CN100536275C - 一种10kv配电网络单元线路无功优化补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种10KV配电网络单元线路无功优化补偿方法，属输配电技术领域，用于解决高压配电网络的无功优化补偿问题。其技术方案是：首先对单元线路的有功及无功功率的流向、各段线路的长度和电阻进行监测与测量，继而将不同型号的导线折算为相同型号而长度不同的导线，绘制无功随折算后线路等效长度变化的曲线，然后根据补偿量相同原则在该曲线图上确定补偿点的位置、数量和补偿容量，并将这些补偿点的位置还原为实际线路位置，配置各补偿点的补偿电容器。本发明能够合理地选择高压补偿的位置及数量、合理确定电容器容量配置结构，不仅能提高功率因数，还能避免电容器的频繁投切，延长补偿装置的寿命，有效降低线损率。

Description

一种10KV配电网络单元线路无功优化补偿方法

技术领域

本发明涉及一种供电系统无功补偿的优化配置方法，属输配电技术领域。

背景技术

为了提高配电网络负荷的功率因数，节约电能、降低供电成本，应对10KV配电网络进行无功补偿。由于10KV配电网络拓扑范围大，结构复杂，因而采用无功功率集中补偿存在一定弊端。采用多点补偿时，如果不能合理选择补偿点的位置、数量以及各补偿点的补偿电容结构，就不可能达到良好的补偿效果。

10KV配电网络负荷的功率因数在一天中的波动比较大，对于采用固定容量的电容器进行无功补偿的补偿点来说，在用电高峰时，功率因数可能达到要求标准，而在用电低谷时，很有可能会出现过补偿现象，产生无功倒送，而且，电容器在运行过程中，经常会发生过电流、过电压，所以必须对电容器进行实时保护。这样，就要求无功补偿装置能够自动对电容器进行投入与切除，并对电容器进行保护，即实现自动无功补偿。在无功自动补偿装置中，如何确定电容器配置结构，决定着装置的补偿效率。显然，电容器数量设置越多，容量调节范围越大，可调节间距越小，补偿效果越好。但这样必然导致补偿装置结构的复杂化以及对电容投切的频繁进行，缩短开关和电容器的使用寿命。科学合理的电容器配置结构应该与10KV配电网络负荷的实际变化相匹配，不仅可使线路保持较高功率因数，大幅降低线损率，提高电压质量，而且能够避免电容器的频繁投切，减少开关的动作次数，有效的延长开关及电容器的寿命。

因此，寻求一种科学合理的无功补偿方法，科学选择补偿位置、合理确定电容配置结构，对节约电能、降低成本具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合理选择补偿电容器位置及数量、确定电容配置结构以达到较好补偿效果的10KV配电网络单元线路无功优化补偿方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

种10KV配电网络单元线路无功优化补偿方法，它首先对单元线路的有功及无功功率的流向、各段线路的长度和电阻进行监测与测量，继而将不同型号的导线折算为相同型号而长度不同的导线，绘制无功随折算后线路等效长度变化的曲线，然后根据补偿量相同原则在该曲线图上确定补偿点的位置、数量和补偿容量，并将这些补偿点的位置还原为实际线路位置，最后依据无功在各个时间段内的分布，根据统计学原理配置各补偿点的补偿电容器，具体步骤如下：

a.利用10KV线路工况监测设备对单元线路的有功及无功功率的流向进行监测，测量各段线路的长度和电阻；

b.将不同型号的导线折算为相同型号而长度不同的导线，得到线路的等效长度：

假设实际线路有K段，随机选择第J(0＜J≤K)段的电阻R_j为标准电阻，则可以将第i段线路的实际长度转换为等效长度：

${L_i}^{\′}=\frac{L_i{R}_i}{R_j}$ i＝1，2，3，4，…，K

式中：

L_i′：第i段线路的等效长度；

L_i：第i段线路的实际长度；

R_i：第i段的电阻；

各段的折算后的等效长度的累计值：

$L^{\′}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_i{R}_i}{R_j}$

绘制无功随线路等效长度变化的曲线；

c.确定补偿点的数量、位置和补偿容量：

随机选择一个点，设定为安装A组电容器的点HA，根据三分之二法则(在无功负荷沿线均匀分布的条件下，如果只装设一个电容器，则补偿点在距线路起始点距离为线路长度的2/3，电容容量为线路总无功负荷的2/3，此时，线损下降最大，即补偿效果最好。引申为如果装设两组电容器，则电容器容量均为总无功负荷的2/5，第一组电容器装设于距离线路起始端2/5，第二组电容器装设于距离起始端4/5处，(利用图形，可以分析出因为装设电容器生成的无功负荷的三角形的面积完全相同，以下简称为补偿量相同原则，参照图3～图6)在该点安装的电容器容量为该点无功负荷的2倍，然后根据补偿量相同原则，确定下一个补偿点位置和电容器容量，依次类推，直至确定最后一个补偿点位置和电容器容量，最后根据补偿量相同原则对最后一个补偿点位置进行检验，如果不符合补偿量相同原则(即三角形的面积不相等)，则对HA点进行调整后重新确定其它补偿点的位置，直至最后一个补偿点位置符合补偿量相同原则为止，这时，补偿点的数量也已确定；

d.将上述补偿点的位置还原为实际线路位置，电容器的容量不变；

e.依据无功在各个时间段内的分布，配置各补偿点的补偿电容器。

本发明利用无功随线路等效长度变化的曲线，根据补偿量相同原则来确定补偿点的数量和位置，大大简化了计算过程。通过监测补偿点的负荷变化，确定其无功在各个时间段内的分布，依据统计学原理，在设备的复杂度与补偿效果之间找到很好的平衡点，较好地解决了电容器容量配置结构的难题。本发明科学地选择高压补偿的位置及数量、合理确定电容器容量配置结构，不仅能使线路保持较高功率因数，提高电压质量，还能够避免电容器的频繁投切，有效的延长开关及电容器的寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1、图2分别是放射线路和环网线路原理示意图；

图3是折算无功分布图；

图4、图5分别是A组、B组电容器选择示意图；

图6是补偿方案检验方法示意图。

图中各符号为：XTE、线路工况监测器，XTU、低压无功补偿装置，GTU、高压无功补偿装置，T、配电变压器。

文中所用各符号的意义：

L_i′：第i段线路的等效长度，L_j：第J段线路的实际长度；L′：线路等效总长度，L_i″：线路等效总长度为1时第i段的折算长度，R_j：第J段的电阻，R_i：第i段的电阻。

具体实施方式

图1是放射线路示意图，10KV配电网络中所有放射性单条线路均可视为独立的单元线路。图2是环网线路示意图，环网线路则可通过拓扑分析分离为相对独立的单元线路。通过终端设备(包括：高压无功补偿装置、低压配电监测与无功补偿装置、配电监测装置、线路工况监测器)对单元线路上所有配电变压器及线路的负荷与无功变化情况进行实时监测，监测数据通过远程通信(无线或有线方式)发送到后台(软件)管理系统，后台管理系统通过对监测数据的综合分析计算，提供单元线路的电容优化配置方案，即确定补偿点的位置、数量、及容量配置结构。

下面具体介绍实现方法：

1、利用10KV线路工况监测设备XTE监测的数据，可以得到10KV线路上准确的有功以及无功功率的流向，测量各段线路的长度和电阻；

2、根据各段线路的电阻，得到整条线路的等效长度，方法如下：

假设实际线路有K段，随机选择第J(0＜J≤K)段的电阻R_j为标准电阻，则可以将第i段线路的实际长度转换为等效长度：

${L_i}^{\′}=\frac{L_i{R}_i}{R_j}$ i＝1，2，3，4，…，K

式中：

L_i′：第i段线路的等效长度；

L_i：第i段线路的实际长度；

R_i：第i段的电阻；

各段的折算后的等效长度的累计值：

$L^{\′}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_i{R}_i}{R_j}$

根据以上转换，可以将不同型号的导线转换为相同型号只是长度不同的导线进行处理，从而简化了计算；

也可以将总长度L′折算为1，得到各段的折算长度：

${L_i}^{\′\′}=\frac{{L_i}^{\′}}{L^{\′}}$

3、绘制无功随线路等效长度变化的曲线；

4、确定补偿点的数量、位置和补偿容量：

首先从线路末端开始，随机选择一个点，设定为安装A组电容器的HA点，根据三分之二法则在该点安装的电容器容量为该点的无功负荷的2倍，然后根据补偿量相同原则确定下一个补偿点位置和电容器容量，依次类推，直至确定最后一个补偿点位置和电容器容量，最后根据补偿量相同原则对最后一个补偿点位置进行检验，如果不符合补偿量相同原则，则对HA点进行调整后重新确定其它补偿点的位置，直至最后一个补偿点位置符合补偿量相同原则为止。对于上述方法，补偿点之间是有关联关系的，确定第一个补偿点之后，其他的补偿点的位置也就确定了，相邻两点之间的关系，符合面积相等原则，即A点对A点前线路的补偿量，与B点对B点后的无功补偿量相同。

根据现场实际条件，可以将采集到的同一时刻的数据作为基础数据，结合电阻、线路长度等相关参数，由程序自动随机选择一个起始点并开始计算，并根据面积相等原则判断计算结果是否合理。根据最后一个安装点以及电容器的容值以及补偿效果，判定第一个选择点是否合适。如果不合适则继续微调后再次进行计算，直到合适为止。

5、将上述补偿点的位置还原为实际线路位置，电容器的容量不变；

下面是确定补偿点的数量、位置和补偿容量以及如何进行检验的一个例子：

假设某线路上无功负荷计算后如图3所示。计算该线路的最佳无功补偿方案的方法如下：

图3中，已经经过了折算，并设定总的无功负荷为1，总的线路长度为1。随机选择一个点，设定为安装A组电容器的HA点。因此，有在HA点安装电容器后，对线路的无功影响如图4所示，效果表示为全部线路上的无功负荷都要减小减少电容器的容值相同的无功(电容器补偿的无功，为了简化，可以视为电容器容量。)

由于在A点安装的电容器需要补偿A点之后的无功，也需要补偿A点之前的无功，因此，在该点安装的电容器容量需为该点的无功负荷的2倍，值用ICA表示。这也符合三分之二法则。

图4中，通过HA点画线连接I与II，该线即是ICA，表现为线路整体无功下降ICA。

根据补偿量相同原则，即可以确定B点的补偿位置。如图5所示。

同理，可以确定C点补偿位置。完成后图形如图6所示。

检验方法：

图6中，判断C1面积是否与C1’面积相等。如果相等，则可以根据这些补偿点的位置还原为实际线路位置，电容器的容量不变。

如果C1面积小于C1’，则需要将A点向线路末端稍微微调，重新进行计算。反之亦然，直到两者面积相等为止。

实际安装过程中，可以安装在距离最近的配电点上。

以上设计中使用的是某一时刻的无功负荷值计算，而各个时刻的无功负荷是不同的。根据这些不同的数据，可确定补偿点的详细电容器分组配置，完成自动寻优补偿。

Claims (1)

1、一种10KV配电网络单元线路无功优化补偿方法，其特征是，它首先对单元线路的有功及无功功率的流向、各段线路的长度和电阻进行监测与测量，继而将不同型号的导线折算为相同型号而长度不同的导线，绘制无功随折算后线路等效长度变化的曲线，然后根据补偿量相同原则在该曲线图上确定补偿点的位置、数量和补偿容量，并将这些补偿点的位置还原为实际线路位置，最后依据无功在各个时间段内的分布，配置各补偿点的补偿电容器，具体步骤如下：

a.利用10KV线路工况监测设备对单元线路的有功及无功功率的流向进行监测，测量各段线路的长度和电阻；

b.将不同型号的导线折算为相同型号而长度不同的导线，得到线路的等效长度：

假设实际线路有K段，随机选择第J段的电阻R_j为标准电阻，则将第i段线路的实际长度转换为等效长度：

${L_i}^{\′}=\frac{L_i{R}_i}{R_j},i=\mathrm{1,2,3,4},...,K$

式中：

L_i′：第i段线路的等效长度；L_i：第i段线路的实际长度；R_i：第i段的电阻；各段的折算后的等效长度的累计值：

$L^{\′}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_i{R}_i}{R_j}$

绘制无功随线路等效长度变化的曲线；

c.确定补偿点的数量、位置和补偿容量：

随机选择一个点，设定为安装A组电容器的点HA，根据三分之二法则，如果只装设一个电容器，则补偿点在距线路起始端距离为线路长度的2/3，电容容量为线路总无功负荷的2/3，如果装设两组电容器，则电容器容量均为总无功负荷的2/5，第一组电容器装设于距离线路起始端2/5，第二组电容器装设于距离起始端4/5处，在补偿点安装的电容器容量为该补偿点无功负荷的2倍，然后根据补偿量相同原则，确定下一个补偿点位置和电容器容量，依次类推，直至确定最后一个补偿点位置和电容器容量，最后根据补偿量相同原则对最后一个补偿点位置进行检验，如果不符合补偿量相同原则，则对HA点进行调整后重新确定其它补偿点的位置，直至最后一个补偿点位置符合补偿量相同原则为止，这时，补偿点的数量也已确定；

d.将上述补偿点的位置还原为实际线路位置，电容器的容量不变；

e.依据无功在各个时间段内的分布，配置各补偿点的补偿电容器。

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