【正文】 ..................... 1 問題的提出 ................................................................................................. 1 第 2 章 無功補償裝置及補償方式分析 ................................................................. 3 無功補償裝置 ............................................................................................. 3 高壓無功補償裝置 ..................................................................................... 4 中壓線路無功補償裝置 ............................................................................. 6 低壓無功補償裝置 ..................................................................................... 7 國內(nèi)主要補償方案及無功補償裝置存在的問題 ..................................... 8 目前主要的無功補嘗裝置存在的缺點 ................................................... 10 第 3 章 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償 ............................................................................... 12 電網(wǎng)無功優(yōu)化補償?shù)闹匾?................................................................... 12 電網(wǎng)無功優(yōu)化補償?shù)脑?....................................................................... 14 電網(wǎng)無功化補償?shù)难芯楷F(xiàn)狀 ................................................................... 16 電網(wǎng)無功優(yōu)化補償?shù)碾y點分析 ............................................................... 18 第 4 章 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償系統(tǒng)的實現(xiàn) ........................................................... 20 配電網(wǎng)無功補償?shù)臒o級調(diào)節(jié)的實現(xiàn) ....................................................... 20 無功補償裝置電流諧波放大及其抑制措施 ........................................... 24 “振蕩投切”現(xiàn)象的解決方案 ................................................................ 29 三相不平衡負載補償?shù)脑?................................................................... 33 電網(wǎng)無功優(yōu)化補償算法 ........................................................................... 37 結(jié) 論 ....................................................................................................................... 42 參考文獻 ................................................................................................................. 43 致 謝 ....................................................................................................................... 44 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1章 概 述 課題研究的目的和意義 電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五部分組成。因此，配電網(wǎng)優(yōu)化具有 :降低損耗、提高電壓質(zhì)量、縮短停電時間、縮小停電面積等意義 [1]。因此，在公用變低壓側(cè)進行無功功率補償已成為目前提高供電水平、降低無功損耗急需解決的問題。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 無功補償裝置及補償方式分析 無功補償裝置 從目前國內(nèi)外無功補償裝置的應(yīng)用情況看，無功補償裝置主要有同步調(diào)相機、井聯(lián)電容器和靜止補償器等三種。同步調(diào)相機的安裝一般至少需要一年以上，而且在投入運行時要消耗有功功率。 并聯(lián)電容器的優(yōu)點是經(jīng)濟、靈活、損耗低、安裝維護方便。它是將電力電容器與電抗器并聯(lián)起來，電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來使用。散裝框架式并聯(lián)電容器的優(yōu)點是布局清晰，安全距離和絕緣距離較大，由于采用單臺外熔絲保護電容器發(fā)生故障時，外熔絲示意牌掉下，運行人員能夠很快地發(fā)現(xiàn)故障電容器并及時更換，為裝置重新投入運行爭取了時間。如按相可分為單相和二相式， 35kV 電壓等級一般為二相式， 110kV電壓等級產(chǎn)品為單相式。集合式并聯(lián)電容器占地面積小，雖初步了達到小型化的要求，但仍屬于充油設(shè)備，如何實現(xiàn)無油化和更好地實現(xiàn)自動投切是今后的土要發(fā)展方向。以前的 10kV并聯(lián)電容器是油浸箔式電容器，連接于 10kV配電線路上時，須要安裝隔離開關(guān)。金屬鍍層的厚度對電容器性能影響很大，鍍層越薄擊穿場強越高，自愈時所產(chǎn)生的能量越低。這樣不僅節(jié)約了投資費用，也減少了運行維護費用。這種裝置既保證了裝置的響應(yīng)速度和安全可靠性，又降低了裝置本身的能耗，固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時，能耗比較 大。 智能型低壓無功補償裝置是一種安全、可靠、可控的低壓無功補償新設(shè)備。一般的包含了一個電抗器用來對諧波進行濾波。特別是能夠有效抑制設(shè)備瞬間出現(xiàn)的電流波動沖擊電網(wǎng)。 其缺點是需要人工頻繁投、切。電容器的充、放電功能，可以有效的穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。電容器過補償容易抬高網(wǎng)絡(luò)電壓，增加有功損耗，降低功率因數(shù)。當配電系統(tǒng)非線性用電負荷比重較大時，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負荷，嚴重影響其使用壽命； 另一方面，當電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運行。電力系統(tǒng)向著高電壓、大電網(wǎng)、高參數(shù)大機組方向發(fā)展，經(jīng)濟效益顯著提高，電網(wǎng)建設(shè)和電力生產(chǎn)、技術(shù)裝備和管理都邁上了新臺階 。因此，為使電力生產(chǎn)更好滿足全社會需要，大力加強電網(wǎng)無功優(yōu)化補償?shù)难芯恳殉蔀楫攧?wù)之急。在新的形勢下，如何更好地經(jīng)營管理好電網(wǎng)，保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，使電力體制改革得以順利實施，是電網(wǎng)公司目前面臨的一項緊迫任務(wù)。 UQXUPRU ??? (31) 式中 ： U? —— 線路上的電壓降； P —— 線路中傳輸有功功率； Q —— 線路中傳輸?shù)臒o功功率； R, X —— 線路的電阻和電抗； U —— 節(jié)點電壓； 在電網(wǎng)中的某個點產(chǎn)生無功不足時，就會發(fā)生不足的無功功率在電網(wǎng)中流動。線路有功損耗增加，將導(dǎo)致線損率指標上升，直接影響電網(wǎng)的經(jīng)濟運行和經(jīng)濟效益。 無功補償就是根據(jù)交流電路中，無功功率是由電壓和電流間的相位差異產(chǎn)生的這一特點，利用電容和電感相反的相位特性進行補償。如果補償?shù)碾娙蓦娏鞯扔陔姼须娏?，無功功率因數(shù)將等于 1，這時無功功率可以全部由電容器供給，電網(wǎng)只輸送有功功率。所以，從經(jīng)濟角度看，每個負荷點均采用無功補償裝置是不合算的。由目標函數(shù)和等式約束條件可以構(gòu)成拉格朗日函數(shù)，按照拉格朗日乘子法求取滿足約束條件的、目標函數(shù)最小的無功功率最優(yōu)補償條件為 : ???????? ???Qci? ?? ? ? 1/1 ??? Q ciQ ??? =? j=(1,2,3…..,m) (34) 式中： ?P? —— 網(wǎng)絡(luò)總的有功損耗 ?Q? —— 網(wǎng)絡(luò)總的無功損耗 Qci —— j號節(jié)點的無功補償容量 ? —— 拉格朗日乘子 忽略無功網(wǎng)損不會引起太大誤差，則無功最優(yōu)補償條件 簡化為各節(jié)點有功損耗微增率相等的等微增率準則。 線性規(guī)劃法是求解大規(guī)模問題較常用的方法，在求解電力系統(tǒng)優(yōu)化問題中也得到較廣泛的應(yīng)用，如水庫優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟調(diào)度、安全控制、狀態(tài)估計、靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析、實時電價計算、無功優(yōu)化和最優(yōu)潮流等。狀態(tài)變量為節(jié)點的電壓。因惡化解中可能包含有導(dǎo)致優(yōu)化解的基因片，使算法可能從局部最優(yōu)解中跳出，同時接受惡化解的概率慢慢變小，保證了算法的收斂性。采用一組“移動”操作從駕前解的鄰域 N (X)中隨機產(chǎn)生一系列試驗解X1 ,X2，?， XK 選擇其中最好的解 X*作為當前解，即令 X=X*,重復(fù)迭代。 Tabu 搜索法是最近引入求解電網(wǎng)無功優(yōu)化補償問題的折方法，在“移動”步長、 Tabs 表、不同循環(huán)起始點等方面還們有待于進一步的研究 （ 6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是根據(jù)大量的歷史數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，建模的過 程就是學(xué)習(xí)的過程，許多應(yīng)用中的具體問題仍需理論上的證明和實踐經(jīng)驗的積累，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法還處于探討和研究階段。然模擬退火法在理論上能以較大的概率獲得全局最優(yōu)，但這是以理想的退火力一案為前提條件的，而人為設(shè)計的退火方案怎樣才算最優(yōu)，始終是一個難以解決的問題。在工程實際中，一般將電容器分成幾組，每組都可由晶閘管投切。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 但現(xiàn)有的采用無觸點控制的無功補償裝置在電容的無級投切這一點上做的不很理想，大多采用控制觸發(fā)角來控制投切電容量的多少。這樣，整個投入過程不但不會產(chǎn)生沖擊電流，而 且電流也沒有階躍變化。如圖 所示，一旦電容電壓比電源電壓峰值有所降低，二極管都會將其充電至峰值電壓，因此不會發(fā)生兩晶閘管反并聯(lián)的方式中電容器充電電壓下降的現(xiàn)象。在配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償裝置中運用光控電壓過零 觸發(fā)技術(shù)，以電壓過零型光藕雙向晶閘管取代由分立元件組成的攻防電路及脈沖變壓器等驅(qū)動環(huán)節(jié)，簡化了觸發(fā)控制電路的結(jié)構(gòu)，降低了成本的同時，由于無需考慮與系統(tǒng)電壓的同步問題且控制電路與主電路實現(xiàn)了光電隔離，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。 1, 2 腳為輸入端摘入級是一個砷化稼紅外發(fā)光二極管 （ LED） ，該二極管在 515mA 正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光觸發(fā)輸出部分。在實際實驗中效果良好。但對諧波頻率而言，系統(tǒng)干抗大大增加而容抗大大減小，就可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。實際上，考慮到 系統(tǒng)諧波電阻Rsn及電容支路等效電阻的存在， Isn 和 I 都只可能是有限值，但都可以比諧波源n 次諧波電源 in 大很多倍。 （ 1）并聯(lián)諧振 由于電力系統(tǒng)中的諧波源主要是電流源，電流源的內(nèi)阻抗很大，當外阻抗發(fā)生變化時其電流基本不變。當配電系統(tǒng)非線性用電負荷比重較大時，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負荷，嚴重影響其使用壽命；另一方面，當電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運行。當紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時，光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。主要性能大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 參數(shù) : 可靠觸發(fā)電流 515mA；超阻斷電壓 600V；重復(fù)沖擊電流峰值 1A；關(guān)斷狀態(tài)額定電壓上升率 dv/dt 為 100V/μ s。主電路如下圖 所示。圖 以簡單的電路原理圖和投切時的波形對此作了說明。為克服上述弱點，專門設(shè)計了主回路，并采用專用的過零觸發(fā)芯片設(shè)計了對應(yīng)的觸發(fā)回路，消除了無觸點開關(guān)投切電容時產(chǎn)生的沖擊電流。當 TSC 用于三相電路時，可以是△聯(lián)結(jié)，也可以是 Y 連接。如果循環(huán)起始點等問題處理不好，算法陷入局部最優(yōu)的 機會也會增多。一方面，電網(wǎng)無功優(yōu)化補償要考慮具體電網(wǎng)的狀況，而實際的電網(wǎng)往往比較復(fù)雜，另外，還要考慮無功優(yōu)化補償?shù)募夹g(shù)、經(jīng)濟因素，這也為全面、客觀、有效地進行電網(wǎng)無功優(yōu)化補償帶來了一定的難度。為了避免陷入局部最優(yōu)解， Tabu 搜索中采用了一種靈活的“記憶技術(shù)”，將最近若干次迭代過程中所實現(xiàn)的“移動”的反方向“移動”記錄到 Tabu 表中。它不僅在離散組合優(yōu)化方面有較好的應(yīng)用前景，而且在求解連續(xù)多變量非線性最優(yōu)大慶石油學(xué)院