考文献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 1OkV 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.1OkV 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.1OkV 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.1OkV 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. 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