CN102842910B - 架空输电线路的无功补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路的无功补偿方法，包括：计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值；选取第一补偿电容值和第二补偿电容值；分别测量额定补偿电容值、第一补偿电容值和第二补偿电容值所对应的升流器的输入电流值，并在测量后比较其大小关系；选取所述第一补偿电容值或者所述第二补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；根据查找到的所述补偿电容值对架空输电线路进行无功功率补偿。本发明查找到的补偿电容值，克服了直接计算存在的计算失真情况，所得结果接近实际的最佳补偿电容值，从而大大提升了对架空输电线路的无功补偿效果。

Description

架空输电线路的无功补偿方法

技术领域

本发明涉及架空输电线路技术领域，尤其涉及一种架空输电线路的无功补偿方法。

背景技术

凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。在架空输电线路中，升流器需要消耗无功功率才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电流。在架空输电线路中加载长时间的大电流，必定消耗一定的无功功率，导致浪费很多不必要的电能；同时由于无功功率的存在，致使升流器发挥不了最大效能，二次侧感应的电流升不上去，载流量受限。电流在电感元件中做功时，电流滞后于电压90°，而电流在电容元件中做功时，电流超前于电压90°。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180°。如果在电磁元件电路中安装一定的电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能做功的能力，这就是无功补偿的原理。

目前，一般做法是根据升流器的额定参数直接计算出补偿电容值，再对架空输电线路进行无功补偿。但是在实际情况中，无功功率的出现受多种因素的影响，并且这种影响很多是不可知的。因此，根据额定参数计算出补偿电容值计算出的补偿电容值往往是不准确的，有时还会出现严重的偏差。这样就影响了对架空输电线路的无功补偿效果。

发明内容

基于此，本发明提供了一种架空输电线路的无功补偿方法。

一种架空输电线路的无功补偿方法，包括以下步骤：

计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值；

选取第一补偿电容值和第二补偿电容值，其中所述第一补偿电容值小于所述额定补偿电容值，所述第二补偿电容值大于所述额定补偿电容值；

分别测量当架空输电线路的补偿电容为所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值时升流器所对应的输入电流值，并在测量后比较其大小关系；

根据比较得出的所述大小关系，选取所述第一补偿电容值或者所述第二补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；其中，查找所述补偿电容值包括以下步骤：

将所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值对应的升流器的输入电流值分别记为I_N、I_k和I_m；

如果I_k＞I_N＞I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，向大于所述第二补偿电容值的方向继续进行逼近；如果对于任意一个大于所述第二补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

如果I_k＜I_N＜I_m，则选取所述第一补偿电容值作为起点，向小于所述第一补偿电容值的方向继续进行逼近；如果对于任意一个小于所述第一补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_k，则选取所述第一补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

如果I_k＝I_m，则将所述额定补偿电容值作为最佳补偿电容值，即升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

根据查找到的所述补偿电容值对架空输电线路进行无功功率补偿。

与一般技术相比，本发明架空输电线路的无功补偿方法，首先计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值，然后在额定补偿电容值的两侧分别选取不同的补偿电容值，比较其对应的升流器的输入电流值。根据比较结果，选取一个数值作为起点进行数值逼近，查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。本发明查找到的补偿电容值，克服了直接计算存在的计算失真情况，所得结果接近实际的最佳补偿电容值，从而大大提升了对架空输电线路的无功补偿效果。

附图说明

图1是本发明架空输电线路的无功补偿方法的流程示意图；

图2是在架空导线载流量实验中应用本发明的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参阅图1，为本发明架空输电线路的无功补偿方法的流程示意图。本发明架空输电线路的无功补偿方法包括以下步骤：

S101计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值；

首先，需要确定补偿电容的数量级。升流器的电感难以确定，但是可以利用升流器铭牌上给定的数值计算出升流器在额定工况下的电感，再利用公式计算出所需补偿电容的数量级。然后逐步调试，直到调试出最合适的补偿电容值。

作为其中一个实施例，可按如下公式计算当升流器工作在额定工况时输入侧的电感：

$L=\frac{X}{\mathrm{\ω}}={\left(\frac{U_{1N}}{U_{2N}{I}_{2N}}\right)}^2\frac{\sqrt{{\left(U_{2N}{I}_{2N}\right)}^2-{Q_N}^2}}{\mathrm{\ω}}$

其中，X为升流器输入侧的电抗，ω为升流器的额定频率，U_1N为升流器的额定输入电压，U_2N为升流器的额定输出电压，I_2N为升流器的额定输出电流，Q_N为升流器的额定容量；

根据计算的所述电感，按如下公式计算额定补偿电容值：

$C=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^{2}L}$

其中，C为额定补偿电容值，ω为升流器的额定频率，L为计算的所述电感。

由于升流器运行时难免存在漏磁(当两台升流器一起使用时还存在耦合电感的情况)以及非额定工况下工作等情况，所以计算出的电感和补偿电容值并非实际工作条件下的电感和补偿电容值，但是可以由此确定补偿电容的数量值，作为以下调试补偿电容的基础。

S102选取第一补偿电容值和第二补偿电容值，其中所述第一补偿电容值小于所述额定补偿电容值，所述第二补偿电容值大于所述额定补偿电容值；

作为其中一个实施例，选取的所述第一补偿电容值可为所述额定补偿电容值的0.5倍，选取的所述第二补偿电容值可为所述额定补偿电容值的1.5倍。

当然，所述第一补偿电容值和第二补偿电容值也可以选取为其它数值。

S103分别测量当架空输电线路的补偿电容为所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值时升流器所对应的输入电流值，并在测量后比较其大小关系；

架空输电线路接入补偿电容，其值大小分别为所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值，用电流计测量此时升流器的输入电流值。

在测量后比较所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值所对应的升流器的输入电流值的大小关系。

S104根据比较得出的所述大小关系，选取所述第一补偿电容值或者所述第二补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

将所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值对应的升流器的输入电流值分别记为I_N、I_k和I_m；

作为其中一个实施例，如果I_k＞I_N＞I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。

如果I_k＜I_N＜I_m，则选取所述第一补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。

作为其中一个实施例，当I_k＞I_N＞I_m，如果对于任意一个大于所述第二补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。

当I_k＜I_N＜I_m，如果对于任意一个小于所述第一补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_k，则选取所述第一补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。

比较完I_N、I_k和I_m三者的大小之后，如果I_k＞I_N＞I_m，则最佳补偿电容值(即升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值)应不小于所述第二补偿电容值，则应向大于所述第二补偿电容值的方向继续进行逼近。

如果I_k＜I_N＜I_m，则最佳补偿电容值应不大于所述第一补偿电容值，则应向小于所述第一补偿电容值的方向继续进行逼近。

当I_k＞I_N＞I_m，如果对于任意一个大于所述第二补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_m，则说明最佳补偿电容应介于所述额定补偿电容值和所述第二补偿电容值之间。

当I_k＜I_N＜I_m，如果对于任意一个小于所述第一补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_k，则说明最佳补偿电容应介于所述额定补偿电容值和所述第一补偿电容值之间。

如果出现I_k＝I_m的情况，则可认为所述额定补偿电容值就是最佳补偿电容值。

在数值逼近的过程中，每一次取的补偿电容值与前次所取补偿电容值之间的值差可越来越小。比如第一次所述第一补偿电容值和第二补偿电容值可为所述额定补偿电容值的0.5倍和1.5倍，第二次可取0.3倍和1.7倍，第三次可取0.2倍和1.8倍，以此类推。这样可提高精确度。

S105根据查找到的所述补偿电容值对架空输电线路进行无功功率补偿。

查找到最佳补偿电容值之后，便可对架空输电线路进行无功功率补偿。

与一般技术相比，本发明架空输电线路的无功补偿方法，首先计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值，然后在额定补偿电容值的两侧分别选取不同的补偿电容值，比较其对应的升流器的输入电流值。根据比较结果，选取一个数值作为起点进行数值逼近，查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值。本发明查找到的补偿电容值，克服了直接计算存在的计算失真情况，所得结果接近实际的最佳补偿电容值，从而大大提升了对架空输电线路的无功补偿效果。

作为一个优选的实施例，以在架空导线载流量实验中应用本发明为例，做更详细的描述。如图2所示，为在架空导线载流量实验中应用本发明的示意图。

按照附图2的实验系统实物模型接好电路，确定所要加载的架空线的载流量I_A。

升流器并联接入电容器，其值大小为额定补偿电容值C_N，调节调压器，使得架空线的电流稳定在I_A，用电流计测量此时升流器的输入电流值(即调压器的输出电流值)I_N，记下此时的调压器指示的数值U₀和升流器输入电流I_N。然后降流，关闭电源。

升流器并联接入电容器，其值大小为第一补偿电容值C_k，C_k≈0.5C_N，调节调压器，使得架空线的电流稳定在I_A，用电流计测量此时升流器的输入电流值(即调压器的输出电流值)I_K，记下此时的调压器指示的数值U₁和升流器输入电流I_K。然后降流，关闭电源。

升流器并联接入电容器，其值大小为第二补偿电容值C_m，C_m≈1.5C_N，调节调压器，使得架空线的电流稳定在I_A，用电流计测量此时升流器的输入电流值(即调压器的输出电流值)I_m，记下此时的调压器指示的数值U₂和升流器输入电流I_m。然后降流，关闭电源。

比较I_N、I_k、I_m三者的大小。

步骤一、如果I_k＞I_N＞I_m，则最佳补偿电容值应不小于C_m，则应取C_m+1＞C_m并联接入实验系统，测得升流器输出电流I_m+1，并比较I_m+1与I_m的大小。

如果I_m+1＜I_m，则最佳补偿电容值应不小于C_m+1，应取C_m+2＞C_m+1并联接入实验系统，重复步骤一，直至I_m+n+1＞I_m+n，则I_m+n对应的电容值即为载流量为I_A时的最佳补偿电容值C₀；

如果I_m+1＞I_m，则最佳补偿电容值应介于C_m和C_m+1之间，即C_m≤C₀＜C_m+1，则取C_m+2(C_m＜C_m+2＜C_m+1)接入实验系统，重复步骤一。

步骤二、如果I_k＜I_N＜I_m，则最佳补偿电容值应不大于C_k，则应取C_k+1＜C_k并联接入实验系统，测得升流器输出电流I_k+1，并比较I_k+1与I_k的大小。

如果I_k+1＜I_k，则最佳补偿电容值应不大于C_k+1，应取C_k+2＜C_k+1并联接入实验系统，重复步骤二，直至I_k+n+1＞I_k+n，则I_k+n对应的电容值即为载流量为I_A时的最佳补偿电容值C₀；

如果I_k+1＞I_k，则最佳补偿电容值应介于C_k和C_k+1之间，即C_k+1≤C₀＜C_k，则取C_k+2(C_k+1＜C_k+2＜C_k)接入实验系统，重复步骤二。

如果I_k＞I_N＞I_m，但出现只要取C_x＞C_m，都有I_x＞I_m的情况时，说明最佳补偿电容应介于C_N和C_m之间，则应取C_x(C_N＜C_x＜C_m)，然后重复步骤一。

如果I_k＜I_N＜I_m，但出现只要取C_x＜C_k，都有I_x＞I_k的情况时，说明最佳补偿电容应介于C_k和C_N之间，则应取C_x(C_k＜C_x＜C_N)，然后重复步骤二。

如果出现I_k＝I_m的情况，则可认为C_N就是载流量为I_A时的最佳补偿电容值C₀。

在重复步骤过程中，每一次取的电容值与前次所取电容值的值差应该越来越小。比如第一次取C_k≈0.5C_N，C_m≈1.5C_N，第二次可取C_k+1≈0.3C_N，C_m≈1.7C_N，第三次可取C_k+1≈0.2C_N，C_m≈1.8C_N。这样提高实验的精确度。

在上述架空导线载流量实验的实施例中，由于架空导线和实验系统本身存在着电感而消耗一定的无功功率，导致浪费不必要的电能；同时由于无功功率的存在，致使升流器发挥不了最大效能，二次侧感应的电流升不上去，载流量受限。通常情况下实验系统中的电感是不确定的，所以无法通过计算直接得到补偿电容值的大小进行无功功率补偿。应用本发明，先通过简单计算确定系统电感的大概范围，然后根据不同情况逐步进行并联电容调试，直到得出最佳补偿电容值。可提高升流器效能和二次侧感应电流，同时也能也减少实验中电能的消耗，节省能源，而且方法简单易行、操作方便。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种架空输电线路的无功补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值；

选取第一补偿电容值和第二补偿电容值，其中所述第一补偿电容值小于所述额定补偿电容值，所述第二补偿电容值大于所述额定补偿电容值；

分别测量当架空输电线路的补偿电容为所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值时升流器所对应的输入电流值，并在测量后比较其大小关系；

根据比较得出的所述大小关系，选取所述第一补偿电容值或者所述第二补偿电容值作为起点，采用数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；其中，查找所述补偿电容值包括以下步骤：

将所述额定补偿电容值、所述第一补偿电容值和所述第二补偿电容值对应的升流器的输入电流值分别记为I_N、I_k和I_m；

如果I_k＞I_N＞I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，向大于所述第二补偿电容值的方向继续进行逼近；如果对于任意一个大于所述第二补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_m，则选取所述第二补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

如果I_k＜I_N＜I_m，则选取所述第一补偿电容值作为起点，向小于所述第一补偿电容值的方向继续进行逼近；如果对于任意一个小于所述第一补偿电容值的补偿电容值，其对应的升流器的输入电流值大于I_k，则选取所述第一补偿电容值作为起点，采用向所述额定补偿电容值进行数值逼近的方法查找升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

如果I_k＝I_m，则将所述额定补偿电容值作为最佳补偿电容值，即升流器的输入电流值最小时所对应的补偿电容值；

根据查找到的所述补偿电容值对架空输电线路进行无功功率补偿。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路的无功补偿方法，其特征在于，所述计算当升流器工作在额定工况时架空输电线路的额定补偿电容值的步骤，包括以下步骤：

按如下公式计算当升流器工作在额定工况时输入侧的电感：

$L=\frac{X}{\mathrm{\ω}}={\left(\frac{U_{1N}}{U_{2N}{I}_{2N}}\right)}^2\frac{\sqrt{{\left(U_{2N}{I}_{2N}\right)}^2-{Q_N}^2}}{\mathrm{\ω}}$

其中，X为升流器输入侧的电抗，ω为升流器的额定频率，U_1N为升流器的额定输入电压，U_2N为升流器的额定输出电压，I_2N为升流器的额定输出电流，Q_N为升流器的额定容量；

根据计算的所述电感，按如下公式计算额定补偿电容值：

$C=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^{2}L}$

其中，C为额定补偿电容值，ω为升流器的额定频率，L为计算的所述电感。

3.根据权利要求1所述的架空输电线路的无功补偿方法，其特征在于，在所述选取第一补偿电容值和第二补偿电容值的步骤中，选取的所述第一补偿电容值为所述额定补偿电容值的0.5倍，选取的所述第二补偿电容值为所述额定补偿电容值的1.5倍。