最重要的参考2008 电气应用 低压配电网无功补偿方式及优化研究.doc

电气应用2008年第27卷第19期低压配电网无功补偿方式及优化研究李颖峰陕西理工学院电气工程系摘 要 目前无功补偿主要集中在高、中压配电网，而低压配电网补偿较少，以致低压配电网的线损较大，降低了电网运行的经济效益和电压质量。分析比较了低压无功补偿的方式及应用，介绍了低压配电线路无功优化的经典模式“三分之二法则”，论述了应用此法则实现最优配置的方法步骤，实际算例表明低压配电网无功补偿的效益显著。关键词 低压配电网，无功补偿，无功优化，三分之二法则1 引言 在配电系统中广泛存在大量的感性负荷，会消耗大量的无功功率，降低系统的功率因数，造成线路电压损失加大和有功损耗增加，使电网的供电质量恶化。解决问题的有效方法就是进行无功功率补偿。配电网的无功补偿对于配电网的稳定、经济运行具有重要的作用。 我国目前电网无功补偿主要集中在配电网，而低压配电网补偿较少，以致低压配电网的线损远大于高、中压配电网的线损。为了取得最大效益，低压配电网无功最优补偿模式，是使功率因数cos尽可能达到1。补偿装置作为无功电源，其最佳安装地点宜在最接近无功负荷点的低压配电线路上。因此，实现低压配电网无功补偿，经济效益远大于高，中压配电网无功补偿。 2低压配电网无功补偿方式32.1低压集中补偿方式 在配电变压器380 V侧进行集中补偿，它是目前普遍采用的一种方式。在这种方式下，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。2.2用户终端分散补偿方式 在用户负荷所在的位置就地补偿，与低压集中补偿方式相比，优点是能减少线损，减小电压损失，改善电压质量，提高线路供电能力。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量电容器在轻载时的闲置，设备利用率不高。2.3低压配电线路无功补偿方式 当380 V低压配电线路较长且负荷较重，而且以上只对大容量负荷就地补偿时，线路中仍有大量的无功功率在流动，使低压配电网线损及电压损失较大。为了减小线损及电压损失，可采取在低压线路上进行无功补偿。但由于低压配电网的线路布线较混乱，节点多，支路多，所似必须采用一定的优化模式来配置补偿电容器，以达到最优的补偿效果。3低压配电网无功补偿方式的选择 低压无功补偿方式的选择，从理论上而言，无功补偿最好的方式是在哪里产生无功，就在哪里进行补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网中这是不可能做到的，因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会产生无功。所以实际电网中就补偿装置的安装位置而言有以下几种补偿方式：低压母线集中补偿；低压配电线路分散补偿；负荷侧的集中补偿及负荷的就地补偿。 对于公共低压配电网，一般采取以分散补偿方式为主，对于较难实现分散补偿的，采用负荷侧集中补偿方式，即考虑负荷侧所有的无功功率，在低压系统（即配电变压器低压侧）利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器。而对于380 V线路较长、负荷较重，且只对大容量负荷就地补偿时，可采用低压配电线路分散补偿方式。4低压配电线路无功优化模式 许多先进的无功优化方法和手段已经成功地应用于高、中压配电网，但目前仍难以应用于公共低压配电线路，这是因为低压线路节点多，支路多，未知因数多。如果以减少线路有功损耗作为优化目标，可参照高、中压配电线路补偿理论，采用经典优化模式“三分之二法则”，作为低压配电线路无功优化补偿的基本模式。三分之二法则是把均匀分布在一段仅有首端一个电源的线路上的无功负荷，分力3等份，无功补偿设备最佳安装地点为线路的2/3处，最佳配置无功补偿容量为总无功负荷的2/3。如图l所示。图1 线路无功负荷分布和优化前后无功潮流图 运用“三分之二法则”，经分析计算，可以把无功负荷引起的系统有功损耗减少89%；功率因数为0.7的系统，总有功损耗可降低45%，功率因数提高到0. 95。5低压配电线路无功补偿的最优配置 无功补偿的最优配置是指在低压配电网中，无功补偿装置最佳安装地点和最佳补偿容量的确定。最优配置的步骤如下。5.1 简化低压配电线路的接线 根据接线特点，把一回低压网路沿着负荷最大、线路最长的方向，简化成无分叉主线或仅有一、二分叉主线，其他支线等效成一个无功负荷，各段不同截面的主线不必等效为同一截面，末端单相或两相线路不算主线。5.2确定最大的无功总负荷 最大无功总负荷的确定，可采用实测法或推算法。实测法使用实际测量数据；推算法可根据配电变压器报装总容量、预测总容量或实际总容量，以实际最大负荷同时率和功率因数换算。5.3 无分叉主线的最优配置 无功补偿装置最佳配置容量按“三分之二法则”，即Q：2亏Q；无功补偿装置最佳安装地点为主线号Q无功负荷分布处（通常不是主线长度的号处）。5.4具有一个分叉主线的最优配置 (1)确定各段主线的无功分布负荷各段主线的无功分布负荷分别为EQo、Q、EQ2。 (2)把具有一个分叉主线等效转换成两条无分叉主线接线路负荷分布情况，把有分叉主线（见图2）等效转换成两条无分叉主线（见图3）。图2有一个分叉主线图图3等效无分叉主线图其等效转换公式为 (3)转换后两条无分叉主线分别按无分叉主线进行最优配置 同理可分析具有二分叉主线的最优配置，分析过程同上。对二分叉主线，各段主线的无功分布负荷分别为EQo. EQi、EQ2及EQ3，其等效转换公式则为6算例某典型低压台区，配电变压器型号为S8-400，供两回低压架空线路，线路长度均为600 m，线路规格为截面积120 mmz铜芯导线，负荷分布在线路后半段，高峰负荷260 kW(2130 kW)，低谷负荷130 kW(265 kW)，功率因数为0.7，配电变压器最大负载率为92. 8%，每回低压线路最大负荷电流为262A。其接线如图4所示。图4典型低压台区接线图 每回线路最大有功负荷P为130 kW，则视在负荷S为(130/0.7) kVA=185.7 kVA，无功负荷Q为132.6 kvar。 按“三分之二法则”进行无功优化配置，最佳配置容量Q.=詈x132.6 kvar= 88.4 kvar；最佳安装地点为主线号Q无功负荷分布处，即1= (300+丢袅88. 4)m=500m。 经进一步计算进行无功优化补偿后，功率因数由0.7提高到0. 95 -1；低压线路年线损电量减少99 MWh，年节约支出6万元；配电变压器年损耗电量减少7.2 MWh，年节约支出0.432万元。可见无功补偿效益非常显著。7结束语 由以上算例可知，低压线路无功补偿效益非常显著，不但低压线路能降损，而且整条中压线路都能降损50%左右，一般几个月就收回投资；补偿后功率因数能达0. 95以上，线路电压也得到改善。 因此，应把无功补偿的重点从高、中压配电系统和变压器侧转到低压配电线路中。但是由于低压配电网的线路布线较混乱，对于复杂低压电网，要简化低压配电线路的接线可能很困难，提出的简化方法并不能完全适应实际情况。所以如何将“三分之二法则”和用户终端补偿结合起来实现真正意义上的分散无功补偿有待进一步研究。参考文献1罗安电网谐波治理和无功补偿技术及装备Ml.北京：中国电力出版社，2006.2 王凌谊，等电力系统无功优化与无功补偿J】电气应用，2006(10)：45483王乙伊低压配电冈无功补偿方式的研究J广东电力，2007 (2)：33-364李达坚，低压配电线路无功优化的应用模式与效果 J.广东电力，2005(2)：14.Research on Reactive Power Compensating Modes and Optimization for Low Voltage Distribution NetworkLi Yingfeng( Shanxi Institute of Technology)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, describesthe 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, react