無功補償技術(shù)論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇無功補償技術(shù)論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，電力系統(tǒng)無功補償所采取的方法類型眾多，主要包括同步發(fā)電機、同步電動機、并聯(lián)電容器、靜止無功補償裝置以及靜止無功發(fā)生器等。其中同步發(fā)電機、同步電動機已經(jīng)逐步被電容器以及新型靜止無功發(fā)生器所取代，而新型靜止無功發(fā)生器以其獨特的應(yīng)用優(yōu)勢與發(fā)展速度在無功補償領(lǐng)域中受到了越來越廣泛的重視。在以上多種無功補償技術(shù)當(dāng)中，以同步發(fā)電機模式為最早應(yīng)用的補償設(shè)備之一，這種補償方式的運行效率低下，已逐步被淘汰。在此之后，并聯(lián)電容器在無功補償中得到了應(yīng)用，它是通過降低電壓相量與電流相量相位差的方式，提高回路功率因數(shù)，但由于存在諧波干擾的問題，同樣較少使用。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，靜止無功補償裝置得到了整個行業(yè)的關(guān)注與重視。1967年，英國首先制成了第一批自飽和電抗器下的靜止無功補償裝置，被嘗試應(yīng)用于115kV電網(wǎng)系統(tǒng)中，取得了滿意的無功補償效果。當(dāng)前，靜止無功補償裝置的具體結(jié)構(gòu)有兩種類型：第一是基于半導(dǎo)體控制投切電容的靜止無功補償裝置。這種無功補償裝置的主回路上有多臺電容器保持并聯(lián)關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)所需的無功電流大小來決定補償電流的水平以及電容的投入數(shù)量；第二是基于可抗電抗器的靜止無功補償裝置，它的主回路上通過控制雙向晶閘管導(dǎo)通角的方式發(fā)揮對電抗器電流的控制目的。當(dāng)然，在具體工作中，以上兩種結(jié)構(gòu)的靜止無功補償裝置可以混合使用，一方面解決因單獨使用半導(dǎo)體控制投切電容可能出現(xiàn)的電流無法持續(xù)補償問題，另一方面可以解決因單獨使用可抗電抗器可能出現(xiàn)的大容量補償體積過大問題。在靜止無功補償裝置的基礎(chǔ)之上，新型靜止無功發(fā)生器的應(yīng)用同樣得到了各方人員的關(guān)注與重視。這種無功補償裝置的主要通過電抗器或采取直接的方式將自換相橋式電路與電網(wǎng)并聯(lián)，對交流側(cè)輸出電壓相位以及電壓幅值進行調(diào)整的方式，讓電路實現(xiàn)吸收或發(fā)出所需無功電流的目的。相對于靜止無功補償裝置而言，這種無功發(fā)生器的優(yōu)勢在于調(diào)節(jié)速度快、運行范圍廣、諧波干擾小。

二無功補償技術(shù)的發(fā)展

根據(jù)以上分析來看，無功補償技術(shù)在近年來取得了非常顯著的發(fā)展成效，在無功補償效能方面也有一定的完善。然而在當(dāng)前的無功補償技術(shù)方案中，還存在一定的不足，未來在無功補償技術(shù)上還需要向著以下三個方向做進一步的發(fā)展：第一，合理應(yīng)用新型信息檢測技術(shù)以及信號處理技術(shù)，當(dāng)前大量的理論與實踐研究已經(jīng)證實——廣義瞬時無功功率檢測方法即便是在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸變或不對稱問題的情況下，仍然能夠?qū)ㄕ蛩矔r無功電流以及不對稱（高次諧波）瞬時無功電流進行準(zhǔn)確的分離。在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)分離得到的不同類型的瞬時無功電流，在無功補償時有選擇性地進行部分補償或完全補償，整體運行效能好，未來需要進一步探索將這種信息檢測技術(shù)與無功補償裝置的融合方法。除此以外，考慮到電力系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)質(zhì)量整體水平較低以及數(shù)據(jù)量大等方面的特點，同時系統(tǒng)要求相關(guān)裝置能夠根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)快速、高效地做出反應(yīng)，因此，在無功補償裝置方面，還需要探索將其與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及粗糙集技術(shù)的融合方法，以提高無功補償裝置在處理龐大數(shù)據(jù)以及獲取重要信息方面的能力。第二，促進控制理論、控制方法的發(fā)展。在現(xiàn)代計算機技術(shù)快速發(fā)展的背景之下，無功補償裝置中現(xiàn)代化的控制器、控制方法以及控制理論得到了非常深刻的體現(xiàn)。在無功補償裝置系統(tǒng)設(shè)置中，通過引入新型的數(shù)字化處理器，不但能夠使數(shù)據(jù)采集的工作效率得到提高，還對處理的精度、實時性有重要影響，通過對控制方法的完善達到提高無功補償裝置運行效能的目的。第三，提高電力電子器件性能。在整個電力系統(tǒng)當(dāng)中，所使用電子器件的具體性能將對整個無功補償裝置的運行效率產(chǎn)生直接性的影響。因此，為了提高無功補償裝置的運行效能，可以嘗試從材料、技術(shù)、工藝等多個方面入手，提高基于半控制或全控制電力電子期間的性能。特別是在國內(nèi)當(dāng)前技術(shù)水平比較薄弱的全控型電子期間中苦下功夫，能夠為無功補償技術(shù)的應(yīng)用帶來非常深遠的影響。

三結(jié)語

篇(2)

Abstract： In the coal mine there are lots of perceptual load in power system. Reactive power can't meet the demand. This paper use FPGA for rapid real time calculation of reactive power， with the improved nine area chart as a reactive power compensation strategy， avoid frequent for compensation equipment， prolong the service life of equipment. For fast dynamic reactive power compensation， improve system power factor， and improve the level of grid voltage. It also played a certain role in protecting the electrical equipment.

關(guān)鍵詞： 無功補償；FPGA；改進九區(qū)圖

Key words： reactive power compensation；FPGA；improved nine area chart

中圖分類號：TM714.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）29-0045-02

0 引言

當(dāng)前，煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)中仍然占有很大比重，所以煤炭資源的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)系極其重要。煤炭資源的開發(fā)和生產(chǎn)過程中所用到的大型設(shè)備如主、副井提升機、采煤機等都是以電能作為其動力能源的設(shè)備，因此一定要保證煤炭部門的正常用電。煤炭工業(yè)屬于一級電力用戶，但因地域環(huán)境等因素，不少煤礦距離大電網(wǎng)較遠，使得用電電壓較低，功率因數(shù)低于正常水平，無功功率不足，且廣泛存在著三相異步電動機等大量的感性負荷，消耗大量無功，使得功率因數(shù)進一步降低，致使用電設(shè)備無法正常工作或損壞。

1 井下無功補償設(shè)備與補償方式

井下的無功補償設(shè)備一般有以下幾種靜止電容器、靜止補償器與靜止無功發(fā)生器等，常用的補償方式有就地?zé)o功補償、分散無功補償和集中無功補償?shù)?，這幾種補償設(shè)備和補償方式各有各的優(yōu)缺點，使用時根據(jù)井下電力系統(tǒng)的實際情況進行選擇。并聯(lián)電容器無功補償技術(shù)是提高功率因數(shù)最直接、最經(jīng)濟的方式，且一般采用就地補償?shù)难a償方式，通過控制系統(tǒng)自動投切電容器，無功補償?shù)木嚯x最短，減少無功在電力線路上的傳輸，節(jié)約電能。

2 無功補償?shù)幕驹?/p>

電力系統(tǒng)中的感性負荷需要消耗系統(tǒng)無功功率，使得系統(tǒng)無功減少，相應(yīng)的功率因數(shù)降低，電壓水平下降，而電容器等可產(chǎn)生無功功率的設(shè)備可以并聯(lián)在感性負荷處，產(chǎn)生容性無功功率，以補償感性設(shè)備消耗的無功，使功率因數(shù)增大，電壓水平上升，起到補償目的。

若系統(tǒng)的有功功率為P，我們假設(shè)有功功率P一定的情況下，感性負荷需要的無功功率為Q。沒有進行補償時系統(tǒng)無功功率為Q1，功率因數(shù)角為θ1，在此處進行無功補償，補償容量為Q2，則相應(yīng)的功率因數(shù)角增大為θ2，功率因數(shù)值也相應(yīng)增大，而復(fù)功率的有效值卻減少了，提高了送電量，減少了無功在電力線路上的傳播，節(jié)約了電能。另外，當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，產(chǎn)生的直接后果就是線路的電壓過低，導(dǎo)致線路的電壓損耗增大。

圖2中系統(tǒng)的無功需求為QS，由電源提供的無功為QN，無功功率平衡后所決定的電壓水平為正常電壓水平UN，但當(dāng)系統(tǒng)電源所提供的無功功率較少（圖2中為QM）時，無功功率經(jīng)過一定的條件也能達到平衡，但此時所決定的電壓水平就會低于正常水平為U，使得一些設(shè)備因電壓過低而被迫停機，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無功不足時需要及時進行合理的補償，才可以有效避免這類情況的發(fā)生。

3 實現(xiàn)方法

在計算無功功率時需要對其進行快速傅里葉變換的復(fù)化計算，用以得到近乎瞬時的無功功率值，然后通過FPGA的相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)對并聯(lián)電容器組地投切，起到補償或減少無功的目的。系統(tǒng)電網(wǎng)中某次諧波的無功功率的計算式Qk=■（WukNik-NukWik）（1）

上式中的 Wuk、Nik、Nuk、Wik分別對應(yīng)該次諧波下電壓和電流信號的傅立葉變換系數(shù)。經(jīng)FFT運算即可得到無功功率的表達式為

Qk=■{H2（k）+L2（S-k）-L2（k）-H2（S-k）}（2）

其中H、L為復(fù)數(shù)的實部和虛部兩個數(shù)組，進行FFT時相應(yīng)的蝶形運算的因子為D′s=cos？茲-jsin？茲 ？茲=■r

計算得到無功功率值后需要進行相應(yīng)的控制策略分析，得到并聯(lián)電容器的動作方式?？刂撇呗砸话氵x取無功功率補償常用到的九區(qū)圖控制策略，但因其本身存在著振蕩及裝置頻繁動作的缺陷，所以需對九區(qū)圖進行一些優(yōu)化。

即在原有九個區(qū)域的基礎(chǔ)上，把其中2、4、6、8四個區(qū)域又各自分成兩個小區(qū)域，其中ΔQ為分接頭調(diào)節(jié)一檔引起的無功最大變化量，ΔU為為投切一組電容器組引起的電壓最大變化量。這樣進行改進之后使得無功功率的判斷更為準(zhǔn)確，不會在邊界線上來回振蕩，造成并聯(lián)電容器的頻繁投切。在使用FPGA完成對電容器的投切控制操作時需要在軟件中設(shè)置采集電壓電流信號的硬件接口和控制并聯(lián)電容器投切的硬件接口而且需要對軟件系統(tǒng)進行優(yōu)化，減少延時，以保證準(zhǔn)確快速地實現(xiàn)無功功率的補償。

4 結(jié)束語

對煤礦電網(wǎng)無功功率進行補償，文中用FPGA實現(xiàn)對無功功率的實時動態(tài)補償，且采用改進九區(qū)圖進行補償?shù)目刂撇呗栽O(shè)置，避免了設(shè)備的誤動作與振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。改善了電網(wǎng)電壓水平，提高了功率因數(shù)，極大地改善了煤礦電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，具有很好的推廣價值。

參考文獻：

[1]盧軍曉，王富元.煤礦井下電力系統(tǒng)諧波與無功功率綜合補償?shù)难芯縖J].裝備制造技術(shù)，2010（8）.

[2]李明鋒.煤礦無功優(yōu)化方案與應(yīng)用[D].山東科技大學(xué)碩士論文，2011.

篇(3)

論文摘要：電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運行中，用電負荷和系統(tǒng)運行方式是經(jīng)常變化的，由此引起電壓發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓偏移。而電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則就會偏離額定值。

1、前言

總體來說，電力系統(tǒng)有效和可靠的運行，電壓和無功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo)：

1.1系統(tǒng)中有所有裝置的在端電壓應(yīng)在可接受的限制內(nèi)。

1.2為保證最大限度利用輸電系統(tǒng)，應(yīng)加強系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3應(yīng)使無功功率傳輸最小，以使得RI2和XI2損耗減小到最小。

當(dāng)負荷變化時，輸電系統(tǒng)的無功功率的要求也要變化。由于無功功率不能長距離傳輸，電壓只能通過遍布整個系統(tǒng)的具體裝置來進行有效控制。

2、無功功率的產(chǎn)生和吸收

同步發(fā)電機可以產(chǎn)生或吸收無功功率，這取決于其勵磁情況。當(dāng)過勵時產(chǎn)生無功功率，當(dāng)欠勵時吸收無功功率。

架空線路產(chǎn)生或吸收無功功率取決于負荷電流。當(dāng)負荷低于自然負荷（波阻抗），線路產(chǎn)生純無功功率；當(dāng)高于自然負荷時，線路吸收無功功率。

地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負荷。它們通常工作在低于自然負荷情形下，因此在所有運行條件下總發(fā)生無功功率。

變壓器不管其負載如何，總是吸收無功功率。空載時，起主要作用的是并聯(lián)激勵電抗；滿載時，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。

負荷通常吸收無功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負荷節(jié)點由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負荷節(jié)點的負荷特性是吸收無功功率的，復(fù)合負荷的有功功率和無功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟，對于工業(yè)用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計費，這就鼓勵企業(yè)通過使用并聯(lián)電容器來提高負荷功率因數(shù)。

3、無功功率的補償

3.1無功功率不足的危害：交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機，變壓器等設(shè)備就不能運轉(zhuǎn)。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無功功率不足，無功電源和無功負荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來諸如出力不足，電力系統(tǒng)損耗增加，設(shè)備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網(wǎng)大面積停電。

3.2無功補償原理：在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流之后電壓九十度，純電容負載中電流超前電壓九十度，也就是說純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當(dāng)電源向外供電時，感性負荷向外釋放的能量由榮幸負荷儲存起來；當(dāng)感性負載需要能量時，再由榮幸負荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負荷間相互交換，感性負荷所需要的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償，實現(xiàn)了無功功率就地解決，達到補償?shù)哪康摹?轉(zhuǎn)貼于

3.3無功補償?shù)娜N形式：

3.3.1集中補償

集中補償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補償方式，安裝簡便，運行可靠，利用率高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運轉(zhuǎn)或輕負荷時，又無自動控制裝置時，會造成過補償，使運行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強，空載運行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。

3.3.2分散補償

分散補償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個分路的出線上，形成抵押電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補償方式，它能與工廠部分負荷的變動同時投切，適合負荷比較分散的補償場合，這種補償方式效果較好，且補償方式靈活，易于控制。

3.3.3個別補償

個別補償是對單臺用電設(shè)備所需無功就近補償?shù)姆椒ǎ央娙萜髦苯咏拥絾闻_用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺開關(guān)控制，同時投運或斷開，俗稱隨機補償。這種補償方法的效果最好，它能實現(xiàn)就地平衡無功電流，又能避免無負荷時的過補償，是農(nóng)網(wǎng)中隊異步電動機進行補償?shù)某Ｓ梅椒ā?/p>

3.4無功補償設(shè)備

根據(jù)補償?shù)男Ч?，電容器可以補償負荷側(cè)的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線路充電功率，改善電網(wǎng)低谷負荷時的運行電壓，減少發(fā)電機的進相運行深度，提高電網(wǎng)運行性能。

3.4.1無源補償設(shè)備裝置

并聯(lián)電抗器，并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開閉式的，無源補償設(shè)備僅用于特性阻抗補償和線路的阻抗補償，如并聯(lián)電抗器用于輸電線路分布電容的補償以防空載長線路末端電壓升高，并聯(lián)電容器用來產(chǎn)生無功以減小線路無功輸送，減小電壓損失；串聯(lián)電容器可用于長線路補償?shù)?。電力系統(tǒng)變電站內(nèi)廣泛安裝了無功補償電容器，用來就地?zé)o功平衡，減少線損，提高電壓水平。

3.4.2有源補償裝置

通常為并聯(lián)連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對連接處的微小電壓偏移做出反應(yīng)，準(zhǔn)確地發(fā)出或吸收無功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內(nèi)在固有控制，用同步補償器和可控硅控制的補償器作為外部控制的方式。

4、結(jié)束語

無功補償對提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降損節(jié)能、提高供電設(shè)備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進步，加大資金投入，優(yōu)化無功補償配置，實現(xiàn)無功的動態(tài)平衡是完全可能的。

參考文獻：

[1] PRABHA KUNDUR 著.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與控制[M]．中國電力出版社．

篇(4)

【關(guān)鍵詞】：中壓配電網(wǎng)絡(luò)；低電壓補償調(diào)控技術(shù)；實現(xiàn)

1、低電壓特征分類

長期性低電壓指用戶低電壓情況持續(xù)3個月或日負荷高峰低電壓持續(xù)6個月以上的低電壓現(xiàn)象；季節(jié)性低電壓是指度夏度冬、春灌秋收、逢年過節(jié)、烤茶制煙等時段出現(xiàn)的具有周期規(guī)律的低電壓現(xiàn)象；短時性低電壓主要是指由農(nóng)村居民臨時性掛接負荷或建筑用電負荷引起的不具有長期性和季節(jié)性特點的階段性不規(guī)律低電壓現(xiàn)象。

2、工程實例

2.1實施點自然狀況及分析

本文以某線為例。線路亙長78km，電桿1161基，干線長33km（1#-498#大嶺溝）干線導(dǎo)線類型1-468號LGJ-70，469-498號LGJ-50；有線路真空開關(guān)4組；線路固定抵償電容器4組288kvar；配電變壓器63臺，總?cè)萘繛?760kVA。2012年運行數(shù)據(jù)標(biāo)明最大負荷時首端電壓為10.4kV，結(jié)尾電壓為8.22kV，配電變壓器首端相電壓189V。銅臺線2012年月典型日有功和無功功率基本情況如表1所示。

2.2實施點的實施方案研究

經(jīng)過表1首先挑選月最大有功負荷線路沒有無功補償條件下進行潮流計算，重新斷定無功優(yōu)化計劃，在此基礎(chǔ)上斷定線路調(diào)壓器的容量和裝置方位，并進行校驗。

（1）無功優(yōu)化方案

經(jīng)過銅臺線的自然情況和表1可知，線路固定抵償容量為288kvar，而線路最小有功功率對應(yīng)的最小無功功率為?236kvar，可知線路的最小無功功率是288?236=52kvar，單臺50kvar是線路的固定抵償容量。線路固定抵償容量假如沒有運行材料可由下式確定：

（1）

式中?Q0i為線路中每臺配電變壓器的空載無功損耗（不含高壓用戶高壓抵償配電變壓器），kvar。由表1和原有安裝無功抵償容量可推算出銅臺線最大無功需求量為656kvar，在原有安裝容量288kvar下最大負荷時功率因數(shù)為0.97。依據(jù)表1線路的最大有功功率和最大無功功率的需求，規(guī)劃抵償總?cè)萘繛?40kvar，其間50kvar為固定抵償，390kvar為動態(tài)抵償。規(guī)劃抵償點為3處，其間237號桿，抵償90kvar（動態(tài)90kvar）；353分支21號桿，抵償180kvar（動態(tài)60kvar+動態(tài)120kvar）；426號桿，抵償170kvar（動態(tài)120kvar+固定50kvar）。上位機體系依據(jù)變電站出口的無功潮流將4組動態(tài)加1組固定抵償運轉(zhuǎn)方法能夠構(gòu)成17種排列組合，上位機體系本著無功功率平衡的準(zhǔn)則進行優(yōu)化組合，再指令安點綴下位機進行長途控制，完成整條線路的無功動態(tài)平衡。圖1所示為無功抵償前整條線路無功潮流分布，圖2為抵償后無功潮流的變化分布。

圖2補償后無功潮流

10kV線路無功優(yōu)化體系已在某區(qū)域農(nóng)電體系10kV線路進步行了實施研討，起到了良好的作用，為本課題的研討積累了實踐經(jīng)驗。圖3為線路2組動態(tài)抵償裝置實例，電容器分體裝置，與以往常用的H臺無功抵償箱比較重量輕、體積小、占地面積小等優(yōu)勢。圖4為上位機管理體系抵償以后的功率因數(shù)日運轉(zhuǎn)曲線圖，運轉(zhuǎn)曲線顯現(xiàn)功率因數(shù)是接近于1的一條直線。

（2）線路調(diào)壓器安裝位置和容量的確定

在無功優(yōu)化的基礎(chǔ)上，潮流計算要按首端最大負荷狀況進行，滿足電壓損失率不超越5%的范圍內(nèi)判定線路調(diào)壓器方位。線路調(diào)壓器設(shè)備方位可由下式確定：

（2）

圖3線路兩組動態(tài)補償安裝實例

圖4補償后功率因數(shù)日曲線圖

經(jīng)無計算功優(yōu)化后電壓降可知，線路調(diào)壓器裝置方位只需選在間隔首端小于7.76km就能滿足條件，固裝置方位選在107號桿位。線路調(diào)壓器的容量裝置點最大潮流的要求要滿足，按線路配電變壓器容量份額統(tǒng)計和首端最大有功功率，線路最大潮流是1230kVA在裝置點以后，考慮后期開展線路調(diào)壓器的容量選為1600kVA。線路調(diào)壓器的參數(shù)如表2所示。

表2線路調(diào)壓器參數(shù)

該調(diào)壓器為SVR型線路主動調(diào)壓器，具有遙信、遙測、遙諧和遙控功用，同時調(diào)壓范圍在0-+20%。經(jīng)過計算整個配電線路臺區(qū)的潮流分布，得到節(jié)點電壓對臺區(qū)變化的靈敏度及線路每個節(jié)點的壓降。在線路結(jié)尾裝置饋線終端裝置，對線路結(jié)尾電壓進行實時監(jiān)控，而且由GPRS通訊技能將線路結(jié)尾電壓實時數(shù)據(jù)傳遞給上位機，上位機再依據(jù)結(jié)尾電壓和線路調(diào)壓器的檔位實際情況，指令線路調(diào)壓器進行檔位調(diào)整，實現(xiàn)長途調(diào)壓的目的。

結(jié)語

線路無功抵償控制方法以往都是裝置點就地采樣就地控制方式，并且多數(shù)是功率因數(shù)控制型，裝置點的無功負荷只要大于裝置容量時才干投入運轉(zhuǎn)。因而，抵償電容器的投運率受裝置點的無功潮流約束。論文研討的無功優(yōu)化智能體系特點在于線路首端收集無功功率的大小，整條線路由上位機管理模式，與無功抵償裝置點的無功潮流沒有關(guān)系，抵償點宜選在從結(jié)尾計算無功潮流抵償容量的一半處，實踐運轉(zhuǎn)時抵償點向結(jié)尾和首端雙向無功輸送，使線路無功潮流為最小，有用的減少了無功潮流導(dǎo)致的線路有功損耗和電壓損耗。

【參考文獻】：

篇(5)

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配電線路；無功補償；存在問題；對策分析

中圖分類號： TM73 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：

一、前言

改革開放以來，我國的經(jīng)濟得到了迅速的發(fā)展，社會主義市場經(jīng)濟體制得到不斷的完善，科學(xué)技術(shù)得到不斷的突破，不僅僅大大的改善了我國的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r，改善了我國的經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)，也極大的帶動了電力事業(yè)的發(fā)展，伴隨著社會主義經(jīng)濟的全面繁榮發(fā)展，我國對電力的需求量也大大增加，對供電，配電水平和質(zhì)量有了更高的要求。但是，由于我國的電力事業(yè)發(fā)展起步較晚，雖然發(fā)展迅速，但是依然存在著很多問題，在快速發(fā)展的途中，面臨著來自各個方面的干預(yù)和限制，使得我國的電力系統(tǒng)中依舊存在著很多缺陷和不足。比如目前變電站普遍存在著供電半徑長、電壓質(zhì)量差、功率因數(shù)低、無功功率分配不合理等狀況。因此，在新時期，加強對電力系統(tǒng)中配電線路的無功補償研究具有社會現(xiàn)實意義。

二、無功補償概述

無功補償是指為滿足電力網(wǎng)和負荷端電壓水平及經(jīng)濟運行的要求，必須在電力網(wǎng)和負荷端設(shè)置的無功電源，如電容器、調(diào)相機等。

我國的電力事業(yè)起步較晚，雖然這些年發(fā)展十分迅速，但是從整體而言，發(fā)展不均衡，區(qū)域差別大，同時，在電力網(wǎng)絡(luò)逐漸完善的過程中，長期存在著一個弊端，那就是我國的變電站很多時候都存在著無功補償?shù)娜萘坎蛔悖以诖诉^程中配備缺乏規(guī)范性，造成配備不合理的現(xiàn)象，雖然電力設(shè)備和相關(guān)的技術(shù)在近些年得到了更多的重視，技術(shù)有了突破，設(shè)備也有了更新，但是，一些關(guān)系到核心技術(shù)的快速響應(yīng)設(shè)備依舊嚴重缺乏。伴隨著我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟的全面發(fā)展，大功率的非線性負荷量也大幅度增加，整個電網(wǎng)在運行過程中，面臨的無功沖擊和各種諧波污染情況也越來越嚴重，由于無功調(diào)節(jié)的手段缺乏，或者是調(diào)節(jié)效率低下，母線的電壓變化很大，電壓合格率較低，同時，電網(wǎng)的配電系統(tǒng)中的線損率逐漸上升。

實施無功補償可以很大程度的讓整個電網(wǎng)中的電壓更加穩(wěn)定，既可以讓整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全防護戰(zhàn)略得到貫徹落實，也能夠使得電網(wǎng)的運行更為安全穩(wěn)定，如此，便推動了整個電網(wǎng)的運行質(zhì)量，使得電網(wǎng)中的電能質(zhì)量得到提升，使得整個系統(tǒng)運行狀況得到改善。

三、電力系統(tǒng)中無功補償方案存在的問題分析

伴隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，結(jié)合筆者多年的電力事業(yè)工作經(jīng)驗，從用戶在用電過程中的反饋情況，以及外部特性和相關(guān)的各項指標(biāo)而言，在現(xiàn)階段使用的一些無功補償自動補償器都存在著一些問題，主要而言，表現(xiàn)在，其一，目前的自動補償方式一般都是針對采樣點的數(shù)據(jù)進行分析計算，這樣一來，控制器間會缺乏必要的信息交流，其二，采用的算法相對而言比較落后，控制器難以綜合整個電力網(wǎng)絡(luò)運行的狀況，從而難以讓整個無功潮流的分布從整體而言，難以獲得最佳的經(jīng)濟效益。其三，對電網(wǎng)的遙測技術(shù)相對缺乏，難以適應(yīng)不斷發(fā)展進步的發(fā)展要求。因此，要想保證優(yōu)質(zhì)的電力輸配送，需要結(jié)合具體的情況做出分析，并提出解決方案措施和改進措施。

1.智能型單節(jié)點最優(yōu)無功補償?shù)膶崿F(xiàn)

在進行電力系統(tǒng)的配電線路無功補償過程中，要達到無功補償最優(yōu)控制的目的，需要在特定的所給定的補償電容的基礎(chǔ)上，找到一種允許的控制方式，從而可以使得電路的功率因素可以變得最大，如果在現(xiàn)場是三相平衡或者是負荷相對較小的一些無關(guān)緊要的節(jié)點，一般而言，可以使用單片機作為比較核心的控制器，在此過程中，可以運用線性規(guī)劃的控制算法，通過這種方式可以更好的控制投切電容器的容量，如此，可以達到最為優(yōu)化的控制效果。

補償電容采用步進控制以提高控制精度

一般可在得出需投切組數(shù)n1后一次投入,但由于存在實際電容值與標(biāo)稱值不一致,且在運行中電容器可能損壞等因素,可能產(chǎn)生控制誤差,同時也容易造成對電網(wǎng)的沖擊過大。所以,在實際運行時,采用步進控制,即每個時間間隔投切一組電容器,直到n1組投切完畢為止。

（二）優(yōu)化時間控制

在步進投切電容器時,采用不等距時間控制,先以較小的時間間隔t1完成前n1-1組電容的投切,等待一段時間t2后,觀察電網(wǎng)各項參數(shù),確認可繼續(xù)投切電容器后,計算通斷率,再完成最后一組電容器的投切工作。這樣,在保證控制精度的同時,提高系統(tǒng)動作的快速性,實現(xiàn)精度約束下的智能型最優(yōu)時間控制。在實際控制中,電容容量隨電壓變化而波動,電容分級的量化誤差ΔQ′也是變化的。ΔQ是額定電壓為UN時的量化誤差;U為實際電壓?？刂破鞲鶕?jù)電壓變化自動修正量化誤差,使得每次控制誤差小于ΔQ ′/2 。當(dāng)電容已“加滿”或“減空”而仍需增減電容時,控制器將輸出最大或最小值,從而避免了由于執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生誤動作而對電網(wǎng)造成的沖擊。

2.變電所的二次集中補償?shù)姆绞?/p>

此方式指的是將變電所的母線(10干伏)上集中進行電容器的配置安裝。而補償?shù)娜葚箘t是根據(jù)主變?nèi)萘?5％—30％進行配備，但是，此方式對配電網(wǎng)來說具有以下的缺點：由于配電網(wǎng)其負荷具有很強的季節(jié)性．并且設(shè)備的負載率較低．因而變電所選擇的無功補償容量不能很好地適應(yīng)各個季節(jié)的變化以及晝夜之問的大幅度變化所需無功負荷的需要。

3.配電線路其桿上的集中補償方式

采用這種補償方式，一般而言，多指在線路的各個負荷集中點上，選擇集中點實施電容器的集中安裝，用這種補償方式，相對于一些變電所的二次集中補償方式而言，具有相對的比較優(yōu)勢，同時，這種方式也需要有些也問題和缺陷要解決，所以要有選擇性的進行使用。

4.智能型無功控制策略

采集線路中三相電壓和電流信號，跟蹤系統(tǒng)中的無功變化，取無功功率作控制物理量，取用戶設(shè)定功率因數(shù)做投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論，智能選擇電容器組合，針對星角結(jié)合情況智能投切；通過設(shè)定過壓與欠壓保護值，設(shè)置低谷高電壓禁投與高峰低電壓禁切電壓值，以無功功率為投切門限值，科學(xué)限制電壓條件，使其具有缺相保護功能，同時采用智能控制理論設(shè)置電容投切控制，以自動及時地投切電容補償，補償無功功率容量；根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無功功率大小，智能選擇電容器組合；依據(jù)“取平補齊”原則投入電網(wǎng)，實現(xiàn)電容器投切的智能控制，提高補償精度。

5.智能無功補償容量選擇

智能無功補償容量的主要達成目的是平衡線路的無功功率。因其補償容量計算與選擇較為復(fù)雜，目前多根據(jù)靜態(tài)容量極值進行選擇。主要為單負荷就地補償容量選擇和多負荷補償容量選擇。

四、結(jié)束語

伴隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟的增長和人民生活水平的提高將會對我國的供配電線路有著更為嚴格的要求，在此過程中，合理選擇無功補償方案和補償容量，科學(xué)應(yīng)用無功補償技術(shù)，設(shè)計配置無功補償設(shè)備，能有效提高電壓的穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)電壓的質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低電力系統(tǒng)設(shè)備的損壞和有功網(wǎng)損，減少能耗和發(fā)電費用，從而使得電力系統(tǒng)能夠更好的服務(wù)于社會主義經(jīng)濟建設(shè)。

參考文獻：

[1]楊建軍，戰(zhàn)紅，魯成杰. 配電線路集中無功補償優(yōu)化的改進遺傳算法.《電力系統(tǒng)保護與控制》 ISTIC EI PKU -2010年1期.

[2]王彬.農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)中配電線路無功補償.《城市建設(shè)理論研究（電子版）》 -2012年8期.

[3]馬國清.試論配電線路的無功補償.《北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(自然科學(xué)版)》 -2011年7期.

[4]張勇軍,任震,李本河,鄭風(fēng)雷.配電線路桿上無功補償優(yōu)化算法.《華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》 ISTIC EI PKU -2008年4期.

篇(6)

論文摘要：本文對靈活交流輸電技術(shù)進行了綜述，對靈活交流輸電系統(tǒng)中主要的幾種控制器進行了介紹，重點介紹了相間功率控制器技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

引言

靈活交流輸電(FACTS)技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的潮流控制相結(jié)合的產(chǎn)物。它采用可靠性高的大功率可控硅元件代替機械式高壓開關(guān)，使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個主要電氣參數(shù)(電壓、線路阻抗及功率角)可按照系統(tǒng)的需要迅速調(diào)整，以期實現(xiàn)輸送功率的合理分配，電壓的合理控制，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，可靠性。此項技術(shù)是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟、綜合控制的重要手段。

FACTS技術(shù)一經(jīng)提出立即受到各國電力工作者的高度重視，國內(nèi)外一些權(quán)威人士已經(jīng)將靈活交流輸電、綜合自動化和EMS技術(shù)一起預(yù)測將其確定為“未來輸電系統(tǒng)新時代的三項支撐技術(shù)”。美國、日本等發(fā)達國家，以及我國都投入了大量的人力和物力對此進行開發(fā)研究，很多裝置已經(jīng)投入了實際運行，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

FACTS中的控制器

1、靜止無功補償器SVC

靜止無功補償器的典型代表是晶閘管投切的電容器(TSC)，和晶閘管控制的電抗器(TCR)。實際應(yīng)用中，將TCR與并聯(lián)電容器配合使用，根據(jù)投切電容器的元件不同，可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無功補償器，和TCR與斷路器投切電容器配合使用的補償器，以及TCR與TSC配合使用的無功補償器。這些組合而成的SVC的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率，進行動態(tài)補償，使補償點的電壓接近維持不變，但SVC只能補償系統(tǒng)的電壓，其無功輸出與補償點節(jié)點電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時其補償作用會減弱。SVC的主要作用是電壓控制，采用適當(dāng)?shù)目刂品绞胶?，SVC也可以有阻尼系統(tǒng)功率振蕩和增加穩(wěn)定性等作用。目前，SVC技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國外從60年代就已經(jīng)開始應(yīng)用SVC，七十年代末開始用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不僅將靜止無功補償器，用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，也用于配電系統(tǒng)的補償和控制，還可用于電力終端用戶的無功補償一電壓控制。

2、靜止同步補償器STATCOM

靜止同步補償器也可以稱為ASVG——有源靜止無功發(fā)生器。它的基本原理是將自換相橋式電路直接或者通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償。ASVG根據(jù)直流側(cè)采用的電容和電感兩種不同的儲能元件，可以分為電壓型和電流型。它可以通過控制其容性或感性電流，與系統(tǒng)交換無功，在任何系統(tǒng)電壓的情況下，都能輸出額定的無功功率，與SVC相比，在系統(tǒng)故障的情況下靜止同步補償器維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制系統(tǒng)振蕩的作用較明顯；近二十幾年，靜止同步補償器受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的普遍重視，日本從1980年研制出第一臺20Mvar的強迫自換相的橋式ASVG，1991年又投入了一臺±80Mvar的ASVG成功地運行在154kV的輸電線路上，而美國于1995年投入了一臺±100Mvar的ASVG。我國清華大學(xué)和河南電力局共同研制成功了一臺±20Mvar的靜止無功補償器，并于1999年在河南洛陽朝陽變電所投入運行。

3、并聯(lián)蓄能系統(tǒng)

并聯(lián)蓄能裝置包括蓄電池蓄能系統(tǒng)(BESS)和超導(dǎo)磁能存儲器(SMES)等，是采用并聯(lián)式電壓源換流器的能量存儲系統(tǒng)，其換流器可通過快速調(diào)節(jié)向交流系統(tǒng)供給或吸收電能。將SMES用于兩機系統(tǒng)的頻率控制，可以有效地抑制兩系統(tǒng)之間的頻率偏移。也可將SMES與靜止移相器相結(jié)合用于互聯(lián)系統(tǒng)負荷頻率控制。但這種超導(dǎo)儲能裝置不但技術(shù)要求高，而且在目前的條件下投資費用比較昂貴，大量投入系統(tǒng)運行還存在一定的困難。

4、晶閘管控制的串聯(lián)電容器TCSC

晶閘管控制的串聯(lián)電容器的模塊主要由串聯(lián)電容和含有電抗、晶閘管開關(guān)的并聯(lián)回路組成，通過可控硅控制可以靈活、連續(xù)地改變補償容量，達到快速響應(yīng)的效果。TCSC在改善電力系統(tǒng)性能方面有很多優(yōu)點，將TCSC用于高壓輸電系統(tǒng)，可發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力，提高功率傳輸極限，靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流，增加系統(tǒng)阻尼作用，是保證超高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要措施。

TCSC與其它FACTS裝置相比，潮流控制功能比較簡單，受到了GE、ABB和Siemens等大公司的關(guān)注和重視。在美國有三處已經(jīng)安裝了TCSC，并且運行良好，瑞典、巴西等國家也相繼將TCSC投入實際運行。我國在伊敏電廠至齊齊哈爾地區(qū)的馮屯變電站的雙回輸電線上采用串聯(lián)補償技術(shù)。

5、靜止同步串聯(lián)補償器SSSC

靜止同步串聯(lián)補償器是以DC/AC逆變器為基本結(jié)構(gòu)，它的基本原理是向線路注入一個與電壓相差90的可控電壓，以快速控制線路的有效阻抗、從而進行有效地系統(tǒng)控制。它在系統(tǒng)中的作用有些類似于TCSC，但是，它控制潮流的能力遠大于單方向減少線路阻抗功能的TCSC控制器，并且諧波含量小。

6、晶閘管控制的移相變壓器TCPST

晶閘管控制的移相變壓器是利用可控硅開關(guān)控制移相角度從而改變線路兩側(cè)的移相角來控制潮流的大小或方向。移相器的發(fā)展比較早，早在三十年代第一臺移相器已經(jīng)在美國投入運行，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，70年代開始各國電力專家將晶閘管與移相器相結(jié)合開始進行晶閘管控制的移相器TCPST的研究。經(jīng)研究表明TCPST具有提高聯(lián)絡(luò)線傳輸潮流，抑制小干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩，母線電壓控制，規(guī)約聯(lián)絡(luò)線潮流等功能，晶閘管控制的移相器的控制速度快，相角階梯可以很小，甚至達到無級調(diào)節(jié)，但晶閘管控制的移相器有一個缺點，它本身需要消耗無功功率，運行中一般需要與無功補償裝置聯(lián)合使用，并且諧波的含量較高，因此對電能質(zhì)量有一定的影響。

7、可轉(zhuǎn)換式靜止補償器CSC

可轉(zhuǎn)換式靜止補償器是近兩年推出的FACTS控制器的一種新產(chǎn)品，它實際上是將基于同步變流器的串并聯(lián)補償器技術(shù)，通過在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)柔性化，使其可以更加靈活地應(yīng)對不斷變化的電力系統(tǒng)要求。CSC是由2臺電壓源換流器、一個與輸電線并聯(lián)的變壓器和2個串聯(lián)的變壓器組成。通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)補償器的不同運行工作狀態(tài)，根據(jù)控制目標(biāo)的不同，CSC可以提供靜止同步無功補償器，靜止同步串聯(lián)無功補償器、統(tǒng)一潮流控制器和線間潮流控制器4種基本控制方式。

8、統(tǒng)一潮流控制器UPFC

UPFC的概念是由美國西屋科技中心的L.Gyugyi于1992年首次推出的，統(tǒng)一潮流控制器是一種從原有潮流控制裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型潮流控制裝置，它由一個并聯(lián)的換流器和一個串聯(lián)的換流器通過公共側(cè)的電容耦合而成，僅僅通過控制量的變化就可以分別實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償或移相器的功能，也可以將三者的功能結(jié)合使用。通過不同控制策略的設(shè)計，UPFC不但可以用于控制母線電壓。線路潮流、提高系統(tǒng)動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)振蕩，而且可以快速地轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)以適應(yīng)系統(tǒng)的緊急狀態(tài)的需要。它被認為是FACTS家族中最有代表性、功能最強大和技術(shù)最復(fù)雜的成員。

篇(7)

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場；無功；優(yōu)化配置

1.存在的問題分析

2012年6月生效的國標(biāo)《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T 19963-2011）對通過110（66）kV及以上電壓等級線路與電力系統(tǒng)連接的新建或擴建風(fēng)電場的無功容量配置原則進行了闡明，具體見標(biāo)準(zhǔn)第19、20兩大條，分別對風(fēng)電場無功電源的符合要求和無功容量配置進行了規(guī)定。

上述標(biāo)準(zhǔn)條文僅給出了指導(dǎo)性建議，其所規(guī)定的風(fēng)電場無功容量配置存在的主要問題在于，在現(xiàn)行工程計算中，往往采取風(fēng)電場額定容量一定百分比的形式粗略計算。計算結(jié)果極容易造成容量浪費，帶來投資浪費；或者容量不足；再者，目前風(fēng)電場無功容量配置缺乏對無功補償類型細分。在現(xiàn)行工程計算中，往往“寧枉勿縱”，對動態(tài)調(diào)節(jié)性能較好、價格較高的無功補償裝置配置過剩。此外，該規(guī)程在具體設(shè)計時應(yīng)用存在局限性，按照規(guī)程要求進行補償，當(dāng)風(fēng)電裝機容量較小、送出線路較短時，其無功補償容量裕度較大，經(jīng)濟性略差；當(dāng)風(fēng)電裝機容量較大，送出線路長度較長時，其無功補償容量裕度較小，可靠性略差。風(fēng)電場無功優(yōu)化控制可以分為無功規(guī)劃優(yōu)化和無功運行優(yōu)化兩個部分。目前，國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)電場無功優(yōu)化控制的文章并不是很多，但是對電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的討論已經(jīng)比較成熟。對于無功優(yōu)化的的研究，學(xué)者們大都關(guān)注于電力系統(tǒng)內(nèi)部或含有風(fēng)電場的配電網(wǎng)內(nèi)部的無功優(yōu)化研究，專門研究風(fēng)電場內(nèi)無功優(yōu)化的文獻較少。[1]以電網(wǎng)有功損耗和無功補償裝置投資的綜合費用作為電力系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，將電壓穩(wěn)定性作為無功會話問題的約束條件，求得在和合理電壓水平下的最佳無功補償配置方案。[2]針對風(fēng)電場無功優(yōu)化補償模型，提出無功投資、電壓穩(wěn)定和有功網(wǎng)損的多目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用靈敏度發(fā)和改進遺傳算法分別來確定風(fēng)電場的補償?shù)胤胶腿萘?，文中沒有充分考慮風(fēng)力發(fā)電機的無功支撐能力。[3]通過對調(diào)壓變壓器、投切電容器、SVC和SVG等無功補償裝置制定不同的無功控制策略，實現(xiàn)了風(fēng)電場低電壓穿越能力和最小有功損耗，但也只考慮了無功補償裝置和補償能力。文獻[4]綜合考慮風(fēng)速和負荷的變化對風(fēng)電場有功和無功輸出的影響，對系統(tǒng)各種工況進行計算，得出總的補償容量值。在基于遺傳算法求得無功補償值下，可使得風(fēng)電場母線電壓在允許值范圍內(nèi)并且電容器動作次數(shù)最少，但文中對風(fēng)機無功出力分配只采取了簡單的平均分配原則，沒有更細致的研究，且基于遺傳算法的無功優(yōu)化配置方法計算復(fù)雜。

綜上所述，提供一種能夠考慮風(fēng)力發(fā)電機組無功容量、綜合考慮風(fēng)電場接入方式、無功補償與電壓管理多目標(biāo)的并易于工程設(shè)計實現(xiàn)的無功容量計算方法及相應(yīng)的無功補償配置方案，解決目前風(fēng)電場無功優(yōu)化配置問題，十分必要。本文以華能大龍?zhí)讹L(fēng)電場為分析研究對象。針對規(guī)劃中風(fēng)電場的動態(tài)無功補償設(shè)計和已建電場無功補償裝置改造設(shè)計中涉及的容量優(yōu)化配置分別提出了基于潮流計算的無功配置方法和基于現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)仿真模型的優(yōu)化設(shè)計方式。

2.風(fēng)電場動態(tài)無功補償安裝地點

風(fēng)電場動態(tài)無功補償裝置加裝地點主要有集中補償點和分散補償點兩類，示意圖如下所示，集中補償點根據(jù)又可以分為匯流站主變高壓側(cè)、低壓側(cè)，分別對應(yīng)圖中的集中補償點A和集中補償點B，分散補償點在風(fēng)機端，見圖中的分散補償點C。感應(yīng)異步風(fēng)機由于本身需要較多的無功功率，一般在風(fēng)機端加裝無功補償裝置進行分散補償，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點出安裝集中補償。雙饋風(fēng)機和直驅(qū)風(fēng)機由于變流器可控輸出功率因數(shù)，并且可發(fā)少量的無功功率補償，因此，不需要在風(fēng)機端分散補償，只需要在風(fēng)場并網(wǎng)點進行集中補償即可。并網(wǎng)點集中補償，受限于目前的電力電子功率器件電壓等級和SVG拓撲結(jié)構(gòu)限制，若在主變高壓側(cè)設(shè)置動態(tài)無功補償，SVG連接專用變壓器和SVG裝置本體成本會很高，因此，目前國內(nèi)外集中補償點均選擇安裝在主變低壓側(cè)35kV母線支路下。SVG拓撲一般為鏈?zhǔn)蕉嚯娖浇Y(jié)構(gòu)，根據(jù)補償功能，可選擇星接或角接拓撲。

3.規(guī)劃風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量評估方法

對無功功率補償前的風(fēng)電場運行情況進行潮流分析，是風(fēng)電場無功功率補償方案的基礎(chǔ)，通過對潮流計算結(jié)果的分析，可以掌握風(fēng)電場的運行特點，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的風(fēng)電場運行問題。下文通過含有風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計算的迭代算法，綜合考慮風(fēng)電場母線電壓、有功功率、無功功率之間的關(guān)系，能夠在風(fēng)電場母線電壓不變的情況下，計算出風(fēng)電場不同有功功率下需要的無功補償容量的實時值。

3.1風(fēng)電機組的穩(wěn)態(tài)等值數(shù)學(xué)模型

相比較傳統(tǒng)潮流計算分析方法，含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)系統(tǒng)潮流計算不同之處就在于如何正確處理風(fēng)力發(fā)電機組。異步發(fā)電機的型等值電路如下圖所示，s為發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，r1、x1分別為定子電阻和漏抗，r2、x2分別為轉(zhuǎn)子電阻和漏抗，rm，xm分別為勵磁電阻和電抗[6]。

轉(zhuǎn)差率為

可得發(fā)電機向并網(wǎng)點注入的無功功率

另一種廣泛應(yīng)用的雙饋風(fēng)機的穩(wěn)態(tài)等值電路如下圖所示[5]，U2為轉(zhuǎn)子外機電源電壓。當(dāng)風(fēng)速為已知時，可以通過風(fēng)電機組的風(fēng)功率特性求得該風(fēng)速下發(fā)電機注入系統(tǒng)的中的總有功功率pe，其由兩部分組成，一部分是由定子繞組發(fā)出的有功功率，另一部分是轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出或消耗的有功功率 pr。

風(fēng)電機組注入系統(tǒng)的有功功率為

其中pe可由風(fēng)功率曲線確定，轉(zhuǎn)差s可由雙饋風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速控制規(guī)律求取。

目前雙饋電機基本是以恒功率因數(shù)方式運行為主。該運行方式下，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組外接電源電壓的幅值和相角，可以維持風(fēng)電機組定自測功率因素恒定不變。由于轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器傳遞的有功功率比較小，因而由變頻器吸收或發(fā)出的無功功率很小，可近似認為風(fēng)電機組的無功功率等于定子繞組的無功功率，則有：當(dāng)風(fēng)速給定后，風(fēng)電場總的有功功率即為已知，此時無功功率僅僅是風(fēng)電場電壓函數(shù)，因此，方便進行潮流計算。

3.2大龍?zhí)讹L(fēng)電場現(xiàn)場概況

大龍?zhí)渡龎赫居?10kV龍洱線供電，升壓站110kV I段母線與龍洱線相連，I段母線上有兩臺110kV/35kV主變，分別為1號主變和和2號主變，容量均為50MVA，其中1號主變35kV側(cè)與35kV I段母線相連，2號主變35kV側(cè)與35kV II段母線相連，I段母線和II段母線之間通過母聯(lián)開關(guān)連接，35kV I段母線上連接有大龍?zhí)禝回線和大龍?zhí)禝I回線，以及35kV 1號無補償器；35kV II段母線上連接有觀音山I回線，觀音山II回線和觀音山III回線，以及35kV 2號無功補償器。各回線上連接風(fēng)機情況如下：1）35kV大龍?zhí)禝回線：1#、11#～22#、27#、29#～33#風(fēng)機，共17臺；2）35kV大龍?zhí)禝I回線：2#～10#、21#、22#～26#、28#風(fēng)機，共16臺；3）35kV觀音山I回線：8#～20#風(fēng)機，共13臺；4）35kV觀音山II回線：21#～26#風(fēng)機，共6臺；5）35kV觀音山III回線：1#～7#風(fēng)機，共7臺。

3.3風(fēng)電場系統(tǒng)潮流分析計算

由于PSASP中沒有合適的風(fēng)電機組模型，用發(fā)電機代替，按照上文給出的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，搭建基于PSASP的華能大龍?zhí)讹L(fēng)電場全場單線圖模型，主要包括59臺風(fēng)電機組、2臺主變壓器、以及相應(yīng)的集電線和送出線路。系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量為100MVA，110kV母線基準(zhǔn)電壓115kV，35kV母線基準(zhǔn)電壓35kV。大龍?zhí)讹L(fēng)電場風(fēng)機均采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機，發(fā)電機雖然可以發(fā)出或吸收少量的無功功率，但是范圍有限，故潮流計算時可是做功率因數(shù)1.0運行，從而將其視作PQ節(jié)點，此模型不考慮尾流效應(yīng)[7]。在潮流計算過程中，需要對電源節(jié)點的電壓、變壓器變比等進行調(diào)整，才能得到可行的潮流計算結(jié)果。全風(fēng)電場潮流計算時，針對不同的系統(tǒng)運行方式（以大龍?zhí)讹L(fēng)電場110kV匯流站母線電壓作為系統(tǒng)電壓）、風(fēng)電場輸出功率、主變壓器投運臺數(shù)、主變壓器分接頭位置，分別進行了24中不同運行方式的潮流計算。24種不同運行方式下大龍?zhí)讹L(fēng)電場全場潮流計算結(jié)果，關(guān)鍵節(jié)點電壓數(shù)據(jù)，如下表1所示。50%PN（#1主變）是指#2主變檢修停運，風(fēng)力發(fā)電機通過#1主變并網(wǎng)，并網(wǎng)發(fā)電功率44.25MW運行情況；50%PN（#2主變）是指#1主變檢修停運，風(fēng)力發(fā)電機通過#2主變并網(wǎng)，并網(wǎng)發(fā)電功率44.25MW運行情況。

表1 大龍?zhí)讹L(fēng)電場全場潮流計算結(jié)果―關(guān)鍵節(jié)點電壓

計算條件 節(jié)點電壓

系統(tǒng)運行 風(fēng)場輸出 主變分接 作業(yè)編號 110kV 35kV/I段 35kV/II段

最大運行方式

（U=1.03） 最大

（2臺主變） 最高 7 1.013 0.954 0.939

主抽頭 8 1.012 1.002 0.984

最低 9 1.010 1.054 1.033

最小

（2臺主變） 最高 2 1.006 0.958 0.940

主抽頭 1 1.004 1.004 0.983

最低 3 1.001 1.054 1.029

50%PN

（#1主變） 最高 18 1.024 0.971 ―

主抽頭 17 1.021 1.017 ―

最低 16 1.019 1.068 ―

50%PN

（#2主變） 最高 19 1.023 ― 0.951

主抽頭 20 1.021 ― 0.995

最低 21 1.018 ― 1.043

最小運行方式

（U=0.93） 最大

（2臺主變） 最高 12 0.890 0.831 0.821

主抽頭 11 0.891 0.875 0.862

最低 10 0.891 0.922 0.906

最小

（2臺主變） 最高 6 1.006 0.958 0.940

主抽頭 4 1.004 1.004 0.983

最低 5 1.001 1.054 1.029

50%PN

（#1主變） 最高 13 0.923 0.872 ―

主抽頭 14 0.921 0.915 ―

最低 15 0.919 0.961 ―

50%PN

（#2主變） 最高 24 0.922 ― 0.854

主抽頭 23 0.920 ― 0.894

最低 22 0.918 ― 0.937

通過上述各種典型運行方式的潮流計算，可以全面了解風(fēng)電場在無功功率補償前節(jié)點電壓、支路功率等關(guān)鍵節(jié)點運行情況，對潮流計算結(jié)果進行綜合分析，該風(fēng)電場在加裝動態(tài)無功補償裝之前，主要問題為：系統(tǒng)電壓最低時，風(fēng)電場110kV母線電壓偏低，改善主變分接頭位置效果不明顯，尤其是觀音山和大龍?zhí)?條回線滿發(fā)功率時，110kV母線電壓更低，這主要是因為大龍?zhí)讹L(fēng)電場集電線大都采用架空集電線，充電無功較小，系統(tǒng)主要是感性無功，導(dǎo)致母線電壓低。

3.4大龍?zhí)讹L(fēng)電場無功補償容量評估

針對上述結(jié)果分析，在系統(tǒng)電壓最低時，對每一確定的風(fēng)機有功功率，可以計算出補償不同無功容量（PSASP可以批處理作業(yè)，無功補償容量可以按照0.1Mvar步長逐漸遞增）后相應(yīng)的不同的風(fēng)電場母線電壓值，從這些母線電壓中可以比較出達到最低電壓下限，最靠近額定電壓的電壓值，此電壓值對應(yīng)的無功補償容量即為系統(tǒng)所需的動態(tài)無功補償容量[8]。

表2 確定大龍?zhí)讹L(fēng)電場無功補償容量的潮流計算結(jié)果

計算條件 節(jié)點電壓

系統(tǒng)運行 風(fēng)場輸出 主變分接 作業(yè)編號 110kV 35kV/I段 35kV/II段 #1

SVG #2

SVG

最小運行方式

（U=

0.93） 最大

（2臺主變）

最高 30 0.939 0.884 0.889 0.03 0.03

29 0.960 0.911 0.916 0.05 0.05

28 0.982 0.939 0.943 0.08 0.08

主抽頭 25 0.943 0.935 0.940 0.03 0.03

26 0.967 0.966 0.970 0.05 0.05

27 0.991 0.998 1.002 0.08 0.08

最低 31 0.948 0.990 0.995 0.03 0.03

32 0.974 1.026 1.031 0.05 0.05

33 1.000 1.064 0.067 0.08 0.08

50%PN

（#1主變） 最高 34 1.033 1.088 ― 0.03

主抽頭 35 1.032 1.032 ― 0.03

最低 36 1.033 1.088 ― 0.03

50%PN

（#2主變） 最高 37 1.031 ― 0.981 0.03

主抽頭 38 1.032 ― 1.032 0.03

最低 39 1.033 ― 1.088 0.03

根據(jù)潮流計算結(jié)果，穩(wěn)態(tài)情況下，I/II段母線需至少配備3Mavr的容性動態(tài)無功補償裝置，再考慮一定的設(shè)計裕量即可。

4.已建風(fēng)電場動態(tài)無功補償裝置改造優(yōu)化

對于已建風(fēng)電場無功補償設(shè)備改造或者容量重新匹配應(yīng)用場合，利用現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確的優(yōu)化無功補償設(shè)備容量。

對于風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量，各個無功負荷自身的模型并非是最重要的，其對風(fēng)電場接入點表現(xiàn)出的電氣特性是最重要的，由于風(fēng)電場對系統(tǒng)的外部總體特性可近似為電流源，因此，為克服上述建模方法計算復(fù)雜的特點，本課題還擬采用基于現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建風(fēng)電場無功負荷電流源模型的方法，并根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負荷和短路阻抗，以模擬風(fēng)電場無功功率、電壓的變化，從而為風(fēng)電場無功補償容量的優(yōu)化設(shè)計提供參考指導(dǎo)，但是這種方法只能針對已建成風(fēng)電場，無法應(yīng)用于風(fēng)電場前期設(shè)計動態(tài)無功補償裝置定型。

4.1基于現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)的模型建立

基于現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建的風(fēng)電場系統(tǒng)模型如圖1所示，仿真環(huán)境采用PSCAD軟件，主要包括系統(tǒng)電源、主變壓器、集電線以及基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建的無功負荷電流源模型。

在風(fēng)電場現(xiàn)場主變壓器高、低壓側(cè)，各集電線及選定風(fēng)機設(shè)置測點，利用電能質(zhì)量監(jiān)測儀器實時記錄測點的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等關(guān)鍵電氣變量數(shù)據(jù)，這些現(xiàn)場實際無功、電壓變化錄波數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負荷等效無功電流源，以達到模擬實際風(fēng)電場無功、電壓等動態(tài)變化的目的。

4.2現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)處理

實際現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)處理步驟如下：

1）將數(shù)據(jù)復(fù)制轉(zhuǎn)存成txt格式；

2）在Matlab中通過textread命令讀取各列數(shù)據(jù)；

3）通過str2num命令將字符型轉(zhuǎn)換為數(shù)值型；

4）將取出的各列數(shù)據(jù)另存為PSCAD軟件認可的text格式如下：

5）錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過PSCAD的File Reader模塊直接讀??；

將錄波的電流數(shù)據(jù)作為電流源作為風(fēng)電場系統(tǒng)仿真模型的無功負荷模型。

為進一步模擬復(fù)現(xiàn)風(fēng)電場實際運行情況，在基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建無功負荷電流源模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負荷和短路阻抗，可以依據(jù)仿真模型電壓與現(xiàn)場實測錄波電壓有效值波動差異進行調(diào)整修正，修正后的結(jié)果如下圖所示，模型仿真與現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)基本一致，為下面的仿真奠定基礎(chǔ)。

4.3 補償容量仿真確定

通過SVG的無功補償，通過兩臺110kV變壓器注入到系統(tǒng)的無功功率都補償為零。

如圖7所示，6月6號該天中1號SVG需要輸出的最大無功功率為7.6Mvar，2號SVG需要輸出的最大無功功率為10Mvar。如圖8所示，6月8號改天#1 SVG需要輸出的最大無功功率為12.4Mvar，#2 SVG需要輸出的最大無功功率為10.4Mvar。

根據(jù)這兩天的仿真數(shù)據(jù)可見，要滿足風(fēng)場系統(tǒng)無功功率為零目標(biāo)，穩(wěn)態(tài)無功需求#1號SVG容量應(yīng)大于12.4Mvar，#2號SVG的容量應(yīng)大于10.5Mvar。

但是，若以滿足風(fēng)電場接入點電壓滿足0.97～1.07pu范圍為目標(biāo)，#1號SVG容量應(yīng)大于3Mvar，#2號SVG的容量應(yīng)大于3.5Mvar。與上述潮流計算的結(jié)果較為接近。

5.結(jié)論

針對現(xiàn)有國標(biāo)規(guī)程在風(fēng)電場無功容量設(shè)計過程中的局限性，本文以實際風(fēng)電場為分析研究對象，針對規(guī)劃中風(fēng)電場的動態(tài)無功補償設(shè)計和已建電場無功補償裝置改造設(shè)計中涉及的容量優(yōu)化配置分別提出了基于潮流計算的無功配置方法和基于現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)仿真模型的優(yōu)化設(shè)計方式，避開了繁雜的計算，具有較高的工程實用價值。

參考文獻

[1]劉明波.計及靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的無功優(yōu)化規(guī)劃.電力系統(tǒng)自動化，2005，29（5）.

[2]張平.風(fēng)電場無功優(yōu)化補償技術(shù)研究.湖南：長沙理工大學(xué)，2009.

[3]Daniel F O Wind farm reactive support and voltage control. Proceeding of the IREP 2010.

[4]張洋.風(fēng)電場無功補償容量及其控制方法研究.吉林電力大學(xué)，2005

[5]陸以軍.基于雙饋機組的風(fēng)電場潮流計算模型研究.新能源發(fā)電控制技術(shù)，Vol.31，No.4，2009.

[6]劉序.計及集電線路的風(fēng)電場潮流計算變PQ迭代法及應(yīng)用.吉林電力，Vol.38，No.6，2010.

[7]饒成誠.基于PSASP的并網(wǎng)風(fēng)電場潮流分析.水力發(fā)電，Vol.39，No.4，2013.

[8]劉艷妮.電力系統(tǒng)潮流計算中風(fēng)電場模型研究.華東電力，Vol.36，No.4，2008.

作者簡介

孫大南（1986.1―），博士，安徽桐城人，2012年畢業(yè)于北京交通大學(xué)電氣工程專業(yè)，現(xiàn)供職于思源電氣股份有限公司，主要進行高壓靜止無功補償裝置研發(fā).

基金項目