CN103094913B - 配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法，用于解决小水电接入配电网的感性无功资源优化配置以及控制无功补偿的投切。该方法的具体步骤如下：通过对电压降落公式进行解耦推演，得到电压降落无功解耦算式；根据每公里线路电抗以及线路基准电压，确定无功解耦系数；根据电压降落无功解耦算式，确定10kV并联电抗器的优化配置补偿点；根据丰小方式主干线的小水电并网节点电压分布，确定规避主干线节点电压越上限的10kV并联电抗器配置容量，并参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5%的规定，确定10kV并联电抗器的单组容量及其配置组数；实时监测含小水电的主干线节点电压，并根据电压降落无功解耦算式控制10kV并联电抗器的投切。

Description

配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法

技术领域

本发明涉及配电网感性无功补偿设备的优化配置以及投切控制，特别涉及一种适应小水电接入配电网的10kV并联电抗器优化配置及其补偿方法。

背景技术

在我国水力资源较为丰富的部分地区，小水电的装机容量和建设规模迅速扩大，随着小水电在电网中的比重逐渐增大，小水电对于地区电网无功电压质量有着重要的影响。由于目前小水电大都是径流式，缺乏调节能力，在丰水季节，集中发电往往引起区域小水电网内发电和用电的不平衡，造成线路电压抬升，给电网的安全运行带来威胁，同时也对用户设备造成损害。含有小水电的配电线路电压高企、经常超越上限，已经成为近年来我国配电网电压无功管理方面最为头疼的问题，迫切需要解决。

在丰小方式下，分布式小水电发电越多、倒送功率越大，线路越长，导线截面越细，线路末端电压就越高。为了解决小水电大发引起电压高企的问题，主要可以从以下三方面入手。

1、增大导线的线径，减小线路电阻和电抗，缓解线路末端电压过高的问题。但从实际来看，更换配电线路实施起来具有一定难度，工程期间需要停电操作而影响供电可靠性，因此难以实施。

2、小水电进相运行。发电机适度进相运行对丰水期低谷负荷时过高电压起到很好的抑制效果，但在实际运行中，小水电机进相实施起来有一定难度。主要有以下几点原因：

（1）缺乏进相运行的试验和具体的操作规程。尤其是缺乏小水电机组的进相运行经验，致使发电厂运营商不愿意在电压较高时实施进相。

（2）小水电厂的机组运行值班人员素质相对不高，进相运行增大了一定的运行难度，发电厂运营商不希望增加成本。

（3）传统的功率因数考核措施也在一定程度上限制了进相运行的实施。

（4）对小水电网来说，梯级电站和其它水电站形成了一条串接线路接入上一级电网。导致小水电厂认为电网电压过高与自己没什么关系，因此不会主动采取措施控制电压，反而出于经济利益的考虑，保证自己的出力，抬升了输电线路电压。

（5）虽然短时间的进相运行不会影响机组的有功出力，但长时间的进相运行还是会对有功出力和机组稳定性造成一定影响，因此小水电站不愿意承担此风险。

3、配置并联电抗器，吸收电网过剩的无功功率，降低电压抬升量，实施操作方便，风险低。

综上所述，丰小方式，在小水电进相运行有困难的情况下，为了解决小水电大发电压高企的问题，采用配置并联电抗器成为更为切实可行的手段。

目前，国内10kV配电网无功补偿的方式一般有：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。变电站集中补偿方式一般将补偿连接在变电站10kV母线上；低压集中补偿方式指在配电变压器低压侧进行集中补偿；杆上补偿方式指采用10kV户外并联电容器安装在架空线路上的杆塔上进行无功补偿；用户终端分散补偿方式是指直接对用户末端进行无功补偿。这些传统的思路一般是用于做容性无功补偿配置的，是否完全可以推广到感性无功配置还要具体分析。

考虑到电抗器补偿设备主要由有色金属构成，价格较为昂贵，小水电一般不愿意承担这一部分投资，并且并联电抗器安装在小水电升压变低压侧的调控效果极其依赖于小水电值班员的素质和管理能力，调压效果往往大打折扣，与此同时还占用了小水电升压变的容量，当所配置的并联电抗器容量较大时，容易引起小水电升压变过载问题。因此需要考虑当电网公司成为小水电10kV上网后主干线末端电压高企的解决主体时，10kV并联电抗器的安装位置怎样选取更加合理，以确保10kV并联电抗器安全和方便管理，优化补偿效果，并依据主干线节点电压分布就能有效指导10kV并联电抗器的合理投切。这些问题都需要深入研究并论证，从已公开的文献来看，还没有一个系统的方法能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提出了配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法，以优化10kV配电网的感性无功资源配置，控制10kV并联电抗器的投切，满足小水电接入配电网的调压要求。

本发明提出的配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法，包括如下步骤：

（1）通过对电压降落公式进行解耦推演，得到电压降落无功解耦算式；

（2）根据每公里线路电抗以及线路基准电压，确定所述的电压降落解耦算式的无功解耦系数；

（3）根据所述的电压降落无功解耦算式，确定10kV并联电抗器的优化配置补偿节点；

（4）根据丰小方式主干线的小水电并网节点电压分布，并基于所述的电压降落无功解耦算式，确定规避主干线节点电压越上限的10kV并联电抗器配置容量；所述的丰小方式指含小水电线路大发季节，负荷轻载的情况；

（5）参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5%的规定以及根据所述的10kV并联电抗器配置容量，确定10kV并联电抗器的单组容量及其配置组数；

（6）实时监测主干线的小水电并网节点电压，并根据所述的电压降落无功解耦算式控制10kV并联电抗器的投切。

上述方法中，所述的步骤（1）具体包括：

由电压降落公式进行解耦推演得到电压降落解耦算式为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔV}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}\\ =\frac{R_0}{V_0}\mathrm{PL}+\frac{X_0}{V_2}\mathrm{QL}\\ =\mathrm{\Δ}{v}_{P}P+{\mathrm{\Δv}}_q\mathrm{QL}\end{array}---\left(4\right)$

式中，ΔV为传输线路电压降落的纵分量，V₂为负荷节点电压；P为有功负荷；Q为无功负荷；R为线路电阻；X为线路电抗；R₀为每km的电阻值；X₀为每km的电抗值；Δv_p为电压降落解耦算式有功解耦系数；Δv_q为电压降落解耦算式无功解耦系数。

根据电压降落解耦算式定义电压降落无功解耦算式为：

$V_i-V_{\mathrm{Ti}}={\mathrm{\Δv}}_q{Q}_i{L}_i---\left(5\right)$

式中，V_i为主干线第i节点投入补偿前的电压，V_Ti为主干线第i节点投入补偿后的电压，Q_i为第i节点投入的10kV并联电抗器补偿容量，L_i为主干线第i节点到110kV变电站10kV母线的距离。

上述方法中，步骤（2）所述电压降落解耦算式的无功解耦系数为：

${\mathrm{\Δv}}_q=\frac{X_0}{V_2}\≈\frac{X_0}{V_0}---\left(6\right)$

式中，X₀为主干线每km电抗值，V₀为线路基准电压，V₂为传输线路末端小水电并网节点电压。

上述方法中，步骤（3）所述确定10kV并联电抗器的优化配置补偿节点具体是：将并入主干线末端节点的小水电厂作为10kV并联电抗器的优化配置补偿点。

上述方法中，所述的步骤（4）具体包括：

通过监测数据获得富含小水电线路大发季节，负荷轻载情况下，主干线节点电压分布，计算小水电各并网节点的电压越限量；

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Hi}}=\left\{\begin{array}{cc}{V}_i-V_H& V_i>V_H\\ 0& V_i\≤V_H\end{array}\right.---\left(7\right)$

式中，V_H为电压的上限，ΔV_Hi为第i节点的电压越限量；

基于电压降落无功解耦算式（5），为了规避小水电并网节点电压越上限运行，在各节点投入的10kV并联电抗器容量分别为Q_Li；

$Q_{\mathrm{Li}}=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{Hi}}}{{\mathrm{\Δv}}_q{L}_i}---\left(8\right)$

选择各小水电并网节点就地补偿并联电抗器容量的最大值，如式（8）所示，作为并入主干线末端节点的小水电厂变高侧所配置的并联电抗器容量Q_Lmax：

$Q_{L\max }=\max (Q_{\mathrm{Li}},i=\mathrm{1,2},...,n)---\left(9\right)$

上述方法中，所述的步骤（5）具体包括：

参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5%的规定，确定每投一组10kV并联电抗器补偿设备，末端节点最大的电压调节量ΔV₀为：

${\mathrm{\ΔV}}_0=0.025V_N---\left(10\right)$

式中，V_N为线路的额定电压；

根据电压降落无功解耦算式（5），计算单组10kV并联电抗器容量Q_L为：

$Q_L=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_0}{{\mathrm{\Δv}}_q{L}_n}---\left(11\right)$

式中，L_n为并入主干线末端节点的小水电厂到110kV变电站10kV母线的距离；

选取实际中容量不超过Q_L并与之接近的10kV并联电抗器单组补偿容量Q_L0，配置组数N为：

$N=\mathrm{int}\left(\frac{Q_{L\max }}{Q_{L0}}\right)+1---\left(12\right)$

式中，int（X）表示不超过X的最大整数。

上述方法中，所述的步骤（6）具体包括：

实时监测含小水电的主干线节点电压，根据公式（7）、（8）、（9）得到末端小水电并网节点所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL；

根据所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL以及公式（12）得到末端小水电并网节点所需投入10kV并联电抗器补偿组数Nt，并投入补偿。

上述方法中，所述的步骤（1）中：

传输线路首端的相电压为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_1={\stackrel{\·}{V}}_2+\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V}+\mathrm{\δ}\stackrel{\·}{V}\\ =V_2+\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}+j\frac{\mathrm{PX}-\mathrm{QR}}{V_2}\end{array}---\left(1\right)$

一般情况下，V₂+ΔV〉〉δV，因此，传输线路末端的电压可简化为：

$V_2=V_1-\mathrm{\ΔV}---\left(2\right)$

故电压降落的基本计算公式简化为：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}---\left(3\right)$

由电压降落的基本计算公式进行解耦推演得到电压降落解耦算式为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔV}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}\\ =\frac{R_0}{V_0}\mathrm{PL}+\frac{X_0}{V_2}\mathrm{QL}\\ =\mathrm{\Δ}{v}_{P}P+{\mathrm{\Δv}}_q\mathrm{QL}\end{array}---\left(4\right)$

式中，ΔV和δV分别称为传输线路电压降落的纵分量和横分量，V₁为110kV变电站10kV母线的电压，V₂为负荷节点电压；P为有功负荷；Q为无功负荷；R为线路电阻；X为线路电抗；R₀为每km的电阻值；X₀为每km的电抗值；Δv_p为电压降落解耦算式有功解耦系数；Δv_q为电压降落解耦算式无功解耦系数。

15）为了避免主干线节点电压越上限运行，控制10kV并联电抗器的投切，根据电压降落解耦算式定义电压降落无功解耦算式为：

$V_i-V_{\mathrm{Ti}}={\mathrm{\Δv}}_q{Q}_i{L}_i---\left(5\right)$

式中，V_i为主干线第i节点投入补偿前的电压，V_Ti为主干线第i节点投入补偿后的电压，Q_i为第i节点投入的10kV并联电抗器补偿容量，L_i为主干线第i节点到110kV变电站10kV母线的距离。

上述方法中，步骤（2）中，根据每公里线路电抗以及线路基准电压，确定所述的电压降落解耦算式的无功解耦系数Δv_q为：

${\mathrm{\Δv}}_q=\frac{X_0}{V_2}\≈\frac{X_0}{V_0}---\left(6\right)$

式中，X₀为线路每km的电抗值，V₀为线路基准电压，V₂为传输线路末端小水电并网节点电压，电压降落解耦算式无功解耦系数Δv_q的值随着V₂的变化而变化，为了具体确定其值，在丰小方式下，用线路基准电压V₀近似代替V₂。

上述方法中，步骤（3）中，根据所述的电压降落无功解耦算式，确定10kV并联电抗器的优化配置补偿点具体是：将并入主干线末端节点的小水电厂作为10kV并联电抗器的优化配置补偿点。根据公式（5），距离变电站10kV母线越远，投入相同容量的10kV并联电抗器对主干线各节点电压降压效果越好；若将10kV并联电抗器配置在小水电接入的前端节点，如第1节点，根据电压降落无功解耦算式（5），第1节点电压降低Δv_qQL₁，但对后端节点倒送有功功率引起的电压抬升起不到直接的抑制作用；若将10kV并联电抗器配置在小水电接入的后端节点，如第9节点，根据电压降落无功解耦算式（5），节点电压降低Δv_qQL₉，并且对前端节点的电压抬升量起到直接的抑制作用，由于在末端投入容量为Q的10kV并联电抗器后，主干线下送的无功功率增大Q，根据电压降落无功解耦算式（5），主干线各节点电压降低Δv_qQL_i；前端节点投入10kV并联电抗器对后端节点电压起不到直接的抑制作用，但后端节点投入10kV并联电抗器对前端节点电压具有直接的抑制效果，且距离10kV母线距离越远，抑制电压抬升效果越明显。因此，从节省10kV并联电抗器投资的角度出发，宜将补偿点选择在主干线末端。结合实际情况，为了便于对价格较为昂贵的10kV并联电抗器进行看护以及管理，补偿点宜选择在并入主干线末端节点的小水电厂。电抗器补偿设备主要由有色金属构成，价格较为昂贵，为了防止偷窃以及便于对电抗器进行集中管理，宜将10kV并联电抗器配置在小水电厂内，结合步骤31），10kV并联电抗器的补偿点适宜选择在并入主干线末端节点的小水电厂，以吸纳过剩的无功功率，抵消或削减倒送有功时在电阻上产生的电压抬升量，解决富含小水电线路大发季节主干线末端节点电压严重高企的问题。

本发明的技术特点及效果：

（1）本发明为电网公司解决小水电接入10kV配电网后主干线末端节点电压严重高企的问题，提供了一种适应小水电接入10kV配电网的并联电抗器补偿优化方法，以实现配电网感性无功资源的优化配置，使得所选择的补偿点单组10kV并联电抗器调压效果尽量优化，所需配置的10kV并联电抗器在满足调压要求情况下组数尽量少，以节省投资费用。与此同时，所选择的补偿点兼顾了对昂贵的10kV并联电抗器设备进行专门看守和集中管理，并且不占用小水电升压变的容量，保证了10kV并联电抗器设备的安全性和投切便利性。

（2）本发明引入了电压降落无功解耦算式概念，使得10kV并联电抗器的调压效果有了定量的衡量，只需要获取主干线导线型号所对应的每km电抗以及小水电的主干线并网节点到10kV母线的距离参数，并通过监测小水电的主干线并网节点电压分布，就能够准确有效地控制10kV并联电抗器的投切，该方法简单易操作，所需参数少且易于获取，便于推广。

附图说明

图1为小水电串灯笼接入的理想配电线路模型简化图；

图2为不同补偿节点投入补偿后的主干线接节点电压分布情况对比图。

具体实施方式

本发明提出的一种配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法结合实施例详细说明如下：

图1示出了小水电串灯笼接入的理想配电线路模型，主干线各节点均带有小水电厂，容量均为300kW，导线型号为LGJ-120，所对应的每km的电抗值X₀为0.42Ω，每段线路长度为3km。

本方法包括以下步骤：

步骤S1，通过对电压降落公式进行解耦推演，得到电压降落无功解耦算式，具体步骤如下：

步骤S11，传输线路首端的相电压为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_1={\stackrel{\·}{V}}_2+\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V}+\mathrm{\δ}\stackrel{\·}{V}\\ =V_2+\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}+j\frac{\mathrm{PX}-\mathrm{QR}}{V_2}\end{array}---\left(1\right)$

步骤S12，一般情况下，V₂+ΔV>>δV，因此，传输线路末端的电压可简化为：

$V_2=V_1-\mathrm{\ΔV}---\left(2\right)$

步骤S13，故电压降落的基本计算公式简化为：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}---\left(3\right)$

步骤S14，由电压降落的基本计算公式进行解耦推演得到电压降落解耦算式为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔV}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{V_2}\\ =\frac{R_0}{V_0}\mathrm{PL}+\frac{X_0}{V_2}\mathrm{QL}\\ =\mathrm{\Δ}{v}_{P}P+{\mathrm{\Δv}}_q\mathrm{QL}\end{array}---\left(4\right)$

式中，ΔV和δV分别称为传输线路电压降落的纵分量和横分量，V₁为110kV变电站10kV母线的电压，V₂为负荷节点电压；P为有功负荷；Q为无功负荷；R为线路电阻；X为线路电抗；R₀为每km的电阻值；X₀为每km的电抗值；Δv_p为电压降落解耦算式有功解耦系数；Δv_q为电压降落解耦算式无功解耦系数。

步骤S15，为了避免主干线节点电压越上限运行，控制10kV并联电抗器的投切，根据电压降落解耦算式定义电压降落无功解耦算式为：

$V_i-V_{\mathrm{Ti}}={\mathrm{\Δv}}_q{Q}_i{L}_i---\left(5\right)$

式中，V_i为主干线第i节点投入补偿前的电压，V_Ti为主干线第i节点投入补偿后的电压，Q_i为第i节点投入的10kV并联电抗器补偿容量，L_i为主干线第i节点到变电站10kV母线的距离。

步骤S2，根据每公里线路电抗以及线路基准电压，确定所述的电压降落解耦算式的无功解耦系数Δv_q为：

${\mathrm{\Δv}}_q=\frac{X_0}{V_2}\≈\frac{X_0}{V_0}---\left(6\right)$

式中，X₀为所对应导线型号每km的电抗值，V₀为的线路基准电压，V₂为传输线路末端小水电并网节点电压，电压降落解耦算式无功解耦系数Δv_q的值随着V₂的变化而变化，为了具体确定其值，在丰小方式下，用线路基准电压V₀近似代替V₂。

实际建模中，如图1所示，主干线选择的导线型号为LGJ-120，查看LGJ-120的技术参数，每km的电抗值X₀为0.42Ω，取丰小方式的线路基准电压V₀为10.5kV，计算得到无功解耦系数Δv_q为4.0×10^-5kV/(kvar·km)。

步骤S3，根据所述的电压降落无功解耦算式，确定10kV并联电抗器的优化配置补偿点具体是：将并入主干线末端节点的小水电厂作为10kV并联电抗器的优化配置补偿点。

步骤S31，根据公式（5），距离变电站10kV母线越远，投入相同容量的10kV并联电抗器对主干线各节点电压降压效果越好；

若将10kV并联电抗器配置在小水电接入的前端节点，如第1节点，根据电压降落无功解耦算式（5），第1节点电压降低Δv_qQL₁，但对后端节点倒送有功功率引起的电压抬升起不到直接的抑制作用；若将10kV并联电抗器配置在小水电接入的后端节点，如第9节点，根据电压降落无功解耦算式（5），节点电压降低Δv_qQL₉，并且对前端节点的电压抬升量起到直接的抑制作用，由于在末端投入容量为Q的10kV并联电抗器后，主干线下送的无功功率增大Q，根据电压降落无功解耦算式（5），主干线各节点电压降低Δv_qQL_i；前端节点投入10kV并联电抗器对后端节点电压起不到直接的抑制作用，但后端节点投入10kV并联电抗器对前端节点电压具有直接的抑制效果，且距离10kV母线距离越远，抑制电压抬升效果越明显。因此，从节省10kV并联电抗器投资的角度出发，宜将补偿点选择在主干线末端。

步骤S32，结合实际情况，为了便于对价格较为昂贵的10kV并联电抗器进行看护以及管理，补偿点宜选择在并入主干线末端节点的小水电厂。

电抗器补偿设备主要由有色金属构成，价格较为昂贵，为了防止偷窃以及便于对电抗器进行集中管理，宜将10kV并联电抗器配置在小水电厂内，结合步骤S31，10kV并联电抗器的补偿点适宜选择在并入主干线末端节点的小水电厂，以吸纳过剩的无功功率，抵消或削减倒送有功时在电阻上产生的电压抬升量，解决含小水电线路大发季节，主干线节点电压严重高企的问题。

如图1所示，在丰小方式下，10kV母线电压V₁设为10.5kV，各小水电出力均为300kW，功率因数为1.0，负荷为0，此时主干线末端节点电压抬升严重，表1为初始潮流10kV主干线节点电压分布的分析列表。

在各个小水电并网节点依次投入600kvar的感性无功补偿，比较主干线节点电压分布情况，如图2所示。

图2表明，前端节点投入10kV并联电抗器对后端节点电压起不到直接的抑制作用，但后端节点投入10kV并联电抗器对前端节点电压具有直接的抑制效果，且对前端各节点降压效果为Δv_qQL_i，即距离10kV母线越远，抑制主干线节点电压抬升的效果也越明显。因此，从节省10kV并联电抗器投资的角度出发，宜将补偿点选择在主干线末端，结合实际情况，为了便于对价格较为昂贵的10kV并联电抗器进行看护以及管理，补偿点宜选择在并入主干线末端节点的小水电厂，即10kV并联电抗器补偿点选择在并入第9节点的小水电升压变变高侧。以吸纳过剩的无功功率，抵消或削减小水电倒送有功时在电阻上产生的电压抬升量，解决含小水电线路大发季节主干线末端节点电压严重高企的问题。

步骤S4，根据丰小方式主干线的小水电并网节点电压分布，并基于所述的电压降落无功解耦算式，确定规避主干线节点电压越上限的10kV并联电抗器配置容量，具体步骤如下：

步骤S41，通过监测数据获得富含小水电线路大发季节，负荷轻载情况下，主干线节点电压分布情况，计算小水电各并网节点的电压越限量：

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Hi}}=\left\{\begin{array}{cc}{V}_i-V_H& V_i>V_H\\ 0& V_i\≤V_H\end{array}\right.---\left(7\right)$

式中，V_H为电压的上限，ΔV_Hi为第i节点的越限量。

步骤S42，基于电压降落无功解耦算式（5），为了规避小水电并网节点电压越上限运行，在各节点投入的10kV并联电抗器容量Q_Li分别为：

$Q_{\mathrm{Li}}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Hi}}}{{\mathrm{\Δv}}_q{L}_i}---\left(8\right)$

步骤S43，选择各小水电并网节点就地补偿并联电抗器容量的最大值，如式（8）所示，作为末端节点的10kV上网的小水电变高侧并联电抗器的配置容量Q_Lmax：

$Q_{L\max }=\max (Q_{\mathrm{Li}},i=\mathrm{1,2},...,n)---\left(9\right)$

该容量对前端各节点的最大降压效果分别为Δv_qQ_LmaxL_i，因此，能够保证主干线节点电压均运行在合格范围内。

在丰小极端方式下，10kV母线电压V₁设为10.5kV，各小水电出力均为300kW，功率因数为1.0，负荷为0，主干线节点电压上限为10.7kV，此时主干线末端节点电压越上限，达到了10.984kV，根据公式（7）、（8）和（9）分别计算得到ΔV_Hi、Q_Li和Q_Lmax，根据步骤S5，在丰小极端运行方式下，需要配置10kV并联电抗器单组容量为215kvar，组数为3，总配置容量为645kvar，在第9节点投入645kvar的感性补偿后，在极端方式下，主干线节点电压V_Ti均不越限。因此，基于电压降落无功解耦算式的适应小水电接入10kV配电网的并联电抗器补偿优化方法实现了配电网感性无功补偿设备的优化配置，使得所需的10kV并联电抗器补偿设备组数最少，节省了投资费用，并且便于对昂贵的10kV并联电抗器进行专门看守和集中管理，保证了10kV并联电抗器的安全性和投切便利性。表2为丰小极端运行方式下10kV主干线节点电压分布的分析列表。

步骤S5，参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5%的规定以及根据所述的10kV并联电抗器配置容量，确定10kV并联电抗器的单组容量及其配置组数，具体步骤如下：

步骤S51，参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压的2.5%，确定每投一组10kV并联电抗器补偿设备，末端节点最大的电压调节量为ΔV₀为：

${\mathrm{\ΔV}}_0=0.025V_N=0.025\×10=0.25\mathrm{kV}---\left(10\right)$

步骤S52，根据电压降落无功解耦算式（5），计算单组10kV并联电抗器容量Q_L为：

$Q_L=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_0}{{\mathrm{\Δv}}_q{L}_n}---\left(11\right)$

步骤S53，选取实际中容量不超过Q_L并与之接近的10kV并联电抗器单组补偿容量Q_L0，配置组数N为：

$N=\mathrm{int}\left(\frac{Q_{L\max }}{Q_{L0}}\right)+1---\left(12\right)$

式中，int（X）表示不超过X的最大整数。

实际中，参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压的2.5%，根据公式（10）计算得到，末端节点最大的电压调节量ΔV₀为0.25kV时，根据公式（11）计算得到，Q_L为231kvar，选取实际中容量不超过Q_L并与之接近的10kV并联电抗器单组补偿容量Q_L0为215kV，根据公式（11），实际的单组调压效果为0.116kV，根据公式（12），需要配置3组，总容量为645kvar，投入3组10kV并联电抗器后，根据分析列表2，末端节点实际下降的电压为0.337kV，与理论计算下降0.348kV较为吻合，两者误差仅为0.011kV，精度达到3.26%，满足10kV并联电抗器调压精度要求。

步骤S6，实时监测小方式下主干线的小水电并网节点电压，并根据所述的电压降落无功解耦算式控制10kV并联电抗器投切，具体步骤如下：

步骤S61，实时监测小方式下，主干线的小水电并网节点电压分布，根据公式（7）、（8）、（9）得到末端小水电并网节点所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL，以规避主干线节点电压越上限；

步骤S62，根据所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL以及公式（11）得到末端小水电并网节点所需投入10kV并联电抗器补偿组数Nt，并投入补偿，解决富含小水电线路大发季节,主干线末端节点电压严重高企的问题。

在丰小方式下，10kV母线电压V₁设为10.5kV，小水电出力及负荷情况如分析列表3所示，由于10kV配变电压的合格范围为9.7kV~10.7kV，因此，可以设置主干线节点电压上限为10.65kV，根据公式（7）、（8）、（9）得到末端小水电并网节点为了规避主干线节点电压越上限所需投入的10kV并联电抗器补偿容量Q_TL为188kvar，根据公式（11）得到末端小水电第9节点所需投入的感性无功补偿组数Nt为1组，投入补偿后，主干线节点电压分布如分析列表3所示，末端小水电并网节点电压实际下降了0.111，理论计算得到的值为0.116×1=0.116kV，显然，理论计算与实际仿真结果偏差仅为0.005kV，极为吻合，调压精度达到4.50%，并且主干线各节点电压均低于10.65kV，满足10kV并联电抗器调压精度要求。

因此，基于电压降落无功解耦算式的配电网10kV并联电抗器的优化配置及其补偿方法能够准确有效地控制10kV并联电抗器的投切，解决了小水电大发引起主干线末端节点电压严重高企问题，该方法简单易操作，所需参数少且易于获取，便于推广。表3为随机场合投入10kV并联电抗器补偿后含小水电的10kV主干线节点电压分布分析列表。

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 (7)

1.配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)通过对电压降落公式进行解耦推演，得到电压降落无功解耦算式； 

(2)根据每公里线路电抗以及线路基准电压，确定所述的电压降落解耦算式的无功解耦系数； 

(3)根据所述的电压降落无功解耦算式，确定10kV并联电抗器的优化配置补偿节点； 

(4)根据丰小方式主干线的小水电并网节点电压分布，并基于所述的电压降落无功解耦算式，确定规避主干线节点电压越上限的10kV并联电抗器配置容量；所述的丰小方式指含小水电线路大发季节，负荷轻载的情况； 

(5)参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5％的规定以及根据所述的10kV并联电抗器配置容量，确定10kV并联电抗器的单组容量及其配置组数； 

(6)实时监测主干线的小水电并网节点电压，并根据所述的电压降落无功解耦算式控制10kV并联电抗器的投切。 

2.根据权利要求1所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括： 

由电压降落公式进行解耦推演得到电压降落解耦算式为： 

式中，ΔV为传输线路电压降落的纵分量，V₂为负荷节点电压；P为有功负荷；Q为无功负荷；R为线路电阻；X为线路电抗；R₀为每km的电阻值；X₀为每km的电抗值；Δv_p为电压降落解耦算式有功解耦系数；Δv_q为电压降落解耦算式无功解耦系数； 

根据电压降落解耦算式定义电压降落无功解耦算式为： 

V_i-V_Ti＝Δv_qQ_iL_i         (5) 式中，V_i为主干线第i节点投入补偿前的电压，V_Ti为主干线第i节点投入补偿后的电压，Q_i为第i节点投入的10kV并联电抗器补偿容量，L_i为主干线第i节点到110kV变电站10kV母线的距离。 

3.根据权利要求1所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，步骤(2)所述电压降落解耦算式的无功解耦系数为： 

式中，X₀为主干线每km电抗值，V₀为线路基准电压，V₂为传输线路末端小水电并网节点电压。 

4.根据权利要求2所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，步骤(3)所述确定10kV并联电抗器的优化配置补偿节点具体是：将并入主干线末端节点的小水电厂作为10kV并联电抗器的优化配置补偿点。 

5.根据权利要求1所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括： 

通过监测数据获得富含小水电线路大发季节，负荷轻载情况下，主干线节点电压分布，计算小水电各并网节点的电压越限量； 

式中，V_H为电压的上限，ΔV_Hi为第i节点的电压越限量； 

基于电压降落无功解耦算式(5)，为了规避小水电并网节点电压越上限运行，在各节点投入的10kV并联电抗器容量分别为Q_Li； 

选择各小水电并网节点就地补偿并联电抗器容量的最大值，如式(8)所示，作为并入主干线末端节点的小水电厂变高侧所配置的并联电抗器容量Q_Lmax： 

Q_Lmax＝max(Q_Li   i＝1,2,…,n)         (9)。

6.根据权利要求1所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体包括： 

参照变电站单组无功补偿设备调压效果不超过额定电压2.5％的规定，确定每投一组 10kV并联电抗器补偿设备，末端节点最大的电压调节量ΔV₀为： 

ΔV₀＝0.025V_N               (10) 

式中，V_N为线路的额定电压； 

根据电压降落无功解耦算式(5)，计算单组10kV并联电抗器容量Q_L为： 

式中，L_n为并入主干线末端节点的小水电厂到110kV变电站10kV母线的距离； 

选取实际中容量不超过Q_L并与之接近的10kV并联电抗器单组补偿容量Q_L0，配置组数N为： 

式中，int(X)表示不超过X的最大整数。 

7.根据权利要求1所述的配电网10kV并联电抗器的优化配置及补偿方法，其特征在于，所述的步骤(6)具体包括： 

实时监测含小水电的主干线节点电压，根据公式(7)、(8)、(9)得到末端小水电并网节点所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL； 

根据所需投入的10kV并联电抗器容量Q_TL以及公式(12)得到末端小水电并网节点所需投入10kV并联电抗器补偿组数Nt，并投入补偿。