CN101075744A - 一种无功补偿装置电容器容量优化配置方法 - Google Patents

Abstract

一种无功补偿装置电容器容量优化配置方法，属输配电技术领域，用于解决最佳补偿问题。其技术方案是：通过监测配电变压器的负荷变化，确定其无功在各个时间段内的分布，然后以此为依据，根据统计学原理配置三种补偿电容器，分别是固定补偿电容器、三相共补电容器和分相补偿电容器。本发明不仅使线路保持较高功率因数，大幅降低线损率，提高电压质量，并且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。

Description

一种无功补偿装置电容器容量优化配置方法

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

供电变压器用户负荷的功率因数在一天中的波动比较大，目前，采用固定容量的电容器进行无功功率的补偿存在一定弊端。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，如何确定电容器容量配置结构，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。科学合理的电容器容量配置结构应该与配电变压器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装置电容器容量优化配置方法对节约电能、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能以较简单的补偿装置达到较好补偿效果的无功补偿装置电容器容量优化配置方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种无功补偿装置电容器容量优化配置方法，它是通过监测配电变压器的负荷变化，确定其无功在各个时间段内的分布，然后以此为依据，根据统计学原理配置三种补偿电容器，分别是固定补偿电容器、三相共补电容器和分相补偿电容器，所述补偿电容设置于配电变压器低压侧。

上述无功补偿装置电容器容量优化配置方法，包括以下步骤：

a.无功功率值的测量方法：在选定时间段内，按相等间隔的若干时刻(例如每小时记录一次)，记录每相的无功功率数据，求得该时间段内各相于各时刻的无功功率平均值；

b.根据每相于各时刻的无功功率平均值，计算出每相的平均无功功率，然后计算出每相的无功功率的标准差S；

c.确定固定补偿电容器容量，容值为各相于各时刻无功功率数据中的最小值(不包含三相无功功率均为0的数据)；

d.确定三相共补电容器容量，由三相共补1和三相共补2组成，计算方法分别是：

三相共补1：其容量等于各相于各时刻的无功功率值中，倒数第二小的无功功率减去固定补偿容量，如果这两个数据差别在10％以内，则其容量等于倒数第三小的无功功率减去固定补偿容量；

三相共补2：如果共补1为倒数第二小的无功功率减去固定补偿容量，则使用当前的无功功率值中倒数第三小的无功功率值减去固定补偿容量作为共补2，如果这两个数据差别在10％以内，则利用倒数第四小的无功功率值减去固定补偿容量作为共补2；如果共补1等于倒数第三小的无功功率减去固定补偿容量，则共补2取倒数第四小的无功功率值减去固定补偿容量，如果这两个数据差别在10％以内，则共补2为倒数第五小的无功功率值减去固定补偿容量；

e.确定分相补偿电容器容量，每相设置3组分相补补电容器，分别是：

第一个分补电容器的容量设置为平均值—标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

第二个分补电容器的容量设置为平均值+标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

第三个分补电容器的容量可以设置为平均值+2倍标准差，并采用这个区间的数据平均值作为修正。

本发明通过监测配电变压器的负荷变化，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，本发明不仅使线路保持较高功率因数，大幅降低线损率，提高电压质量，并且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是本实用新型电原理图；

图2是A相无功功率分布图；

图3是B相无功功率分布图；

图4是C相无功功率分布图。

图中各符号为：Qa、A相的无功功率，Qb、B相的无功功率，Qc、C相的无功功率，Kvar、千乏，t、时间，h、小时，T、配电变压器，Cg、固定补偿电容，Cg1、共补电容1，Cg2、共补电容2，Cf1、分补电容1，Cf2、分补电容2，Cf3、分补电容3，Jg1、共补电容1继电器，Jg2、共补电容2继电器，J1、分补电容1继电器，J2、分补电容2继电器，J3、分补电容3继电器，Z、负载阻抗。

具体实施方式

下面是某城市一个配电变压器0.4KV无功自动补偿装置电容器容量优化配置技术方法：

a.在一定时间段内每日测量各相的无功功率，每日于间隔相等的若干时刻记录每相的无功功率数据，求得该时间段内各相于各时刻的无功功率平均值；

我们采用一个月的历史平均无功功率数据来进行分析。因为配电变压器用户负荷的功率因数一般是以日为周期进行变化的，因此，每日每间隔一小时记录每相的无功功率数据，我们采集整点时的无功功率数据，即每日于0时、1时、2时、3时……23时记录每相的无功功率数据，根据所得数据求得一个月内各相于各时刻的无功功率平均值；生成三相24个整点的平均无功功率值如表一：

时间	Qa	Qb	Qc
				0	8510	4975	7461
1	7006	4272	6502
				2	5331	3626	5767
3	4553	3314	5556
				4	4507	2786	5435
5	6848	2732	6300
				6	7785	4290	6705
7	11109	6313	8886
				8	10377	5914	7616
9	11233	7049	7983
				10	11539	5938	7747
11	10500	5861	7872
				12	13290	6721	9103
13	11530	5680	8084
				14	9022	5766	6871
15	9062	5489	7048
				16	9772	5651	7327
17	12853	6746	9215
				18	19065	9893	13620
19	19963	12008	15341
				20	21164	12467	14337
21	19101	11281	13349
				22	16429	8912	12689
23	12122	6587	9417

说明：表一中，Qa、Qb、Qc分别是A、B、C三相的无功功率，单位为乏；时间从零点到23点。

表一中的数据是由这台配电变压器负荷无功功率在一个月内的整点数据，根据统计平均值的计算方法得出。

根据这24个整点的无功功率值，可以绘制出各相无功功率分布图。图1～图3分别是A、B、C三相无功功率分布图。图中，横坐标为时间，纵坐标为无功功率值，单位Kvar。

b.根据各相于24个整点时刻的无功功率平均值，计算出每相的平均无功功率，然后计算出每相的无功功率的标准差S；

图2～图4中，细实线表示平均无功功率，A相平均无功功率为10.83，标准差为4.684；B相平均无功功率为6.428，标准差为2.654；C相平均无功功率为8.76，标准差为2.853。

根据统计学原理，可以判断大量的无功功率数据符合统计学的正态分布理论，因此可以用统计学理论来进行分析。

c.确定固定补偿电容器容量，容值为24×3＝72个无功功率数据中的最小值(不包含三相无功功率均为0的数据)；

从表一中可以确定，最小的无功功率值为B相5点时刻的无功功率，为2.732Kvar。因此，可以确定固定补偿大约2.5千乏的电容器即可。

d.确定三相共补电容器容量：

三相共补1：使用当前的无功功率值中，倒数第二小的无功功率减去固定补偿容量作为共补1，如果这两个数据差别在10％以内，则利用倒数第三小的无功功率来做适当修正；

三相共补2：如果共补1采用的是倒数第二小的无功功率值，则使用当前的无功功率值中倒数第三小的无功功率值减去固定补偿容量作为共补2，如果这两个数据差别在10％以内，则利用倒数第四小的无功功率值作适当修正；如果共补1即采用了倒数第三小的数据，则共补2采用倒数第四小的无功功率值，如果这两个数据差别在10％以内，则利用倒数第五小的无功功率值作适当修正。

e.确定分相补偿电容器容量，每相设置3组分相补偿电容器：

根据正态分布理论，可以做如下解释：

(1)根据以图1～图3给出的分布曲线，可以大致划分出四个数据区，由于平均值-2×标准差区间内存在固定补偿、共补等容值设置，所以，这个区间可以不考虑，因此，可以分成3个区间，从下到上依次为：平均值-标准差，平均值+标准差，平均值+2倍标准差；

(2)大于平均值与2倍标准差之和的数据只有不到2.28％，因此，可以不予考虑这部分数据；

(3)第一个分补电容器的容量可以设置为平均值-标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

(4)第二个分补电容器的容量可以设置为平均值+标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

(5)第三个分补电容器的容量可以设置为平均值+2倍标准差，并采用这个区间的数据平均值作为修正。

下面是程序给出的自动的电容器容值配置：固定补偿：2.7Kvar，共补1：1.8Kvar，共补2：2.8Kvar，A相1：3.1Kvar，A相2：6.4Kvar，A相3：6.5Kvar，B相1：1.7Kvar，B相2：2.7Kvar，B相3：3.4Kvar，C相1：1.9Kvar，C相2：4.3Kvar，C相3：4.6Kvar，无功自动补偿装置电容器寻优投切技术方法：

通过实时监测配电变压器负荷无功功率的变化，根据功率因数的设置要求，在满足所有保护条件(包括过压、欠压、过流、欠流封锁、过流速断、谐波超标等)的基础上，在所配置的电容器中，选择容量与补偿方式最为合适的单只或若干只电容器组合投入补偿；或根据负荷无功功率的变化及需要，在已经投入补偿的电容器组合中，切除某只或某几只电容器退出补偿，并可另选择单只或若干只电容器的组合投入补偿。补偿方式分为两种，一是三相共补、二是分相补偿，在电容器投切过程中，三相共补与分相补偿相结合，在共补的基础上可以再投入分相补偿，同样，在分相补偿的基础上，也可以投入三相共补。

图4是A相补偿电容电原理图，图中T为配电变压器，补偿电容接在配电变压器的低压侧，除固定补偿电容Cg固定连接于电路中外，共补电容和分补电容均由继电器控制投切。B相和C相的补偿电容与A相相同。

本发明可避免因要求保持较高的功率因数而频繁地投切电容器，减少电容器投切对电网的干扰与冲击，降低开关及电容器等部件的故障率，杜绝无功倒送。

Claims (2)

1、一种无功补偿装置电容器容量优化配置方法，其特征是，它是通过监测配电变压器的负荷变化，确定其无功在各个时间段内的分布，然后以此为依据，根据统计学原理配置三种补偿电容器，分别是固定补偿电容器、三相共补电容器和分相补偿电容器，所述补偿电容设置于配电变压器低压侧。

2、根据权利要求1所述无功补偿装置电容器容量优化配置方法，其特征是，它包括以下步骤：

a.无功功率值的测量：在选定时间段内，按相等间隔的若干时刻记录每相的无功功率数据，求得该时间段内各相于各时刻的无功功率平均值；

b.根据每相于各时刻的无功功率平均值，计算出每相的平均无功功率，然后计算出每相的无功功率的标准差S；

c.确定固定补偿电容器容量，容值为各相于各时刻无功功率数据中的最小值；

d.确定三相共补电容器容量，由三相共补1和三相共补2组成，计算方法分别是：

三相共补1：其容量等于各相于各时刻的无功功率值中，倒数第二小的无功功率减去固定补偿容量，如果这两个数据差别在10％以内，则其容量等于倒数第三小的无功功率减去固定补偿容量；

三相共补2：如果共补1为倒数第二小的无功功率减去固定补偿容量，则使用当前的无功功率值中倒数第三小的无功功率值减去固定补偿容量作为共补2，如果这两个数据差别在10％以内，则利用倒数第四小的无功功率值减去固定补偿容量作为共补2；如果共补1等于倒数第三小的无功功率减去固定补偿容量，则共补2取倒数第四小的无功功率值减去固定补偿容量，如果这两个数据差别在10％以内，则共补2为倒数第五小的无功功率值减去固定补偿容量；

e.确定分相补偿电容器容量，每相设置3组分相补补电容器，分别是：

第一个分补电容器的容量设置为平均值-标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

第二个分补电容器的容量设置为平均值+标准差，并采用这个区间内的数据平均值作为修正；

第三个分补电容器的容量可以设置为平均值+2倍标准差，并采用这个区间的数据平均值作为修正。

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