【正文】 electric work39。雖然無功功率本身不消耗能量，它的能量只是在電源及負(fù)載間進(jìn)行傳輸交換，但是在這種能量交換的過程中會(huì)引起電能的損耗。無功功率的不足或過大，將引起系統(tǒng)電壓的下降或上升，從而造成電能的損失和浪費(fèi)十分嚴(yán)重。當(dāng)它過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，將向電網(wǎng)發(fā)出無功功率；欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，將從電網(wǎng)吸收無功功率。并聯(lián)電容器的應(yīng)用范圍非常廣泛，容量可大可小，可以集中安裝在中心一次變電所、不同電壓登記的一次變電所，也可以分散安裝在中低壓配電網(wǎng)和廠礦用戶，靈活性較大。 集合式并聯(lián)電容器又稱密集型并聯(lián)電容器，它由內(nèi)部電容器單元、框架、箱體及出線套管組成，它的外形像一臺(tái)中型變壓器，箱體內(nèi)充滿變壓器油，起絕緣與冷卻作用。但是 由于表面光滑的薄膜滲透性差，夾層間氣體很難排出，因而在膜間夾以電容器紙，利用紙纖維的毛細(xì)管作用改善油的滲透能力，這種電容器就是復(fù)合膜電容器。干式自愈型電容器元件采用內(nèi)熔絲保護(hù)和極間并聯(lián)一個(gè)小保護(hù)元件，故障時(shí)保護(hù)元件接通造成極間金屬性短路，由內(nèi)熔絲動(dòng)作切除故障元件。 智能型低壓無功補(bǔ)償裝置由若干電容器組和控制器等構(gòu)成，其總投資由兩部分組成 :一部分是裝置中的控制部分投資，約占整個(gè)裝置造價(jià)的 80%90%；另一部分是電容器的投資，與電容器單位容量投資成正比，這一點(diǎn)與高壓無功補(bǔ)償裝置和中壓無功補(bǔ)償裝置不同，是電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償需要考慮的重要因素。通常適用于經(jīng)常投入運(yùn)行，負(fù)荷較穩(wěn)定的中小型低壓電動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是有利于控制電壓水平，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，利用率高，維護(hù)方便，能減少配電網(wǎng)，用戶變壓器及專供線路的無功負(fù)荷和電能損耗。過補(bǔ)償從三個(gè)方面增加了有功損耗 : 1 無功倒流 的損耗； 2多余的電容器的有功損耗； 3電容器因電壓升高而增加有功損耗 (二 )現(xiàn)有裝置多采用交流接觸器作為投切開關(guān) 浪涌電流的產(chǎn)生來自電力電容器的電網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)的線路阻抗，在線路中振蕩而形成的，其峰值可達(dá)到該支路接觸器額定電流的 100 倍左右，現(xiàn)在我國目前配電網(wǎng)所采用的無功補(bǔ)償裝置大多采用有觸點(diǎn)開關(guān)，如交流接觸器等，由于這些交流接觸器在投切電容器時(shí)電弧可能重燃引起過電壓，且動(dòng)作次數(shù)有限制；控制環(huán)節(jié)多為分立元件構(gòu)成，此類無功補(bǔ)償裝置存在著可靠性差，裝置使用壽命短，容易產(chǎn)生電網(wǎng)諧波電流等問題。盡管有功電量增度下降，無功需求卻上升較快。在電網(wǎng)向電力用戶輸送有功負(fù)荷的同時(shí)，無功功率作為電力 系統(tǒng)交流電路中特有的一種分量，是必然會(huì)產(chǎn)生的。 電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)脑? 無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。理想狀態(tài)就是無功功率百分之百地就地補(bǔ)償，這樣線路上的無功功率流動(dòng)最小，因此引起的有功損耗和電壓損耗也最小。簡化的方法是按網(wǎng)絡(luò)的綜合無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量來進(jìn)行優(yōu)化，使網(wǎng)損微增率與無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量相等，即最優(yōu)網(wǎng)損微增率，又稱無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。采用變步長的改進(jìn)方法后，可以使步長值根據(jù)不同的時(shí)期有針對(duì)性地進(jìn)行凋整，減少迭代次數(shù)、加快收斂速度，收斂精度也有所提高。凡是處于 Tabu表中的移動(dòng)，在當(dāng)前迭代過程中不被允許實(shí)現(xiàn)。遺傳算法做為一種新興的優(yōu)化算法，在解決優(yōu)化方法的局限性方面有了一定的改善，但由于沒有很好地解決適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)，初始群體、控制參數(shù)的設(shè)定和遺傳操作設(shè)計(jì)，使遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)有效地利用等難點(diǎn)問題，要達(dá)到全局最優(yōu)，還需做進(jìn)一步的工作。同 時(shí)，采用通斷率控制來控制電容器的投切，這樣既達(dá)到了無級(jí)調(diào)節(jié)的目的又減少了諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。 圖 v 為晶閘管， DV 為反并聯(lián)的二極管， C 為補(bǔ)償電容， R 為與 C 并聯(lián)的大阻值的瀉荷電阻。在本項(xiàng)目中的電網(wǎng)側(cè)，我們采用了以 MOC3061 控制雙向晶閘管和二極管反并聯(lián)所組成的 TSC 電容器投切方式。諧波電流源 的負(fù)荷是整個(gè)供電系統(tǒng)，它包括主系統(tǒng)和大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 所有用戶的電力設(shè)備。在工頻頻率下，這些電容器的容抗比系統(tǒng)的干抗大的多，不會(huì)產(chǎn)生諧振。 圖 MOC3061內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 該器件 MOC3061 由輸入、輸出兩部分組成。 (三 )改進(jìn)方案 采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式代替兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，可以使導(dǎo)通前電容充電電壓維持在電源電壓的峰值?，F(xiàn)在的無功補(bǔ)償裝置主回路采用晶閘管來控制，與機(jī)械斷路器相比，晶閘管的操作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切的沖擊電流和操作困難。線性規(guī)劃法雖然運(yùn)算速度快、收斂性好、算法穩(wěn)定，但在處理無功優(yōu)化規(guī)劃時(shí)需要將目標(biāo)函數(shù)和約柬函數(shù)線性化，容易陷入局部最優(yōu)的 泥潭而提早收斂，若迭代步長選取不合適，還可能會(huì)引發(fā)振蕩飛線性規(guī)劃法能直接處理非線性規(guī)劃問題但目前仍沒有一個(gè)成熟的算法，存在著計(jì)算量大收斂性差、穩(wěn)定性不好等問題，也容易陷入局部最優(yōu)。其基本原理為 :先在解空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)初始解 X(為 n 維向量 )，對(duì)應(yīng)于每個(gè)解，定義一個(gè)解的鄰域。梯度法將變量劃分為控制變量和狀態(tài)變量，控制變量為變壓器的變比和補(bǔ)償點(diǎn)的新增補(bǔ)償?shù)臒o功。等式約束條件為無功功率平衡方程；不等式約束條件有兩個(gè)，分別是各無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)出力滿足其本身上下限的限制，電壓質(zhì)量滿足要求。無功功角由 ? 減小到 ? ˊ，力率得到提高，無功得到補(bǔ)償。以輸電線路為例，由式（ 32）可見： 222 /)( URQPP ??? (32) 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 在線路首端電壓和輸電線路參數(shù)不變的前提下，線路中傳輸?shù)臒o功功率越大，線路的有功損耗 P? 越大。電力體制改革后的電網(wǎng)公司，除部分水力發(fā)電廠等發(fā)電資產(chǎn)外，將不再經(jīng)營管理大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 發(fā)電資 產(chǎn)。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償 電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)闹匾? 電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)谋匾员憩F(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）電網(wǎng)負(fù)荷特性發(fā)生變化的要求：改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，我國電力工業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 目前主要的無功補(bǔ)嘗裝置存在的缺點(diǎn) 從外部特性和各項(xiàng)指標(biāo)及用戶反映的情況來看，現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償器主要存在以下問題： (一 )易產(chǎn)生并聯(lián)電容器的過補(bǔ)償 由于目前所有的一部分無功補(bǔ)償裝置采用無功電壓或是無功電流作為無功補(bǔ)償裝置核心算法部分，因而當(dāng)電網(wǎng)的瞬時(shí)電壓波動(dòng)較大時(shí)容易產(chǎn)生并聯(lián)電容器的過補(bǔ)償。投資較為經(jīng)濟(jì)。它使用可控硅或者機(jī)械開關(guān)來作為投切開關(guān)，通過就地電壓傳感器控制而自動(dòng)地投切電容器。 智能型的低壓無功補(bǔ)償裝置的投切開關(guān)是采用固態(tài)繼電器和接觸器相結(jié)合的設(shè)備。為提高電極電容量穩(wěn)定性，一般采用鋁鋅復(fù)合膜，或銀鋅復(fù)合膜。集合式電容器也有缺點(diǎn) :如在運(yùn)行中，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，故障點(diǎn)不易查找，且需對(duì)設(shè)備進(jìn)行吊芯及絕緣油的 凈化處理，而用戶往往沒有自行維護(hù)修理的條件，只能與廠方聯(lián)系，給運(yùn)行帶來不便。 散裝框架式并聯(lián)電容器，是將帶鐵殼的單臺(tái)電容器按一定順序放置在框架上，設(shè)備四周設(shè)置圍欄這類產(chǎn)品在我國應(yīng)用范圍最廣，并有著豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。以減少輸送感性無功而在線路上產(chǎn)生的電壓降落，提高負(fù)荷端電壓。一些地區(qū)推出了戶外型無功固定補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)嘗裝置，但由于戶外環(huán)境惡劣，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性不高，難以滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求，并且依舊不能綜合考慮整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行情況 [1] [2]。使用配電網(wǎng)優(yōu)化能提高配電系統(tǒng)可靠性，無需新增投資，只對(duì)系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化組合，就可使系統(tǒng)可靠性在現(xiàn)有設(shè)備條件下達(dá)到最優(yōu)，從而帶來較大的 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)針對(duì)目前大多數(shù)無功補(bǔ)償裝置都是單點(diǎn)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)，在電力系統(tǒng)多點(diǎn)的優(yōu)化無功補(bǔ)償上提出了采用所有的控制器同時(shí)采樣，對(duì)全部節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行尋優(yōu)后，從最后節(jié)點(diǎn)開始向前傳遞尋優(yōu)的優(yōu)化控制策略。并使電網(wǎng)的視在功率增大，這將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列負(fù)面影響： 例如，電網(wǎng)的總電流增加，從而會(huì)使電力系統(tǒng)中的元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，使用戶內(nèi)部的起動(dòng)控制設(shè)備、量測儀表等規(guī)格、尺寸增 大，因而使初投資費(fèi)用增大；電網(wǎng)的無功容量不足，會(huì)造成負(fù)荷端的供電電壓低，影響正常生產(chǎn)和生活用電，反之，無功容量過剩，會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高，電壓波動(dòng)率過大；對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。 從微觀角度看，隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)增，用戶家用電器感性負(fù)載的不斷增加，使得城市配電網(wǎng)公用變低壓側(cè)功率因數(shù)較低。同步調(diào)相機(jī)一般裝設(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)增加輸出無功以維持電壓，在有強(qiáng)勵(lì)裝置時(shí)，在電網(wǎng)故障情況下也能調(diào)整系統(tǒng)電壓保證繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，并聯(lián)電容器是靜止設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡單，不需要額外的運(yùn)行和維修人員，運(yùn)行費(fèi)用低，它還沒有噪音，在戶內(nèi)戶外安裝均可。并聯(lián)電容器采用小元件加內(nèi)熔絲的保護(hù)。為了改善薄膜的滲透性，又制成了表面粗化的薄膜，由此可以制成全膜無紙的電容器。在電容器內(nèi)部充填蛙石，起阻燃防爆作用進(jìn)一步保證單元電容器不爆炸不燃燒，提高工作可靠性。 低壓無功補(bǔ)償裝置的電容器可以有多種階梯容量，如 :5kvar, 10kvar, 15kvar 等，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 這樣在總?cè)萘肯嗤那闆r下，可以獲得較多的容量組合。 在電機(jī) 等感性負(fù)載旁和電容器直接并聯(lián)，與電機(jī)等同開，同停。缺點(diǎn)是不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無功負(fù)荷和電能損耗。 (三 )不能提供動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜嗑煽?制 無功補(bǔ)償裝置通常按三相平衡設(shè)計(jì)，但是電網(wǎng)中的許多沖擊負(fù)荷往往具有三相不平衡性質(zhì)，如冶金電弧爐、大型熔焊機(jī)、電氣化鐵路的電力機(jī)車等均為具有隨機(jī)特征的三相不平衡負(fù)荷。另外，我國城鄉(xiāng)居民生活水平和生活質(zhì)量的日益提高，各類照明燈具、視聽產(chǎn)品、洗衣機(jī)、電炊具己基本普及，電冰箱、空調(diào)、電暖氣、電熱水器等用電功率大、消耗無功多的大宗家電逐漸進(jìn)入了百姓家庭，導(dǎo)致居民用電迅速增長的同時(shí)，無功電量增長也大幅度上升。因?yàn)榫€路及一些電器設(shè)備如變壓器、電動(dòng)機(jī)等需要建立磁場，電流滯后于電壓，因此系統(tǒng)中需要無功功率，也就需要無功電源供給。要保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低電網(wǎng)損耗，總是希望電網(wǎng)的無功最好不流動(dòng)，即所謂的理想狀態(tài)，或者盡量少流動(dòng)，特別要避免無功功率通過輸電線路遠(yuǎn)距離流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無功平衡。但所有負(fù)荷全部就地補(bǔ)償無功功率使其功率因數(shù)都為 1，既沒有必要，也難以實(shí)現(xiàn)。 QciP ??? /? =? op j=(1,2,3…..,m) (36) 等網(wǎng)損微增率和最優(yōu)網(wǎng)損微增率，雖然可以在一定程度上解決電網(wǎng)的無功優(yōu)化補(bǔ)償無功負(fù)荷功率的相互關(guān)系，因此優(yōu)化的結(jié)果有些可能不符合實(shí)際。 非線性規(guī)劃法的優(yōu)點(diǎn)是迭代可以不從初始潮流開始，但現(xiàn)有簡單算法大多收斂性較差，特別是對(duì)依從變量的違限處理顯得力不從心。另外，為了盡可能的不錯(cuò)過產(chǎn)生最優(yōu)解的“移動(dòng)”， Tabu 搜索還采用了“釋放準(zhǔn)則”策略， 駕一個(gè)“移動(dòng)”滿足“釋放準(zhǔn)則”即使它處于 Tabu 表中，這個(gè)“移動(dòng)” 也可以被實(shí)現(xiàn)。 如何結(jié)合中低壓配電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，發(fā)展電網(wǎng)無功優(yōu)化的技術(shù)方法，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)學(xué)科研究的重要課題 [7] [8]。 (二 )投入時(shí)刻的選取 選取投入時(shí)刻總的原則是， TSC 投入電容的時(shí)刻，也就是晶閘管開通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時(shí)刻。可以保證當(dāng) 晶閘管沒有工作時(shí)，電容兩端的電壓能動(dòng)態(tài)的跟隨電網(wǎng)的最高電壓變化而變化，減少晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。具體實(shí)現(xiàn)原理圖如圖 所示。并聯(lián)諧振的配電網(wǎng)簡化電路圖如圖 所示，電容器引起的諧波電流放大的等效原理圖如圖 說明。此外，為了消除諧波，也會(huì)裝設(shè)由電容器和電抗器組成的濾波器。由于內(nèi)部的采用了過零檢測電路，因而可以很方便的利用其這個(gè)觸發(fā)導(dǎo)通的特性來判斷 TCR 電路中的電容 C 是否已經(jīng)被充滿到 Es，以保證當(dāng)晶閘管沒有工作時(shí)，電容兩端的電壓能動(dòng)態(tài)的跟隨電網(wǎng)的最高電壓變化而變化，減少晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。直到需要切除這條電容支路，如在 2t 時(shí)刻，停止發(fā)脈沖， CI 為零，則 2V 關(guān)斷， 1V 因未獲觸發(fā)而不導(dǎo)通，電容器電壓保持為 2V 導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投入電容器了準(zhǔn)備。缺點(diǎn)是機(jī)械觸點(diǎn)的使用壽命有限，易損壞，而且電容的投切級(jí) 數(shù)是有限的。例如，等網(wǎng)損微增率和最優(yōu)網(wǎng)損微增率，就有著很大的局限性，等網(wǎng)損微增率需要人為給定最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)總注入無功功率，最優(yōu)網(wǎng)損微增率雖然考慮了投資問題，但沒有在同一目標(biāo)函數(shù)上構(gòu)成合理的算法來確定其補(bǔ)償容量。它從一個(gè)初始解開始，通過迭代逼近最優(yōu)解。電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償問題屬于有約束條件的非線性規(guī)劃問題，在求解無功優(yōu)化問題時(shí)，非線性規(guī)劃法采用較多的是梯度法。等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)總的有功損耗最小。容性電流 IC 與感性電流向量 l? 恰好相反，從而抵消一部分感性電流，使電感性的電流 IL由減小到 l? ’總電流由 I 降低到 I39。由于無功不足導(dǎo)致的無功功率在系統(tǒng)中的流 動(dòng)，不僅會(huì)使系統(tǒng)電壓下降，而且還會(huì)增加電網(wǎng)有功損耗。國家電網(wǎng)公司已于 2021年開始，在全系統(tǒng)開展了供電“優(yōu)質(zhì)服務(wù)”活動(dòng)，向社會(huì)提出八項(xiàng)服務(wù)承諾，其中的保證供電可靠率和保證居民客