配电网高压无功调节装置的设计及优化探究

罗潇

摘   要：随着国民经济增长的需要，用电量也在快速的增长。搞好电网的无功配置，降低线损提高电力系统输电线的效率，保障电压质量是电力系统目前急需要解决的问题。通过配电网无功电源的合理配置，实现无功负荷，达到提高配电网稳定，降低有功网带来的损耗。本文通过阐述高压无功调节装置现状、优点和問题，结合国家对高压无功管理的要求，探究在配电网应用高压无功调节装置方案优化设计。

关键词：配电网  高压  无功调节装置  优化策略

中图分类号：TM72                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0066-02

电压作为配电网系统中衡量电能质量的重要一项指标，电压的过高或者过低都会影响到电力设备的使用效率和寿命，甚至会严重的危及到配电网的安全稳定，造成电压崩溃发生大面积的停电事故。无功功率的平衡保证了电压稳定的重要措施。配电网中电压的过高或者国定都会增加电力系统中设备的有功损耗，降低电力传输的效率。如果因为配电网中无功功率的不足造成了供电功率因数的下降，那么就会造成配电网中设备的发热损耗增大，增加线损。另外，无功功率的过剩也会造成配电网中电压上升，影响到电力设备的使用寿命。因此，在电力系统只有通过无功管理实现无功分层、分区，减少无功的输送，才能降低线损保证电压稳定。

1  目前我国电力系统中对高压无功装置应用状况

在电力系统中对无功的配置主要分成感性和容性两种无功配置。在配电网输电线路中存在电容，长距离的输电极易在线路末端的电压不断升高，所以，必须通过并联电感元件或者是串联电容元件来实现无功平衡，保证电压符合配电网的要求。目前在配电网中应用最多的是电机等感性的负载，造成感性无功过剩，降低了电压的质量，增加了线损。目前在配电网中主要应用的无功方式有如下几种。

1.1 同步调相机

该原理是通过在励磁状态下向配电网提供感性无功，在欠励磁状态下提供容性无功。同步调相机的设备是在不停的运动中，往往因为安装投入大，运费高以及检修费用大和时间长的原因随着无功补偿装置SVC、SVG装置的出现，同步调相机已逐步被淘汰。

1.2 固定电容器组

该设备的主要特点是投资低，但是它在应用的过程中无法及时的满足配电网对无功的需要，常常出现过补、欠补等问题。目前因为它的成本和运输费用低，在电力系统中应用占据主要地位。

1.3 分组投切电阻器组

分组投切电阻器组，即VQC，它是通过把固定的电容器组分割成多个小电容器组，按照配电网中对无功的实际需求进行增加或者切除。但是因为电容器在投切的过程中会产生很大的涌流和电压，极大的影响到电容器组的正常使用。目前该技术在配电网应用相对较少。

1.4 静止补偿器

静止补偿器即SVC，他是通过把感性、容性两种无功电器组融合在一起，通过控制电容或者电抗来改变无功的输出满足配电网的需求。它的特点是可以从感性到容性变化，使用范围大。而它的造价过于昂贵，在实际的运行维护中费用过高且程序复杂;在使用中还会产生高次谐音波，对电网造成污染。

2  高压无功调节装置的原理、构造以及优点

2.1 原理

根据电容器无功的出力大小与电压、频率、容量大小的关系可通过公式：Q=2∏fCU2计算而得。改变电容量C的大小实现电容器的自动投切控制改变Q值，国外有通过改变频率f来改变无功的大小。在我国主要改变电容器电压U来改变无功的输出容量。原理接线如图2所示。

2.2 构造

高压无功装置主要有3部分组成。

2.2.1 控制器

按照九区图原理根据系统的电流、电压等信号，设定电压值以及cosφ值进行分析，如果电压和cosφ不合格则通过调节变压器改变电容器中无功的输出，保证电压和cosφ满足设备的使用要求。同时控制器具备显示和运动的接口，满足了系统运动的需要。

2.2.2 电压调节器

它是一个有载自耦的调压器，通过优化计算调节器中输出的电压是母线电压的1005～60%。以9档的方式实现控制，每档调节额定电压的5%。电容器中的额定电压从母线中电压选取，无功输出容量是100%～36额定容量。使用寿命不小于国标规定的50000次，完全足够满足20～25年使用时间。

2.2.3 电容器是无功电源

电容器（C）氛围线路型和变电站两种，在结构上两者是一直的，只是在容量上有所差别。线路容量为300kvar～1000kvar，变电站的是750kvar～18000kvar。可分为6kv、10kv、35kv。在功能上变电站是通过调节主变分接头控制母线的电压，线路型无法实现这样的功能;变电站可以控制型号实现主变电源侧三相电流电压，而线路型控制的是BC相线电压A相电流实现电容器的无功输出。

2.3 优点

高压无功装置在配电网中使用有如下优点。

首先，电容器在接入的过程中，不用分组、投切即可实现9档的无功输出，容量控制可从36%到额定容量;其次，电容器在调节的过程中不会出现无涌流、电压等，保证电容器永远在额定的电压下运行，确保设备的安全使用和寿命;再次，通过采用低压合闸的方式把无功装置输出的电压控制在60%～70%额定电压之下，大大减少了合闸过程中的涌流对电压系统和电容器的冲击。最后，在调节电压过程中不会出现冲击放电，设备可以实现频繁调节，在使用中产生的附加损耗非常小。

3  高压无功装置主要解决两个关键问题

在电容运行的过程中，需要解决过电压问题和谐振与谐波两個问题。首先，在投切电容器时会因为开关的性能和合闸的角度问题产生过电压影响电容的运行。而高压无功装置通过调节电容两端的电压，在合闸的过程中以最低电压状态下合闸，从根本上避免了有害过电压和合闸过程中涌流的产生。其次，谐振的产生主要是因为谐振回路的谐振频率和是否有谐波源。高压无功装置原理上也是一个谐振回路，主要通过有效降低调压器的电抗值提高谐振的频率，避免了有害谐振的产生。

4  高压无功装置的设计方案

在配电网过于复杂，首先假设配电网中存在n个节点，以24h的电能损耗作为目标函数，将接头装置和无功变量作为可控变量，即得到如下数学模型：

在等式中计算无功调节装置存在20多个变量，计算中数据的准确性无法把握，那么通过整点时刻计算得到如下公式：

通过本公式可知，当电压在合理的范围内时，将会减少对其他节点的限制。通过调节装置来选择VQC限值，为了让无功装置达到理想效果，需要从以下方式进行调整。

首先，提高潮流计算的效率。通过适当的降低计算精确度，对相同的适应度全面检查，从而确保是否有相似的个体存在。其次，在优化的过程中，必须要保证可行解的存在，才能消除电压本身的无功越限从而在公式中获得最优解。因为无功功率无法长距离实现输出工作，因此必须对节点的距离加以控制。最后，在实际的编码过程中，将变压器以变量的方式进行处理，用数据组之间容量关系，优化出高压无功装置之间变量关系，计算出配电网中高压无功装置最优设置。

参考文献

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