在线网络拓扑无功补偿

孙艳，范其明天津轻工职业技术学院；天津中德职业技术学院

在线网络拓扑无功补偿

孙艳1，范其明2
1天津轻工职业技术学院；2天津中德职业技术学院

摘要：本文主要介绍了无功补偿的原理、补偿容量计算方法、在线网络拓扑和在线无功补偿

关键词：无功补偿；补偿容量；网络拓扑

1、无功补偿基本原理

工业负荷和民用负荷多数都为感性负载，需要消耗无功功率。负荷的无功功率可以由输电系统直接供给，也可以由补偿电容器供给。如果采用输电系统提供无功功率，那无功在传输时就会有线路损耗和变压器损耗产生，降低系统整体效益；如果通过补偿电容器就地补偿无功功率，无功功率就不需要传输，从而降低线路和变压器损耗，提高系统传输功率。

2、确定补偿容量的几种方法

根据运行指标的不同，确定配电网无功补偿容量QC的方法也不同。

2.1从提高功率因数需要确定补偿容量

Pav：电力网最大负荷日的平均有功功率；cosϕ1：补偿前的功率因数；cosϕ2：补偿后的功率因数。其中cosϕ1应选取最大负荷日平均功率因数，cosϕ2合理选取。

2.2从降低线损需要来确定补偿容量

在网络参数一定的条件下，线路损耗与电流I平方成正比。无功补偿前后的电流分别为I1和I2，由于加装电容不会影响电流有功分量，故补偿前后有功分量为I1R=I2R

2.3从提高运行电压需要来确定补偿容量

如图1所示电力系统，由于线路损耗，电压经线路传输到达末端时会较低，为了提高运行电压，可以在U2处补偿电容，提高末端电压，需要注意提高后的电压不能越限。

图1　简单电力系统示意图

装设补偿电容后，电源电压U1认为不变，变电所母线电压U2升到U'2，所以

2.4用补偿当量确定补偿容量

无功经济当量Cb是指线路投入单位补偿容量时，有功损耗的减少值。

当采用补偿当量确定补偿容量时，可将线路分成n段，n个线段的总无功补偿容量为：

3、电网在线拓扑及无功补偿

要实现在线拓扑并进行无功补偿，首先对电网中各种元器件建模，包括发电机组、线路、变压器、断路器、电容器、负荷等，然后结合电网实时状态、模拟数据进行网络拓扑分析，得到网络连接图。

如果从提高运行电压需要在线拓补计算补偿容量，要根据电气连接图，计算出各补偿母线节点到电源节点的线路电抗值。

在根据电气连接图计算线路电抗值时，本文采用广度优先搜索算法。搜索过程为：在电气连接图中任选一顶点v为起点，依次搜索它的邻接点w1、w2、w3、…、wt，然后再分别以w1、w2、w3、…、wt为起点搜索与其连接的未曾搜索过的节点，依此类推，直至与起点v连通的所有节点都被搜索过为止。

电网具体拓扑过程如下：

图2为某一电网部分电气连接图。规定每一种元件都有一种编码，电源点的母线为节点1，并且已知每条线路的阻抗值和负荷端母线电压值。

图2　66KV电网电气连接图

其具体步骤如下：

（1）首先读取电气连接图中各个元件编号，并判断开关和断路器通断状态，对于断开的开关、断路器，需要删除该支路上的线路。图2中，如果节点2为断开状态，则应删除连接图中的节点2、3、4。

（2）在（1）的基础上，根据广度优先搜索算法，将电气连接图生成一个元件后续队列：1、6、9、16、7、10、15、8、11、14、5、12、13、20、19、10、17。

（3）确定一个元件连接二维数组，数组元素为两个相连接元件的节点号。图2生成的连接关系数组分别为(1,6)、(7,8)、(8,5)、(1,9)、(9,10)、…。

（4）确定一个多维后续数组a[n][m]，表示与某一节点相连的所有后续节点，n为节点数，m为一个小于n的常数。图2的后续数组分别为：

a[0][m]={1,2,6,9,16,0，…},a[1][m]={2,3,0,0,…},a[2][m]={3,4,0, 0,…},…。

（5）确定由一个节点和其前节点组成的前继数组。图2生成的前继数组为（5,8）、（8,7）、（7,6）、（6,1）、（12,11）等。

通过以上五步就能完成了配电网拓扑，就可以得到由母线节点5、12、13、17到等效电源点1的有效路径，从而计算出路径阻抗值，实现无功补偿容量的计算。

参考文献:

[1]于锟.网络拓扑分析算法的研究与设计，大连海事大学，2008.

[2]李春立.配电GIS中配网拓扑特征提取及网络拓扑分析的方法，华中科技大学，2006

[3]龙启峰等.基于面向对象技术的电力网络拓扑分析新方法，电力系统及其自动化学报，2005，17(1)：73-77