CN109066716B - 一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法 - Google Patents

一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法，包括步骤：步骤S1，获取110kV变电站的主变压器的特征参数；步骤S2，构建所述110kV变电站的电网等值电路模型，根据主变压器的特征参数获得其低压侧以及高压侧的等值参数；步骤S3，分别对所述110kV变电站所采用的各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的运行情况进行无功优化求解；步骤S4，在母线电压波动值不越限的情况下，确定各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的无功补偿单组容量上限值；步骤S5，根据主变压器的无功补偿需求容量及步骤S4所获得的无功补偿单组容量上限值，结合10kV母线间隔可使用情况，获得对应于各类主变压器的无功补偿分组配置表。实施本发明，可以方便且准确地确定各类主变压器的无功补偿的分组信息以及单组容量。

Description

一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法
技术领域
本发明涉及电力系统无功补偿配置方法，特别是涉及110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法。
背景技术
在供电网中，合理地配置无功补偿装置，对电力系统的安全运行至关重要。目前，国内对于110kV变电站无功补偿单组配置的标准较为粗略，只做了电容器单组容量不超过6MVar，组数不超过3组的规定，并没有针对不同型号和容量的主变压器作出相应规定。另外，对于110kV变电站的无功补偿装置运行过程中会出现单组容量配置不合理的问题：如果单组容量偏大，无功补偿装置投入后母线电压波动会导致过大，从而超过额定电压的2.5％，同时，也可能出现过补偿现象。如果单组容量太小，容易造成欠补偿；若增加无功补偿装置组数，一方面母线间隔可能不足，另一方面，在运行过程中电容器投切操作比较繁琐。
基于此，有必要针对现状110kV变电站无功补偿配置的问题，提出一种更为准确易行的110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法，可以方便且准确地确定各类主变压器的无功补偿的分组信息以及单组容量。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为，提供一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法，包括步骤：
步骤S1，获取110kV变电站的主变压器的特征参数；
步骤S2，构建所述110kV变电站的电网等值电路模型，根据主变压器的特征参数获得其低压侧以及高压侧的等值参数；
步骤S3，分别对所述110kV变电站所采用的各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的运行情况进行无功优化求解；
步骤S4，在母线电压波动值不越限的情况下，确定各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的无功补偿单组容量上限值QCmax；
步骤S5，根据主变压器的无功补偿需求容量及步骤S4所获得的无功补偿单组容量上限值，结合10kV母线间隔可使用情况，获得对应于各类主变压器的无功补偿分组配置表。
优选地，步骤S1中所述的变电站主变压器的特征参数，包括额定容量、档距、短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流中的至少部分。
优选地，步骤S4中通过下式计算获得无功补偿单组容量上限值QCmax：
Figure BDA0001784348750000021
其中，k为变压器的变比，X为等值电抗，V1为变压器低压侧的系统等值电压。
优选地，所述步骤S5中的无功补偿分组配置表包括各类变压器中各种分组数量，以及与每一种分组数量对应的适用补偿需求范围、补偿配置率信息，其中，补偿配置率为无功补偿单组容量上限值QCmax与变压器的额定容量S的比值。
优选地，进一步包括步骤：对于一待补偿变电站，根据其主变压器类型以及补偿需求范围，查询所述无功补偿分组配置表获得其对应的无功补偿的分组数量以及补偿配置率信息。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明的实施例中，通过预先获得无功补偿分组配置表，在实际补偿中，可以依据给出的无功补偿单组容量及无功补偿分组配置表，并根据主变压器的容量和负荷水平，配置相应单组容量和相应组数的无功补偿装置，提高了配置的准确性。
更具体地，由于不同型号的110kV变压器，对无功补偿装置投切引起的母线电压变化的允许范围不同。本发明通过对各型号变压器在不同运行情况下进行无功优化计算求解，在母线电压波动允许的范围内，求出各型号变压器无功补偿单组容量上限值，再结合变压器无功需求量及10kV母线间隔情况，得到相应的无功补偿分组配置推荐表，从而实现110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法。
与现有技术相比，本发明具有的优点在于，针对不同的主变型号和容量，对具有不同电气特点的主变压器提出了不同的无功补偿单组配置原则，给出了比现有原则更为细化、贴切的配置原则。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法的主流程示意图；
图2是本发明中涉及的一种110kV变电站的电网系统接线示意图；
图3是图2的电网系统等值电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更好地理解本发明的方法，以下结合实例对本发明进行进一步的讲解说明。
如图1所示，示出了本发明提供的一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法的主流程示意图；一并结合图2和图3所示。在本发明的实施例中，所述方法包括如下的步骤：
步骤S1，获取110kV变电站的主变压器的特征参数，具体地，所述变电站主变压器的特征参数，包括额定容量、档距、短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流中的至少部分。
步骤S2，构建所述110KV变电站的电网等值电路模型，根据主变压器的特征参数获得其低压侧以及高压侧的等值参数；考虑到无功补偿投切引起的电压波动值与其短路水平相关，本方法建立如附图2所示的110kV变电站的电网系统接线示意图，图3为其电网系统等值电路图。其中，等值电抗XS可以由110kV母线短路电流水平Id110来确定。首端平衡节点电压为V1，末端负荷功率为PL+jQL(由负荷的大小和特性确定，其中PL为有功负荷，QL为无功负荷)，电抗X和电阻R是包含线路和变压器的系统的等值电抗和等值电阻，V2′为归算到高压侧的变电站低压母线电压。
步骤S3，分别对所述110KV变电站所采用的各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的运行情况进行无功优化求解；具体地，
在等效电路中，平衡节点电压为V1和高压侧的变电站低压母线电压具有如下的关系：
Figure BDA0001784348750000041
在变电站低压侧投入容量为QC的容性无功补偿设备后，变电站低压母线的归算电压相应变为V2C′，故有
Figure BDA0001784348750000042
补偿前后V1保持不变，将式(1)和式(2)合并，则有
Figure BDA0001784348750000043
由此可以得出：
Figure BDA0001784348750000044
若变压器的变比k前后保持不变，经过补偿后变电站低压侧要求保持的实际电压为V2C，则V2C′＝kV2C，V2′＝kV2。将其代入式(4)，可得
Figure BDA0001784348750000045
步骤S4，在母线电压波动值不越限的情况下，确定各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的无功补偿单组容量上限值QCmax；
当10kV母线的电压波动刚好为0.25kV，即V2C-V2＝0.25kV时，此时的补偿容量即为单组上限QCmax,
Figure BDA0001784348750000046
从公式(6)可知单组上限QCmax具有以下特性：
(1)变压器变比k越小(挡位越高)，则无功补偿单组上限QCmax越小，单组上限QCmax与挡位成反比。
(2)短路电流水平Id110越大，则等值电抗X越小，因而单组上限QCmax越大；主变短路电压百分比越小，则等值电抗X越小，因而单组上限QCmax也越大。
(3)系统等值电压越高则单组上限QCmax越大，两者成正比。
(4)无功补偿单组上限QCmax的取值与负载水平无关。
步骤S5，根据主变压器的无功补偿需求容量及步骤S4所获得的无功补偿单组容量上限值，结合10kV母线间隔可使用情况，获得对应于各类主变压器的无功补偿分组配置表。
为便于理解，下述描述对两种不同容量(50MVA、63MVA)的变压器10kV侧的电容器单组容量上限进行计算，并获对应的无功补偿分组配置表的过程。
对于容量为50MVA的变压器，假设重载运行时挡位为9挡或者4挡，轻载运行时挡位为1挡或者4挡，根据上式(6)，其单组上限的计算结果如表1所示。
表1容量为50MVA的变压器单组上限计算结果
Figure BDA0001784348750000051
Figure BDA0001784348750000061
可见，当变压器重载运行且主变挡位分别为4挡和9挡时，随着110kV母线短路电流从5kA增大到50kA，无功补偿单组上限分别介于5.1～6.5MVar和4.7～6.1MVar之间；当变压器轻载运行且主变挡位分别为1挡和4挡时，随着110kV母线短路电流从5kA增大到50kA，无功补偿单组上限介于5.5～6.8MVar和5.2～6.5MVar之间。考虑到从电压合理范围(10.0～10.7kV)选择比较恰当，因此重载时按9挡考虑，即单组上限为4.7～6.1MVar；轻载时按4挡考虑，即单组上限为5.2～6.5MVar。如果单组容量为4MVar，是可以满足各种挡位和短路容量条件下2.5％的投切电压限值；对于短路电流水平超过10kA的变压器，单组容量5MVar的无功补偿也是合适的；对于短路电流水平超过40kA的变压器，单组容量6MVar的无功补偿也是合适的。
对于容量为63MVA的变压器，假设重载运行时挡位为9挡或者4挡，轻载运行时挡位为4挡，其单组上限的计算结果如表2所示。
表2容量为63MVA的变压器单组上限计算结果
Figure BDA0001784348750000062
Figure BDA0001784348750000071
可见，当变压器重载运行且主变挡位为9挡时，随着110kV母线短路电流从5kA增大到50kA，无功补偿单组上限介于5.5～7.5MVar之间；当变压器轻载运行且主变挡位为4挡时，随着110kV母线短路电流从5kA增大到50kA，无功补偿单组上限介于6.1～8.0MVar之间。如果单组容量为4MVar或者5MVar，都可以满足各种挡位和短路容量条件下2.5％的投切电压限值；对于短路电流水平超过10kA(20kA)的变压器，单组容量6MVar(7MVar)的无功补偿也是合适的。
对容量为50MVA的变压器，其单组上限补偿率统计结果如表3所示。
表3容量为50MVA的变压器单组上限补偿率统计结果
Figure BDA0001784348750000072
由表3可知，容量为50MVA的变压器，建议补偿装置单组容量为4或5MVar，对于短路容量大的系统，如果无功补偿总量较大，可以考虑单组容量取6MVar。
表4容量为50MVA的变压器无功补偿分组情况
Figure BDA0001784348750000073
Figure BDA0001784348750000081
注：慎选指分组中存在单组容量大于单组容量上限或无功补偿配置率超过国内110kV变电站对于无功补偿率10％～30％的规定范围。
对容量为63MVA的变压器，其单组上限补偿率统计结果如表5所示。
表5容量为63MVA的变压器单组上限补偿率统计表
Figure BDA0001784348750000082
从表5可知，从适应性来看，单组上限宜取最小值，建议补偿装置单组容量为4MVar或5MVar，对于短路容量大的系统，如果无功补偿总量较大，可以考虑取6MVar或7MVar每组。因此，对于容量为63MVA的变压器，其无功补偿分组方式可按表6进行选择。
表6容量为63MVA的变压器无功补偿分组情况
Figure BDA0001784348750000083
Figure BDA0001784348750000091
注：慎选指分组中存在单组容量大于单组容量上限或无功补偿配置率超过国内110kV变电站对于无功补偿率10％～30％的规定范围。
综上所述，容量为50MVA的变压器，无功补偿单组容量推荐值是4MVar或5MVar；容量为63MVA的变压器，无功补偿单组容量推荐值是4MVar、5MVar或6MVar。由此可知，无功补偿单组容量的取值一般取变压器容量的10％左右，对于短路容量大(短路水平Id110>30kA)的系统，如果无功补偿总量较大(无功补偿率大于25％)，间隔不足，单组容量可以适当的取大一些。
通过上述的方式，即可以获得50MVA的变压器和63MVA的变压器的无功补偿分组配置表。所述无功补偿分组配置表包括各类变压器中各种分组数量，以及与每一种分组数量对应的适用补偿需求范围、补偿配置率信息，其中，补偿配置率为无功补偿单组容量上限值QCmax与变压器的额定容量S的比值。
可以理解的是，在本发明的实施例中，进一步包括步骤：对于一待补偿变电站，根据其主变压器类型以及补偿需求范围，查询所述无功补偿分组配置表获得其对应的无功补偿的分组数量以及补偿配置率信息。简单来说，在无功补偿分组配置表中，可以据补偿的需求范围，提供几种分组情况。实际选择时，则结合10kV母线间隔数，选择相应合适的分组。
实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明的实施例中，通过预先获得无功补偿分组配置表，在实际补偿中，可以依据给出的无功补偿单组容量及无功补偿分组配置表，并根据主变压器的容量和负荷水平，配置相应单组容量和相应组数的无功补偿装置，提高了配置的准确性。
更具体地，由于不同型号的110kV变压器，对无功补偿装置投切引起的母线电压变化的允许范围不同。本发明通过对各型号变压器在不同运行情况下进行无功优化计算求解，在母线电压波动允许的范围内，求出各型号变压器无功补偿单组容量上限值，再结合变压器无功需求量及10kV母线间隔情况，得到相应的无功补偿分组配置表，从而实现110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法。
与现有技术相比，本发明具有的优点在于，针对不同的主变型号和容量，对具有不同电气特点的主变压器提出了不同的无功补偿单组配置原则，给出了比现有原则更为细化、贴切的配置原则。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种110kV变电站无功补偿单组容量选择和分组方法，包括步骤：
步骤S1，获取110kV变电站的主变压器的特征参数；
步骤S2，构建所述110kV变电站的电网等值电路模型，根据主变压器的特征参数获得其低压侧以及高压侧的等值参数；
步骤S3，分别对所述110kV变电站所采用的各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的运行情况进行无功优化求解；
步骤S4，在母线电压波动值不越限的情况下，确定各类主变压器处于不同负荷水平、主变档位下的无功补偿单组容量上限值；
步骤S5，根据主变压器的无功补偿需求容量及步骤S4所获得的无功补偿单组容量上限值，结合10kV母线间隔可使用情况，获得对应于各类主变压器的无功补偿分组配置表；
其中，在所述步骤S4中通过下式计算获得无功补偿单组容量上限值QCmax：
Figure FDA0003207721940000011
其中，k为变压器的变比，X为等值电抗，V1为变压器低压侧的系统等值电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述的变电站主变压器的特征参数，包括额定容量、档距、短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流中的至少部分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中的无功补偿分组配置表包括各类变压器中各种分组数量，以及与每一种分组数量对应的适用补偿需求范围、补偿配置率信息，其中，补偿配置率为无功补偿单组容量上限值QCmax与变压器的额定容量S的比值。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：对于一待补偿变电站，根据其主变压器类型以及补偿需求范围，查询所述无功补偿分组配置表获得其对应的无功补偿的分组数量以及补偿配置率信息。
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