随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高

1概述
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高,人们对电力的需求日益增长,同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求.由于负荷的不断增加,以及电源的大幅增加,不但改变了电力系统的网络结构,也改变了系统的电源分布,造成系统的无功分布不尽合理,甚至可能造成局部地区无功严重不足,电压水平普遍较低的情况.随着系统结构日趋复杂,当系统受到较大干扰时,就可能在电压稳定薄弱环节导致电压崩溃.
电力系统无功潮流分布是否合理,不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣,而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性.这在与用户直接相关的配电网中显得同样的重要.若无功电源容量不足,系统运行电压将难以保证.由于电网容量的增加,对电网无功要求也与日增加,此外,网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用,降低了网络传输能力,并引起损耗增加.因此,解决好配电网络无功补偿的问题,对电网的安全性和降损节能有着重要的意义.
合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定,能够有效地维持系统的电压水平,提高系统的电压稳定性,避免大量无功的远距离传输,从而降低有功网损,减少发电费用.而且由于我国配电网长期以来无功缺乏,尤其造成的网损相当大,因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案.一般配电网无功补偿方式有:变电站集中补偿方式,低压集中补偿方式,杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式.
2配电系统无功补偿方案
2.1变电站集中补偿方式
针对输电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿(如图1的方式1),补偿装置包括并联电容器,同步调相机,静止补偿器等,主要目的是改善输电网的功率因数,提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗.这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上,因此具有管理容易,维护方便等优点,但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用.
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为了实现变电站的电压控制,通常无功补偿装置(一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节.通过两者的协调来进行电压/无功控制在国内已经积累了丰富的经验,九区图便是一种变电站电压/无功控制的有效方法.然而操作上还是较为麻烦的,因为由于限值需要随不同运行方式进行相应的调整;在某些区上会产生振荡现象;而且由于实际操作中抽头调节和电容器组投切次数是有限的,但九区图没有相应的判断.而现行九区图的调节效果也不是数学上证明的最好效果,因此九区图的应用还有待进一步改善.
文献[1]利用模糊数学的概念建立了数学模型,得出了模糊边界的无功调节判据,它的特点是将九区图中固定的无功上下限边界改变成受电压影响的模糊边界,其边界的斜率可根据具体的投切边界条件进行调整.所设计的一种新型的变电站电压无功微机综合控制装置,在保证电压合格和无功最佳补偿效果的情况下,有载变压器分接头的调节次数比同类装置或人工调节约减少1/3,提高了变电站电压合格率,线损降低20%左右.
2.2低压集中补偿方式
目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380V侧进行集中补偿(如图1的方式2),通常采用微机控制的低压并联电容器柜,容量在几十至几百千乏不等,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用户的功率因数,实现无功的就地平衡,对配电网和配电变的降损有一定作用,也有助于保证该用户的电压水平.这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担.目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的,也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的.这种方案虽然有助于保证用户的电能质量,但对电力系统并不可取.因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起,但线路的电压水平是由系统情况决定的.当线路电压基准偏高或偏低时,无功的投切量可能与实际需求相去甚远,出现无功过补偿或欠补偿.
对配电系统来说,除了专用变之外,还有许多公用变.而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器,由于其通常安装在户外的杆架上,进行低压无功集中补偿则是不现实的:难于维护,控制和管理,且容易成为生产安全隐患.这样,配电网的补偿度就受到了限制.
2.3杆上补偿方式
文献[2,3]提出了进行配电系统杆上无功补偿的必要性和方法.由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿,使得补偿度受到限制.由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填,大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下.因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿(如图1的方式3),以提高配电网功率因数,达到降损升压的目的.由于杆上安装的并联电容器远离变电站,容易出现保护不易配置,控制成本高,维护工作量大,受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题.因此,杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行:

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