無(wú)功補(bǔ)償原理及無(wú)功補(bǔ)償容量的確定計(jì)算思路分析目錄TOC\o"1-3"\h\u21722無(wú)功補(bǔ)償原理及無(wú)功補(bǔ)償容量的確定計(jì)算思路分析 1104011.1無(wú)功補(bǔ)償原理分析 1224231.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t 356321.3無(wú)功補(bǔ)償裝置 3231291.4無(wú)功補(bǔ)償容量的確定 4108191.5案例仿真 5206251.5.1簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的設(shè)計(jì) 552971.5.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算及檢驗(yàn) 5306271.5.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn) 6對(duì)于電力系統(tǒng)，合理調(diào)壓在保證電力系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行方面具有及其重要的意義。本章將著重論述無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?，無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t，以及目前常見(jiàn)的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置，簡(jiǎn)述其補(bǔ)償機(jī)制與優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量的確定。最后，提出一個(gè)簡(jiǎn)單電力網(wǎng)設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行計(jì)算、檢驗(yàn)，并采用Matlab進(jìn)行仿真模擬，以此論證無(wú)功補(bǔ)償?shù)目尚行浴?.1無(wú)功補(bǔ)償原理分析電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償指的是通過(guò)串并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，向電網(wǎng)中注入無(wú)功功率。一般來(lái)說(shuō)，在超高壓電網(wǎng)的線(xiàn)路、變壓器的等值電路中，電抗的數(shù)值比電阻大得多。所以無(wú)功功率對(duì)電壓損耗的影響很大，而有功功率對(duì)電壓損耗的影響則要小得多。因此，在電力系統(tǒng)中，無(wú)功功率是造成電壓損耗的主要因素[6]。本節(jié)針對(duì)線(xiàn)路末端并聯(lián)電容器方法進(jìn)行一個(gè)原理論述。首先，我們提出一個(gè)簡(jiǎn)單的電力網(wǎng)絡(luò)示意圖，如圖2-1所示。所有的參數(shù)已歸算至同一電壓等級(jí)。U2ⅡⅠU1Z=R+jXU2ⅡⅠU1Z=R+jXS2=P2+jQ2圖2-1簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)示意圖其中：取Z=R+jX為母線(xiàn)Ⅰ到母線(xiàn)Ⅱ之間總阻抗；取S2=P2+jQ2為末端負(fù)載。在線(xiàn)路較短時(shí)，線(xiàn)路兩端相角差一般不大，可以忽略電壓降落的橫分量。故可以近似用電壓降落的縱分量來(lái)表示線(xiàn)路始末端的電壓損耗：（2-1）有R<<X，故P2R<<Q2Z，式2-1可以近似為（2-2）當(dāng)線(xiàn)路一定時(shí)，X為常數(shù)，Q2減小，U2一定，此時(shí)減小。為使Q2減小，在線(xiàn)路末端并聯(lián)電容器組，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，如圖2-2示。此時(shí)電容器發(fā)出感性無(wú)功QC，此時(shí)線(xiàn)路上經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的流過(guò)的無(wú)功功率為：（2-3）ⅠⅡQCS2=P2ⅠⅡQCS2=P2+jQ2U1U2Z=R+jX圖2-2采用并聯(lián)電容器組補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)示意圖此時(shí),有（2-4）有,故。說(shuō)明，在采取并聯(lián)電容器組以后，電壓降落幅值減小，從而末端電壓得到了提高。1.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t是：按電壓分層，按電網(wǎng)分層，就地平衡，避免無(wú)功功率的遠(yuǎn)距離輸送，以免占用線(xiàn)路輸送容量和增加有功損耗，即“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”。同時(shí)，電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償還要求充分考慮：總體平衡和局部平衡之間的緊密聯(lián)合；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償?shù)木o密聯(lián)合；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償?shù)木o密聯(lián)合；調(diào)壓與降壓的緊密結(jié)合[7]。只要無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施嚴(yán)格按照基本原則進(jìn)行投運(yùn)、工作，就可以發(fā)揮出最大效用。1.3無(wú)功補(bǔ)償裝置目前，并聯(lián)電容器組是進(jìn)行各級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用最廣泛的方法之一。電容器組可將電壓維持在相對(duì)穩(wěn)定的較高平均值，增加電力系統(tǒng)負(fù)荷電壓的穩(wěn)定性。同時(shí)可以提供容性電流，抵消線(xiàn)路中的感性電流，減少傳輸元件的無(wú)功功率響應(yīng)。其本身有功功率損耗小，安裝簡(jiǎn)單、使用方便，維護(hù)工作量小，一次投資少。但由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，過(guò)高環(huán)境溫度、運(yùn)行電壓都會(huì)影響其性能與壽命，且不能進(jìn)行快速連續(xù)調(diào)壓[8]。同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)可以在最大負(fù)荷時(shí)過(guò)激運(yùn)行，輸出的無(wú)功功率為感性無(wú)功。在最小負(fù)荷狀態(tài)下可以欠激運(yùn)行，發(fā)出容性無(wú)功功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整電壓的作用。由于其運(yùn)行損耗大，運(yùn)行維護(hù)困難，并且電壓波動(dòng)主要是電壓降落的問(wèn)題，相比并聯(lián)電容器組在降低電壓降落幅值和便捷性上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可言。同步調(diào)相機(jī)可以裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，能自動(dòng)地在電網(wǎng)電壓降低時(shí)增加輸出的無(wú)功功率，以維持系統(tǒng)電壓。特別是有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置時(shí)，在系統(tǒng)故障時(shí)也能提高電網(wǎng)的電壓[9]。靜止補(bǔ)償器全程為靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器（SVC）。目前常用的有晶閘管控制電抗器型（TCR型）、晶閘管開(kāi)關(guān)電容器型（TSC型）和飽和電抗器型（SR型）三種[10]。SVC屬于動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償電源，在可控制的電抗器以及靜電電容器并聯(lián)后，電控器可以吸收電容器所發(fā)出的無(wú)功功率，并根據(jù)不同的負(fù)荷情況來(lái)完成對(duì)電壓的調(diào)整，通過(guò)調(diào)整電壓來(lái)保證母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定性。通過(guò)靜止補(bǔ)償器能夠保證電壓在調(diào)整過(guò)程中的穩(wěn)定性，除此之外，靜止補(bǔ)償器的運(yùn)行維護(hù)以及功率損耗也都具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此，靜止補(bǔ)償器調(diào)整電壓擁有很好的適用性[11]。無(wú)功補(bǔ)償裝置各有其特點(diǎn)，實(shí)際電網(wǎng)應(yīng)用中，選用設(shè)備要從綜合效用、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境因素等進(jìn)行綜合考慮，才會(huì)實(shí)現(xiàn)資源配備最優(yōu)化。1.4無(wú)功補(bǔ)償容量的確定電容器僅發(fā)出感性無(wú)功，故對(duì)輸電線(xiàn)路而言，只能提高線(xiàn)路末端電壓。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行在處于最小負(fù)荷狀況下，電壓降落幅值最小，電容器組應(yīng)不動(dòng)作或全部退出運(yùn)行；當(dāng)處于最大負(fù)荷情況下，電壓降落幅值最大，電容器組應(yīng)全部投入工作，用以提高負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓。故確定無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘浚瑧?yīng)當(dāng)由最大負(fù)荷情況推導(dǎo)得出。假設(shè)當(dāng)前處于最大負(fù)荷情況，根據(jù)圖2-2進(jìn)行分析如下：簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中電壓降落幅值由式2-2：（2-5）補(bǔ)償前U2處于最低值U2min，母線(xiàn)Ⅰ處電壓U1為：（2-6）補(bǔ)償后U2升高至U2C，母線(xiàn)Ⅰ處電壓U1為：（2-7）補(bǔ)償前后母線(xiàn)Ⅰ處電壓U1不變，故聯(lián)立式2-6與式2-7得：（2-8）整理得：（2-9）調(diào)整電壓前后，相對(duì)于母線(xiàn)Ⅱ處電壓，電壓降落提高幅值數(shù)值很小，故（2-10）代入式2-8得：（2-11）確定出補(bǔ)償容量QC。1.5案例仿真1.5.1簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)具有雙母線(xiàn)輸電的簡(jiǎn)單電力網(wǎng)模型，如圖所示。圖中參數(shù)如下：母線(xiàn)Ⅰ處保持電壓U1為38.5kV，線(xiàn)路參數(shù)r1=0.01273，L1=0.9337×10-3,輸電線(xiàn)路長(zhǎng)200km，負(fù)載S2=5×106+j3×106VA。要求母線(xiàn)Ⅱ處保持電壓U2為35kV，求對(duì)該電力網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。U1=38.5kVU2=35kVU1=38.5kVU2=35kVS2=P2+jQ2ⅡⅠZ=R+jX圖2-3簡(jiǎn)單電力網(wǎng)模型1.5.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算及檢驗(yàn)對(duì)所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單電力網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算：有x1>>r1，線(xiàn)路電壓降落近似計(jì)算為：此時(shí)母線(xiàn)U2值為：求得補(bǔ)償容量QC：反推校驗(yàn),補(bǔ)償后線(xiàn)路中流經(jīng)的無(wú)功功率為：此時(shí)線(xiàn)路的電壓降落幅值為：求得此時(shí)的母線(xiàn)Ⅱ電壓U2：此時(shí)求得的U2與要求保持的電壓相等，校驗(yàn)正確。1.5.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單電力網(wǎng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，采用MATLAB進(jìn)行。仿真設(shè)計(jì)中的各數(shù)據(jù)與圖2-3所示的簡(jiǎn)單電力網(wǎng)示數(shù)保持一致。設(shè)計(jì)思路如下：采用一個(gè)三相電源模擬一個(gè)簡(jiǎn)單無(wú)窮大電網(wǎng)，給予B1母線(xiàn)初始電壓38.5kV。其中線(xiàn)路參數(shù)r1=0.01273，L1=0.9337×10-3,輸電線(xiàn)路長(zhǎng)200km，負(fù)載S2=5×106+j3×106VA?？偡抡鏁r(shí)間為0.4s，斷路器在0.1s時(shí)閉合。斷路器閉合后，無(wú)功補(bǔ)償電容器投入使用，其無(wú)功補(bǔ)償QC=1.08837×106var。其中B1、B2均為母線(xiàn)，采用三相V-I測(cè)量，使用label連接到示波器進(jìn)行顯示。圖2-4簡(jiǎn)單電力網(wǎng)Matlab仿真圖仿真結(jié)果及分析：B1上的電壓讀數(shù)為5.445×103V,即電源電壓有效值為：圖2-5母線(xiàn)B1處電壓波形圖母線(xiàn)B2處的電壓波形，如圖2-6所示.在0.1s斷路器閉合后，當(dāng)電容器組開(kāi)始提供無(wú)功補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間的電壓波動(dòng)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)以后，電壓明顯上升。圖2-6母線(xiàn)B2處波形圖補(bǔ)償前具體波形，如圖2-7所示：圖2-7補(bǔ)償前具體波形示意圖得到兩點(diǎn)數(shù)據(jù)的峰值，此時(shí)平均值為：有效值為：補(bǔ)償后具體波形，如圖2-8所示：圖2-8補(bǔ)償后具體波形示意圖得到兩點(diǎn)數(shù)據(jù)的峰值，此時(shí)平均值為：有效值為：此時(shí)補(bǔ)償量QC為：經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算以及仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，兩者均存在一定的誤差。但