CN110336293A - 一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片区电网不同电缆化率情况下的无功配置方法和系统。无功配置既要满足规程规范的要求，又要解决电缆化率逐渐提高的新的电网形势。本发明首先计算片区电网的电缆和架空充电功率，再次根据计算片区电网的无功损耗和无功电源情况来判断片区电网的无功情况，在分析片区电网电压水平和功率因数的基础上，给出不同种类片区电网的无功配置方法，并通过仿真计算的电压波动和无功配置率等指标进行校验，确定最终的无功配置方案。本发明方便对片区电网不同电缆化率水平下的无功配置进行指导，既适用于现存片区电网的无功配置校核，也适用于规划片区电网的无功设备建设安排。

Description

一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法和系统

技术领域

本发明属于电力系统规划领域，尤其是一种片区电网不同电缆化率情况下电网无功配置方法和系统。

背景技术

电力系统的无功配置，是保证电压质量的基本条件。合理有效的无功配置方法，不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥了经济效益。

目前电网的无功规划、设计、建设、调度、运维和营销等环节均严格遵照相关规程规范要求开展工作，按照分层分区和就地平衡的基本原则进行无功资源的配置与运行调度。然而近年来，我国城市化率的逐年提高，城市规划对电力设施的建设标准要求也逐步提高，往往通过对输电线路实施“上改下”以换取发展空间；适应城镇环境综合治理城市配电网电缆化率不断攀升，致使负荷低谷期间无功电源严重过剩，出现高电压问题；为解决电网当前的无功电压问题，有必要在新型的电网运行内外部环境下思考当前无功资源配置方法存在的不适应性，提出一种能够适应电网当前甚至未来运行环境无功资源配置方法，充分发挥经济效益。

无功配置既要满足规程规范的要求，又要解决电缆化率逐渐提高的新的电网形势。目前针对不同电缆化率水平的无功配置，尚未有行之有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种片区电网不同电缆化率情况下电网无功配置方法，以方便对片区电网不同电缆化率水平下的无功配置进行指导。

本发明采用的技术方案为：一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其包括步骤：

1)计算片区电网电缆充电功率和架空线路充电功率；

2)计算片区电网无功损耗和无功电源总容量；

3)判断片区电网无功情况；

4)分析片区电网电压水平和功率因数；

5)给出片区电网的无功配置方案；

6)进行无功配置方案校验；

7)按确定的无功配置方案进行无功配置。

本发明首先计算片区电网的电缆和架空充电功率，再次根据计算片区电网的无功损耗和无功电源情况来判断片区电网的无功情况，在分析片区电网电压水平和功率因数的基础上，给出不同种类片区电网的无功配置方案，并通过仿真计算的电压波动和无功配置率等指标进行校验，确定最终的无功配置方案。

进一步地，步骤1)中，单位长度电缆的充电功率计算公式如下：

式中：Q_C为电缆充电功率；X_C为电缆容性电抗；f为片区电网频率；C为电缆计算电容；U_C为片区电网平均电压；

架空线路的充电功率计算公式与电缆线路充电功率的计算公式相同。

进一步地，步骤2)中，片区电网总的无功损耗包括主变损耗、架空线路损耗和负荷无功损耗，具体计算公式如下：

∑Q_loss＝∑Q_T+∑Q_L+∑Q_load，

式中：∑Q_loss为片区电网总的无功损耗；∑Q_T为主变总的无功损耗；∑Q_L为架空线路总的无功损耗；∑Q_load为负荷总的无功损耗。

进一步地，步骤2)中，片区电网的无功电源，主要为接入片区电网发电机组的无功出力、架空线路和电缆线路的充电功率，具体计算公式如下：

∑Q_res＝∑Q_gen+∑Q_cab+∑Q_line，

式中：∑Q_res为片区电网总的无功电源；∑Q_gen为接入片区电网发电机组总的无功可调出力；∑Q_cab为电缆线路总的充电功率；∑Q_line为架空线路总的充电功率。

进一步地，步骤3)中判断片区电网无功情况的具体内容如下：

选取规划年份的几个典型的运行方式，进行片区电网的无功补偿计算，定义无功补偿系数：

式中：η为无功补偿系数，∑Q_res为片区电网总的无功电源，∑Q_loss为片区电网总的无功损耗；

当η＞1时，片区电网定义为容性无功系统，电网需要补偿感性无功功率，需考虑安装高压或低压并联电抗器进行补偿；当η<1时，片区电网定义为感性无功系统，电网需要补偿容性无功功率，需考虑安装低压并联电容器进行补偿；

定义电缆化率：

式中：λ为片区电网电缆化率，∑Q_cab为片区电网总的电缆充电功率，∑Q_cab+∑Q_line为片区电网总的电缆线路和架空线路的合计充电功率；当 0≤λ≤0.2时，片区电网为低电缆化率系统，0.2<λ≤0.5时，片区电网为中电缆化率系统；0.5<λ≤0.8时，片区电网为高电缆化率系统； 0.8<λ≤1时，片区电网为极高电缆化率系统。

本发明根据不同的电缆化率水平，定义了4类不同的电缆化率系统。

进一步地，步骤4)中分析片区电网电压水平和功率因数的具体内容如下：

对片区电网不同方式的电网电压水平进行分析，是否存在高负荷方式的低电压问题和低负荷方式的高电压问题，是否存在电压越限问题，是否存在变电站不同侧的电压高低难控制的矛盾；对各变电站的高压侧大负荷和小方式的功率因数进行分析，是否存在不满足标准要求的情况；

定义电压和功率因数合理范围如下：发电厂和500kV变电所220kV母线正常电压允许偏差为220～242kV，事故运行方式下为209～242kV；110-35kV 母线正常运行时允许偏差为额定电压的-3％～+7％；35-220kV变电站，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95，不低于0.92。

进一步地，步骤5)中给出片区电网的无功配置方案的具体内容如下：

根据步骤3)给出的不同电缆化率下的片区电网，在进行无功补偿系数计算后，综合考虑步骤4)中各侧电压情况和主变高压侧的功率因数合理范围，进行片区电网的无功配置；

对于低电缆化率系统，考虑配置低压电容器以补偿系统无功需求；

对于中电缆化率系统，考虑配置低压电容器和小容量的低压电抗器；

对于高电缆化率系统，考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器；

对于极高电缆化率系统，考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器。

进一步地，步骤6)中进行无功配置方案校验主要考虑进行两个方面校验，一是无功补偿装置按照后引起的电压波动校验，投切一组补偿设备引起的所接母线电压的变动值不超过额定电压的2.5％；二是进行主变无功配置率校验，根据要求按配置率0.1-0.3进行配置，出现过低或者过高配置率的情况下，需要进行调整；所述的主变无功配置率为变电站的无功补偿设备与变电站变压容量的比值。

进一步地，步骤6)中，对校验通不过的无功配置方案，重复步骤5)，重新进行新的方案配置。

本发明采用的另一种技术方案为：一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置系统，其包括：

第一计算单元，用于计算片区电网电缆充电功率和架空线路充电功率；

第二计算单元，用于计算片区电网无功损耗和无功电源总容量；

判断单元，用于判断片区电网无功情况；

分析单元，用于分析片区电网电压水平和功率因数；

无功配置方案给出单元，用于给出片区电网的无功配置方案；

校验单元，用于进行无功配置方案校验；

无功配置单元，按确定的无功配置方案进行无功配置。

本发明具有的有益效果如下：本发明在分析片区电网不同电缆化率水平下的无功损耗和无功电源情况，在分析电网的电压水平和功率因数的基础上，给出了适用的无功配置方法，方便对片区电网不同电缆化率水平下的无功配置进行指导,实现无功分层分区和就地平衡，满足功率因数和电压在合理范围内，有效降低网损。本发明的方法既适用于现存片区电网的无功配置校核，也适用于规划片区电网的无功设备建设安排。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下便结合本发明实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明的技术方案更易于理解、掌握。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，包括如下步骤：

(1)计算片区电网电缆和架空充电功率

电缆的充电功率和电缆型号、电压等级、截面以及敷设方式都有关系，其中电缆的电压等级是影响最大的因素，不同电压等级的充电功率有较大差异，单位长度电缆线路的充电功率计算公式如下：

式中：Q_C为电缆充电功率；X_C为电缆容性电抗；f为片区电网频率；C为电缆计算电容；U_C为片区电网平均电压。

架空线路的充电功率计算公式与电缆的计算公式相同，只是同电压等级的架空线路充电功率较电缆低的多，超高压线路的无功功率较大。

架空线产生或吸收无功功率取决于负荷电流，但沿线传输某一固定有功功率，线路分布电容产生的无功功率与串联电抗吸收的无功功率能相互平衡时，这个有功功率称为“自然功率”，此功率下线路既不吸收无功也无发出无功，而电缆对地电容较大，具有较高的自然负荷，因而总是发出无功功率。

(2)计算片区电网无功损耗和无功电源总容量

片区电网总的无功损耗主要包括主变损耗、架空线路损耗和负荷无功损耗，具体计算公式如下：

∑Q_loss＝∑Q_T+∑Q_L+∑Q_load

式中：∑Q_loss为片区电网总的无功损耗；∑Q_T为主变总的无功损耗；∑Q_L为架空线路的总的无功损耗；∑Q_load为负荷的总的无功损耗。

片区电网的无功电源，主要为接入片区电网发电机组的无功出力、架空线路和电缆线路的充电功率，具体计算公式如下：

∑Q_res＝∑Q_gen+∑Q_cab+∑Q_line

式中：∑Q_res为片区电网总的无功电源；∑Q_gen为接入片区电网发电机组总的无功可调出力；∑Q_cab为电缆线路的总的充电功率；∑Q_line为架空线路的总的充电功率。

(3)判断片区电网无功情况

根据电网的实际的不同运行方式，无功损耗和无功电源并不能保证做到大致相等，为了避免片区电网与外部电网的大量的无功交换，增加不必要的电网网络损耗，需要增加电网无功补偿设备配置。常用的无功补偿设备主要有低压并联电容器，低压并联电抗器，高压并联电抗器等。

选取规划年份的几个典型的运行方式，进行片区电网的无功补偿计算，定义无功补偿系数：

式中：η为无功补偿系数，∑Q_res为片区电网总的无功电源，∑Q_loss为片区电网总的无功损耗。

当η＞1时，片区电网定义为容性无功系统，电网需要补偿感性无功功率，需考虑安装高压或低压并联电抗器进行补偿；当η<1时，片区电网定义为感性无功系统，电网需要补偿容性无功功率，需考虑安装低压并联电容器进行补偿。

定义电缆化率

式中：λ为片区电网电缆化率，∑Q_cab为片区电网总的电缆充电功率，∑Q_cab+∑Q_line为片区电网总的电缆线路和架空线路的合计充电功率。根据目前电网的实际情况及未来发展，考虑0≤λ≤0.2时，片区电网为低电缆化率系统，0.2<λ≤0.5时，片区电网为中电缆化率系统；0.5<λ≤0.8时，片区电网为高电缆化率系统；0.8<λ≤1时，片区电网为极高电缆化率系统。

(4)分析片区电网电压水平和功率因数

参照《电力系统电压和无功电力技术导则》对各级母线电压控制的要求，500kV母线最高运行电压不高于550kV，最低不影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。

根据以上规定，对片区电网不同方式的电网电压水平进行分析，重点了解是否存在高负荷方式的低电压问题和低负荷方式的高电压问题，是否存在电压越限问题，是否存在变电站不同侧的电压高低较难控制的矛盾；对各变电站的高压侧大负荷和小方式的功率因数进行分析，是否存在不满足或者临界标准要求的情况。

定义电压和功率因数合理范围如下：发电厂和500kV变电所220kV母线正常电压允许偏差为220～242kV，事故运行方式下为209～242kV。110-35kV 母线正常运行时允许偏差为额定电压的-3％～+7％。35-220kV变电站，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95，不低于0.92。

(5)给出片区电网的无功配置方案

根据步骤3)给出的不同电缆化率下的片区电网，在进行无功补偿系数计算后，综合考虑步骤4)中各侧电压情况和主变高压侧的功率因数合理范围，进行片区电网的无功配置；

对于低电缆化率系统(0≤λ≤0.2时)，其一般不存在高电压超限和高功率因数问题，一般可考虑配置低压电容器以补偿系统无功需求。

对于中电缆化率系统0.2≤λ≤0.5时，一般需要考虑配置低压电容器和小容量的低压电抗器。

对于高电缆化率系统0.5≤λ≤0.8时，一般需要考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器。

对于极高电缆化率系统0.8≤λ≤1.0时，一般需要考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器。

(6)进行无功配置方案校验

无功配置方案主要考虑进行两个方面校验，一是无功补偿装置按照后引起的电压波动校验，一般要求投切一组补偿设备引起的所接母线电压的变动值不宜超过额定电压的2.5％；二是进行主变无功配置率(变电站的无功补偿设备与变电站变压容量的比值)校验，根据要求一般按主变无功配置率 (0.1-0.3)进行配置，出现过低或者过高配置率的情况下，需要进行调整。

对校验通不过的方案，重复第5步的工作，重新进行新的方案配置。

(7)按确定的配置方案进行无功配置。

实施例2

本实施例提供一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置系统，其包括：

第一计算单元，用于计算片区电网电缆充电功率和架空线路充电功率；

第二计算单元，用于计算片区电网无功损耗和无功电源总容量；

判断单元，用于判断片区电网无功情况；

分析单元，用于分析片区电网电压水平和功率因数；

无功配置方案给出单元，用于给出片区电网的无功配置方案；

校验单元，用于进行无功配置方案校验；

无功配置单元，按确定的无功配置方案进行无功配置。

对所公开实施例的上述说明，使本领域专业人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的修改对本领域专业人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，包括步骤：

1)计算片区电网电缆充电功率和架空线路充电功率；

2)计算片区电网无功损耗和无功电源总容量；

3)判断片区电网无功情况；

4)分析片区电网电压水平和功率因数；

5)给出片区电网的无功配置方案；

6)进行无功配置方案校验；

7)按确定的无功配置方案进行无功配置。

2.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤1)中，单位长度电缆的充电功率计算公式如下：

式中：Q_C为电缆充电功率；X_C为电缆容性电抗；f为片区电网频率；C为电缆计算电容；U_C为片区电网平均电压；

架空线路的充电功率计算公式与电缆线路充电功率的计算公式相同。

3.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤2)中，片区电网总的无功损耗包括主变损耗、架空线路损耗和负荷无功损耗，具体计算公式如下：

∑Q_loss＝∑Q_T+∑Q_L+∑Q_load，

式中：∑Q_loss为片区电网总的无功损耗；∑Q_T为主变总的无功损耗；∑Q_L为架空线路总的无功损耗；∑Q_load为负荷总的无功损耗。

4.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤2)中，片区电网的无功电源，主要为接入片区电网发电机组的无功出力、架空线路和电缆线路的充电功率，具体计算公式如下：

∑Q_res＝∑Q_gen+∑Q_cab+∑Q_line，

式中：∑Q_res为片区电网总的无功电源；∑Q_gen为接入片区电网发电机组总的无功可调出力；∑Q_cab为电缆线路总的充电功率；∑Q_line为架空线路总的充电功率。

5.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤3)中判断片区电网无功情况的具体内容如下：

选取规划年份的几个典型的运行方式，进行片区电网的无功补偿计算，定义无功补偿系数：

式中：η为无功补偿系数，∑Q_res为片区电网总的无功电源，∑Q_loss为片区电网总的无功损耗；

当η＞1时，片区电网定义为容性无功系统，电网需要补偿感性无功功率，需考虑安装高压或低压并联电抗器进行补偿；当η＜1时，片区电网定义为感性无功系统，电网需要补偿容性无功功率，需考虑安装低压并联电容器进行补偿；

定义电缆化率：

式中：λ为片区电网电缆化率，∑Q_cab为片区电网总的电缆充电功率，∑Q_cab+∑Q_line为片区电网总的电缆线路和架空线路的合计充电功率；当0≤λ≤0.2时，片区电网为低电缆化率系统，0.2＜λ≤0.5时，片区电网为中电缆化率系统；0.5＜λ≤0.8时，片区电网为高电缆化率系统；0.8＜λ≤1时，片区电网为极高电缆化率系统。

6.根据权利要求5所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤4)中分析片区电网电压水平和功率因数的具体内容如下：

对片区电网不同方式的电网电压水平进行分析，是否存在高负荷方式的低电压问题和低负荷方式的高电压问题，是否存在电压越限问题，是否存在变电站不同侧的电压高低难控制的矛盾；对各变电站的高压侧大负荷和小方式的功率因数进行分析，是否存在不满足标准要求的情况；

定义电压和功率因数合理范围如下：发电厂和500kV变电所220kV母线正常电压允许偏差为220～242kV，事故运行方式下为209～242kV；110-35kV母线正常运行时允许偏差为额定电压的-3％～+7％；35-220kV变电站，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95，不低于0.92。

7.根据权利要求6所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤5)中给出片区电网的无功配置方案的具体内容如下：

根据步骤3)给出的不同电缆化率下的片区电网，在进行无功补偿系数计算后，综合考虑步骤4)中各侧电压情况和主变高压侧的功率因数合理范围，进行片区电网的无功配置；

对于低电缆化率系统，考虑配置低压电容器以补偿系统无功需求；

对于中电缆化率系统，考虑配置低压电容器和小容量的低压电抗器；

对于高电缆化率系统，考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器；

对于极高电缆化率系统，考虑配置高压、低压电抗器和小容量的低压电容器。

8.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤6)中进行无功配置方案校验主要考虑进行两个方面校验，一是无功补偿装置按照后引起的电压波动校验，投切一组补偿设备引起的所接母线电压的变动值不超过额定电压的2.5％；二是进行主变无功配置率校验，根据要求按配置率0.1-0.3进行配置，出现过低或者过高配置率的情况下，需要进行调整；所述的主变无功配置率为变电站的无功补偿设备与变电站变压容量的比值。

9.根据权利要求1所述的片区电网不同电缆化率情况下无功配置方法，其特征在于，步骤6)中，对校验通不过的无功配置方案，重复步骤5)，重新进行新的方案配置。

10.一种片区电网不同电缆化率情况下无功配置系统，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于计算片区电网电缆充电功率和架空线路充电功率；

第二计算单元，用于计算片区电网无功损耗和无功电源总容量；

判断单元，用于判断片区电网无功情况；

分析单元，用于分析片区电网电压水平和功率因数；

无功配置方案给出单元，用于给出片区电网的无功配置方案；

校验单元，用于进行无功配置方案校验；

无功配置单元，按确定的无功配置方案进行无功配置。