调容调压式无功自动补偿技术的研究与应用

调容调压式无功自动补偿技术的研究与应用

余子实1李会鹏2

（淄矿集团内蒙古双欣矿业有限公司鄂尔多斯市017000；

杭州千汇人力资源开发有限公司浙江杭州310010）

摘要：提高电网的功率因数,改善电压质量,提高电能的传输效率,已成为目前电力系统的一个重要课题。将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法,已在国内外获得了广泛的应用。而如何实现无功功率的动态补偿,仍是当前国内外同行关注的热点问题。

关键词：供电系统；无功补偿；功率因数；供电质量；电能损耗；

一、调容调压式无功自动补偿原理

1.系统构成。调容调压式无功自动补偿系统主要由高压电容器、串联电抗器、电压无功综合控制器、电容器组微机保护单元、电容器组投切专用真空开关、放电线圈、避雷器等构成。

2.基本原理。收集变电所主变高压侧和低压侧电压、电流信号，作为无功补偿的模拟输入信号，计算出无功需求量、功率因数和有功功率，对应电压和无功限值“九域图”相应区域，按照“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的基本原则，根据设定的电压上下限值和无功上下限值进行无功自动跟踪补偿、有载自动调压，保证系统电压和功率因数的稳定。调容调压式无功自动补偿模式分为单独自动补偿、单独自动调压、自动调压补偿、非自动调压补偿4种。当工作模式选择为单独补偿时,控制器通过自动投切分组电容器进行无功补偿；当工作模式选择为单独自动调压时，控制器通过有载调压进行电压调节；当工作模式选择为自动调压补偿时，控制器通过自动投切分组电容器和有载调压进行无功自动补偿和电压调节；当工作模式选择为非自动调压补偿时，手动投切分组电容器进行无载调压。电压和无功限值“九域图”见图。Uh为电压设定上限值；Ul为电压设定下限值；Qh为无功需求设定上限值；Q1为无功需求设定下限值。阴影部分为防震带，防震带的宽度X由投单组电容器后控制侧母线电压的变化量ΔUc确定。

3.“九域图”控制原则。按照“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的原则，根据系统电压和无功设定限值进行电容器组投切和有载调压，使系统尽量运行于区域0（即稳定工作区）。无功需求设定上下限值，根据供电系统功率因数设定范围和无功实际值实时进行调整。功率因数设定最高限定值，即无功补偿实现实时最高限定值，超过最高限定值实现电容器投入闭锁，防止电容器投入过补偿。

4.电容器等容、比容分组技术比较。（1）电容器等容分组.电容器等容分组就是把一定容量的电容器Q平均分成n组，每组的容量就是电容器的调整容量变化梯度，大小为Q/n，组数就是调整的级数。以等容分为5组为例，每组容量Q/5，通过自动检测、自动组合成Q/5、2Q/5、3Q/5、4Q/5、Q共5种补偿容量。（2）电容器比容分组。电容器比容分组就是把一定容量的电容器Q按等比容（1∶2∶3）或差比容（1∶2∶4）进行分组，然后各比值组合出多种容量组合。以分3组为例，等比容分组每组容量分别为Q/6、Q/3和Q/2，通过自动检测，自动组合成Q/6、Q/3、Q/2、2Q/3、5Q/6、Q共6种补偿容量；差比容分组每组容量分别为Q/7、2Q/7和4Q/7，通过自动检测，自动组合成Q/7、2Q/7、3Q/7、4Q/7、5Q/7、6Q/7、Q共7种补偿容量。2.4.3等容、比容分组对比分析①等容分组的分组数就是电容器投切的级数；比容分组的分组数通过组合可以组合出较多的级数。②等容分组投切电容器是连续递增或连续递减，对电网冲击小；比容分组投切电容器是不连续的，对电网冲击大。③等容分组投切电容器可以循环投切（先投先切），开关和电容器均衡使用；比容分组投切电容器只能按组合规律投切，开关和电容器不能均衡使用。

二、项目研究内容与解决方案

1.关键问题及主要思路。关键问题：建立无功优化技术支撑平台，在分析电网无功现状、电网线损构成的前提下，通过平台完成优化电网无功配置，对变电站10kV母线、10kV线路、配电变压器低压侧进行优化补偿，全面完成公司的全网无功优化计算。采用恰当的补偿模式及技术手段，完成试点区域无功优化补偿建设。主要思路：结合歙县电网的实际情况，利用无功优化技术支撑平台，对歙县电网进行无功优化分析，以降损、调压为目标，形成一套《全网无功优化补偿建设方案》，确定补偿位置和容量后并实施，使电网的无功潮流分布达到最优或较优，达到降损和“低电压”改善。

2.解决方案。“低电压”现象的出现有多种原因，究其原因是无功补偿建设基本上是依靠人工判断，没有将电网实际运行状况与规程规定较好结合起来，在制定无功决策补偿方案方面缺乏科学性、全局性、针对性。解决方案：建立无功优化技术支撑平台，引入中国电力科学研究院电研华源电力技术有限公司的“农网全网无功优化及管理系统”，制定科学的优化补偿方案，并结合实际状况进行人工审核修正，确定最终补偿方案，实施步骤为一次性实施，分阶段安装。

三、应用效果及效益分析

1.应用效果。全网无功优化信息平台充分利用调度自动化系统的整点运行数据及营销月电量数据，在实时分析电网主要设备运行状态的基础上，给出各种补偿模式下的最优补偿方案及补偿效果。供电公司自开展了国家电网公司县级供电企业无功优化试点后，利用无功优化软件对全网分析计算，找出各级网络的无功缺口，对全县7个变电站无功补偿方式升级为压控式智能平滑投切，根据徐村变的运行效果来分析，不再存在欠补和过补现象，效果较好。通过全网无功优化系统平台10kV线路及配变运行状态分析功能，发现郑村118线、新管189线、桂歙185线、霞坑194线等8条线路存在较大无功缺口，采用动态分组投切无功补偿装置。另外通过全网无功优化系统进行配变低压侧无功运行状态分析，部分配变的二次侧功率因数偏低，采用就地增加无功自动补偿增补配变无功缺额。

2.效益分析。经济及技术效益：歙县电网经过无功优化项目建设，各电压等级功率因数比改造前有了较大提高；部分电网电压质量得到改善。35kV变电站以徐村站为例，改造前功率因数为0.95，经过无功优化后，功率因数提高至0.995以上，母线电压合格率由98.42%提高至99.65%。按改造前负荷，通过无功优化软件计算，每年可节约电能损耗228.7MWh，投资回收年限为4.2年。根据负荷增长情况，通过理论计算每年可节约电能损耗338MWh，可获得约16.94万元的经济效益，该项目投资费用52.87万元，回收年限为3.44年，并且此回收年限将随着负荷的增长而缩短。其它六座变电站补偿后效益如表所示。

10kV线路以霞坑194线路为例，改造前功率因数为0.93，经过无功优化后，功率因数提高至0.98以上。通过理论计算，每年可产生2.89万元的经济效益。10kV线路配变低压侧以郑村118线路及所辖配电台区为例，改造前台区平均功率因数为0.90。经过无功优化后，平均功率因数提高至0.98以上，10kV线路功率因数达到0.99以上，居民电压合格率由96.06%提高至98.15%。综合线损率由5.31%降低到4.35%，通过理论计算，每年可产生8.72万元的经济效益，投资回收年限为2.01年。考虑到负荷增长速度以及其它节能降损措施，实际的投资回收年限将少于计算的投资回收年限。该方案实施后，在有功负荷不变的前提下，电能质量得到改善、末端电压明显提高、无功电量减少、线路损耗降低、设备的承载能力进一步提高、同时供电设备的温升下降、带负荷能力也将得到提高。社会效益：无功优化带来的社会效益非常明显。提高了功率因数，降低了线损，提高了系统稳定性和电压质量，特别是居民客户端电压合格率明显提高，保证了客户的用电需求，提高了优质服务水平，供电质量的提高为地方加强招商引资的力度提供有力保障，为“家电下乡”和加快社会主义新农村建设奠定坚实基础。同时线损和无功损耗的降低，为国家节约了大量能源，产生良好的社会效益。

参考文献

[1]国家电网公司农电工作部．农村电网电压质量和无功电力管理培训教材．2013．

[2]杨伟甲，陆力清．面向全局无功优化的变电站电压无功控制器的设计．广东输电与变电技术，2011.

[3]李平．电力工程高压送电线路设计手册．中国电力出版社，2014.