【電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償及無功補(bǔ)償分區(qū)原理綜述3300字】

電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償及無功補(bǔ)償分區(qū)原理綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u22069電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償及無功補(bǔ)償分區(qū)原理綜述 19361.1無功補(bǔ)償基本原理 1117371.2電網(wǎng)無功補(bǔ)償對(duì)電壓的影響 2203101.3電網(wǎng)無功補(bǔ)償對(duì)有功損耗的影響 291151.4無功補(bǔ)償分區(qū)原理 4291311.5無功補(bǔ)償分區(qū)的方法 51715第一種是向上分級(jí)歸類分區(qū)算法： 526690第二種是基于圖論的分解分區(qū)算法： 518094第三種是聚類分區(qū)算法： 51.1無功補(bǔ)償基本原理在電力系統(tǒng)中，具有感性阻抗特性和容性阻抗特性的設(shè)備以并聯(lián)或串聯(lián)方式連接到電力系統(tǒng)。具有容性阻抗特性的設(shè)備和具有感性阻抗特性的設(shè)備具有相反的充電和放電特性。當(dāng)容性裝置釋放能量時(shí)，感性裝置吸收能量，而當(dāng)感性裝置釋放能量時(shí)，容性裝置吸收能量。在電力系統(tǒng)中，不僅電網(wǎng)中許多電氣元件需要消耗無功功率，許多負(fù)荷也需要消耗無功功率。而這就導(dǎo)致了在電能輸送過程中，電壓會(huì)出現(xiàn)損耗，這就需要補(bǔ)償無功功率來降低電壓損耗，而無功功率不可能由發(fā)電機(jī)發(fā)出然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，所以需要在消耗無功功率的地方和電壓出現(xiàn)損耗的地方來就地產(chǎn)出無功功率，這就是無功補(bǔ)償。又因?yàn)殡娋W(wǎng)中的大多數(shù)負(fù)載都具有感性阻抗特性，因此無功功率主要由電力系統(tǒng)中的電容器提供。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大意義。合理選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)和合理配置電力系統(tǒng)無功可有效維持電力系統(tǒng)電壓水平，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。它還可以防止無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，以減少功率損失，并且使電力系統(tǒng)可以安全，經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。在電力系統(tǒng)中優(yōu)化無功功率的計(jì)劃涉及兩個(gè)方面：確定無功功率補(bǔ)償點(diǎn)和每個(gè)無功功率補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償能力。無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的選擇對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性有很大關(guān)聯(lián)。確定主要補(bǔ)償點(diǎn)，對(duì)無功補(bǔ)償和無功優(yōu)化都具有很大影響。1.2電網(wǎng)無功補(bǔ)償對(duì)電壓的影響在電力系統(tǒng)中，為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定，電網(wǎng)的電壓必須維持在額定的運(yùn)行范圍內(nèi)，而無功功率對(duì)電網(wǎng)電壓有很大影響，無功功率不足或過剩都會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓偏離正常范圍。而電網(wǎng)電壓又反映了電網(wǎng)無功功率在電網(wǎng)中是不是合理分布的。 (2-1)其中，式中，為電壓損失，為線路的有功功率，為線路的無功功率，為線路的等效電阻，為線路的的等效電抗。由此可見，在電網(wǎng)參數(shù)確定的情況下，線路電壓損耗與輸送的有功和無功功率大小有關(guān)，當(dāng)線路輸送有功功率一定時(shí)，無功功率越大，線路電壓損耗越大。因此，為了使配電網(wǎng)的電壓保持在額定運(yùn)行范圍內(nèi)，必須向配電系統(tǒng)提供合理的無功功率，否則，由于無功功率不足，線路電壓將被迫下降，而無功率過剩會(huì)導(dǎo)致線路電壓升高，會(huì)偏離正常工作范圍。 （2-2） （2-3） （2-4）其中為投入的無功功率，為無功補(bǔ)償系數(shù)，為投入無功補(bǔ)償前后線路的壓降相對(duì)值，cosφ為功率因數(shù)，為線路阻抗比。由上式可知，無功補(bǔ)償對(duì)線路電壓幅值降落的控制水平與無功補(bǔ)償系數(shù)有關(guān)，負(fù)載功率因數(shù)角φ與線路阻抗比密切相關(guān)。線路參數(shù)和負(fù)載功率因數(shù)確定的情況下，通過合理調(diào)整無功功率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，使電網(wǎng)處于閉合狀態(tài)在電壓范圍內(nèi)。1.3電網(wǎng)無功補(bǔ)償對(duì)有功損耗的影響電網(wǎng)有功損耗是用來衡量電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和管理完善的標(biāo)志，電網(wǎng)無功輸送水平和無功補(bǔ)償水平與網(wǎng)損直接相關(guān)。當(dāng)線路的額定電壓為，線路電阻為時(shí)，線路傳輸?shù)挠泄β蕿?，無功功率為，則有功功率損耗的計(jì)算公式為 (2-5)當(dāng)線路傳輸有功功率和無功功率時(shí)，線路上就會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗，可用式（2-5）表示。當(dāng)電力系統(tǒng)輸送的有功功率和無功功率一定時(shí)，系統(tǒng)有功功率損耗與線路電阻成正相關(guān)，即線路電阻越大大，有功功率損耗越大；一般情況下，電網(wǎng)線路的參數(shù)是固定的，輸送的有功功率相對(duì)穩(wěn)定，因此，由公式(2-5)可知系統(tǒng)的有功損耗與輸送無功功率的平方有關(guān)，線路傳輸無功功率越大，有功損耗越大。為了有效降低電網(wǎng)的有功電能損耗，電網(wǎng)的無功功率分布應(yīng)合理配置，使線路無功傳輸距離最小，同時(shí)，應(yīng)盡可能在負(fù)荷附近實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，就地平衡無功功率，降低有功損耗。電力系統(tǒng)視在功率定義為： (2-6)功率因數(shù)定義為： (2-7)一般來說，功率因數(shù)可以直接反映線路傳輸視在功率中的有功功率和無功功率所占比例，當(dāng)輸電線路具有一定的工作功率時(shí)，功率因數(shù)大小取決于線路本身無功功率的大小。負(fù)荷所需的無功功率越大，功率因數(shù)越小；負(fù)荷所需無功功率越小，功率因數(shù)越大。對(duì)電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)钠渲幸粋€(gè)目的就是使電網(wǎng)功率因數(shù)保持在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，補(bǔ)償?shù)臒o功功率大小直接影響功率因數(shù)的大小。當(dāng)功率因數(shù)=1時(shí)，稱為完全補(bǔ)償；在從零補(bǔ)償?shù)酵耆a(bǔ)償?shù)倪^程中，有功損耗越來越?。划?dāng)補(bǔ)償容量大于完全補(bǔ)償時(shí)稱為過補(bǔ)償，此時(shí)，有功功率損耗將逐漸增大。所以，現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行電網(wǎng)無功補(bǔ)償時(shí)，線路補(bǔ)償度不會(huì)太高也不會(huì)太低，一般都會(huì)控制在0.9-0.95之間。如果電容器投入運(yùn)行前的有功功率損耗為，則 （2-8）將電容器投入運(yùn)行后的有功功率損耗設(shè)為，則 （2-9）其中，為無功補(bǔ)償容量。則無功補(bǔ)償前后有功功率損耗的相對(duì)值為： （2-10）由式（2-10）可知，線路有功功率損耗受到電網(wǎng)中無功功率的分布很大影響，并且它與功率因數(shù)有很大關(guān)系。補(bǔ)償系數(shù)越大，對(duì)有功損耗的影響越明顯。功率因數(shù)確定時(shí)，通過合理分配無功功率，可以有效降低電網(wǎng)的有功損耗，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。1.4無功補(bǔ)償分區(qū)原理隨著現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展，以往的電壓/無功控制都是集中起來進(jìn)行控制的，這樣的集中控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的電網(wǎng)對(duì)無功功率的需求，于是就有了將原本大的電網(wǎng)分成小的子電網(wǎng)的想法。所以電網(wǎng)分區(qū)就是將一個(gè)大且復(fù)雜的電力系統(tǒng)，通過某種方法將其分為一個(gè)個(gè)小的子電網(wǎng)。無功補(bǔ)償分區(qū)的思想是將系統(tǒng)分為若干個(gè)子電網(wǎng)，子電網(wǎng)內(nèi)部的電氣量為強(qiáng)耦合關(guān)系，不同子電網(wǎng)之間的電氣量為弱耦合關(guān)系。在這種情況下，子電網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)電壓受子電網(wǎng)內(nèi)部因素影響，受子電網(wǎng)外的因素影響很小。因?yàn)樽与娋W(wǎng)之間是弱耦合關(guān)系，所以電壓變化規(guī)律不同，各子電網(wǎng)間的電壓控制是相對(duì)獨(dú)立的。為了控制各子電網(wǎng)的電壓水平，我們需要找出能代表每個(gè)子電網(wǎng)電壓水平的中樞節(jié)點(diǎn)，以此來維持與該中樞節(jié)點(diǎn)緊密相關(guān)的子電網(wǎng)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的電壓水平。因此，在無功分區(qū)中選擇合理的中樞節(jié)點(diǎn)對(duì)無功補(bǔ)償十分重要。為了保證無功分區(qū)的有效性和合理性，需要遵循一些無功分區(qū)的基本原則:盡量減少相鄰子電網(wǎng)間的影響，保證子電網(wǎng)內(nèi)部強(qiáng)耦合，子電網(wǎng)之間弱耦合；分出子電網(wǎng)的數(shù)目和范圍大小要合適，范圍太大不容易控制，范圍太小又失去了無功分區(qū)的意義；保障各子電網(wǎng)的無功功率平衡，并且留有一定裕度，以免在控制電壓時(shí)無功不足。近年來，無功補(bǔ)償在電網(wǎng)電壓安全中所占的比重越來越大，合理的無功分區(qū)越來越受到關(guān)注。分區(qū)主要是為了減小控制策略的求解范圍來達(dá)到信息解耦的目的，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的Robust性能。但傳統(tǒng)意義上最簡單的電網(wǎng)無功分區(qū)是由各個(gè)地區(qū)所在的電力公司進(jìn)行劃分，雖然這種方式也能將電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，但隨著電網(wǎng)越來越大越來越復(fù)雜，這種方式會(huì)被別的方法取代，原因就是現(xiàn)代電網(wǎng)講究無功功率傳輸?shù)碾姎饩嚯x和無功補(bǔ)償效應(yīng)，僅以地理位置和地區(qū)特性進(jìn)行分區(qū)，并沒有考慮電力系統(tǒng)的電氣特性。1.5無功補(bǔ)償分區(qū)的方法第一種是向上分級(jí)歸類分區(qū)算法：想上分級(jí)歸類分區(qū)算法以電力系統(tǒng)專家經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，給定一個(gè)初始分區(qū)半徑，然后用給定的分區(qū)半徑內(nèi)判斷電力系統(tǒng)中任意兩節(jié)點(diǎn)間電氣距離是否符合分區(qū)半徑要求，如果兩節(jié)點(diǎn)間的電氣距離符合分區(qū)半徑要求，則將距離最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合并成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)集合，再用這個(gè)節(jié)點(diǎn)集合參加下一次的合并。為了確保所有節(jié)點(diǎn)都能被規(guī)劃到合理的分區(qū)中，分區(qū)半徑將會(huì)逐漸增大。第二種是基于圖論的分解分區(qū)算法：這種分區(qū)算法以圖為基礎(chǔ)，用圖將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)通過某種變量進(jìn)行連接，連接線的變量權(quán)重系數(shù)取決于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的變量耦合關(guān)系，若耦合關(guān)系強(qiáng)，則變量權(quán)重系數(shù)大；若耦合關(guān)系弱，則變量權(quán)重系數(shù)就小，通過變量權(quán)重系數(shù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，就形成了圖，根據(jù)形成的圖，輔以一定的條件，再采用統(tǒng)一規(guī)則進(jìn)行分區(qū)的劃分。這種算法多用靈敏度矩陣來作為權(quán)重系數(shù)，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行簡單的分區(qū)。這種算法的缺點(diǎn)是沒有