【正文】 非常重要的意義。但最近的一些信息表明，無(wú)功問(wèn)題已經(jīng)受到很大的重視。對(duì)于電力系統(tǒng)，通過(guò)采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)可以降低線(xiàn)損，提高末端電壓，保證供電質(zhì)量對(duì)于用電企業(yè)，較大功率的用電設(shè)備，采用就地補(bǔ)償裝置可以取得同樣的節(jié)能效果。無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)可以為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電力系統(tǒng)和用電企業(yè)若采用此技術(shù)，將獲得良好的收益。無(wú)功負(fù)荷大，功率因數(shù)偏低，如果不能就地補(bǔ)償，就使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，損失較大，值得注意。但自改革開(kāi)放以來(lái)，在照明用電上推廣熒光燈和節(jié)能燈，；特別嚴(yán)重的是家用電器迅速普及，；只有電熱水器屬于電阻負(fù)荷，功率因數(shù)比較高。由于居民生活和樓宇用電中大量使用家用電器，用電量的比重急劇增長(zhǎng)，僅居民生活用電占總用電量的比重己經(jīng)達(dá)到，如果包括商業(yè)、賓館、寫(xiě)字樓等樓宇用電，估計(jì)用電比重可達(dá)30%左右。我國(guó)目前農(nóng)村居民的家用電器的普及率還不高，隨著農(nóng)村電氣化水平的提高，居民生活和樓宇的用電量還會(huì)有很大提高。重視無(wú)功負(fù)荷問(wèn)題提倡無(wú)功就地補(bǔ)償國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能信息中心告訴我們，無(wú)功也是一種資源，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可以達(dá)到節(jié)能，降低視在功率，提高電壓合格率，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。提倡無(wú)功就地補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)成為這個(gè)轉(zhuǎn)變的重要內(nèi)容之一來(lái)考慮。要向用戶(hù)宣傳節(jié)約無(wú)功的重要意義，自覺(jué)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償要提高供電企業(yè)職工對(duì)無(wú)功的認(rèn)識(shí)，要像節(jié)約有功一樣來(lái)注意節(jié)約無(wú)功，要像重視有功電能表的校驗(yàn)一樣來(lái)重視無(wú)功計(jì)量裝置的校驗(yàn)工作。(2) 要修訂家用電器的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。降低網(wǎng)損是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)主要目標(biāo)，降低網(wǎng)損主要依靠一次系統(tǒng)合理的規(guī)劃和運(yùn)行，但通過(guò)一、二次系統(tǒng)的有效配合，即通過(guò)自動(dòng)化還可使網(wǎng)損進(jìn)一步降低。因此，在我國(guó)配網(wǎng)網(wǎng)損較高的情況下，自動(dòng)化更應(yīng)有所作為。例如，靜態(tài)電容器(Static Condenser STATCOM)或靜態(tài)補(bǔ)償器(Static Compensatory STATCOM)是快速響應(yīng)的固態(tài)電力控制器，～69kV配電饋線(xiàn)連接處提供靈活的電壓控制以改進(jìn)電力質(zhì)量；同時(shí)也是一個(gè)交流同期電壓源，通過(guò)一個(gè)聯(lián)絡(luò)電抗和配電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，并能用改變電壓源的幅值和相角的方法和配電系統(tǒng)交換無(wú)功和有功功率，其結(jié)果就可通過(guò)以STATCOM和配電線(xiàn)之間的聯(lián)絡(luò)電抗來(lái)控制電流。STATCOM是通過(guò)一個(gè)先進(jìn)電力半導(dǎo)體裝置組成的固態(tài)的直流到交流的變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一臺(tái)多功能的STATCOM包括的功能有電壓控制、動(dòng)態(tài)濾波、低損控制無(wú)功和有功功率。而要達(dá)到和實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不采用新技術(shù)手段和自動(dòng)化手段難以實(shí)現(xiàn)。因此，目前使用分布式的電容器方式進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償仍是占十分重要的地位。配電系統(tǒng)及配電設(shè)備的分布量大、面廣，配電自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及的費(fèi)用大部分為可遙控操作的開(kāi)關(guān)設(shè)備的費(fèi)用，以及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的費(fèi)用。對(duì)配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化大部分廠(chǎng)家所提供的是對(duì)每臺(tái)公用變壓器進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)姆桨?，即?duì)每臺(tái)變壓器安裝無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)器和一組電容器。(1)本文提出的負(fù)序和無(wú)功的綜合補(bǔ)償方法,比單獨(dú)無(wú)功功率補(bǔ)償方法效果更好。(3)采用TMS320LF2407A DSP芯片設(shè)計(jì)的數(shù)字化控制器,很好地解決了復(fù)雜控制計(jì)算及快速響應(yīng)速度這一難題。電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶(hù)提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)的自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了改善和提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，減少網(wǎng)絡(luò)的功率損耗和電能損耗，一方面應(yīng)在用戶(hù)側(cè)采取措施提高負(fù)荷功率因數(shù)，另一方面還應(yīng)在電力系統(tǒng)的各變電站中合理配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓裝置，使無(wú)功負(fù)荷得到就地補(bǔ)償，系統(tǒng)無(wú)功達(dá)到分區(qū)分電壓等級(jí)平衡狀態(tài)。電能在電網(wǎng)中的傳輸可以理解為功率潮流的流動(dòng)。大量無(wú)功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，也影響電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量與穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。所謂電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡就是指電網(wǎng)運(yùn)行的每一時(shí)刻，所有無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率要與所有負(fù)荷消耗的無(wú)功功率和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)上的無(wú)功功率損耗相等。從整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講，只有具備足夠的無(wú)功電源來(lái)滿(mǎn)足負(fù)荷對(duì)無(wú)功功率的需求和系統(tǒng)的無(wú)功損耗才能維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的大部分負(fù)荷都是阻感負(fù)載，如：交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線(xiàn)、電抗器、非線(xiàn)性負(fù)載等等。無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要有以下幾方面：增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗無(wú)功潮流在電網(wǎng)中流動(dòng)會(huì)使線(xiàn)路發(fā)熱、加速老化、絕緣降低，增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗。對(duì)于用電單位，無(wú)功造成較低的功率因數(shù)會(huì)提高用電成本，引起終端電壓的波動(dòng)，降低了用電的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于供電部門(mén)來(lái)說(shuō)，造成了輸電、供電能力的損失；對(duì)于用電單位來(lái)講，造成了投資和資源的浪費(fèi)。如果系統(tǒng)不能向負(fù)荷提供足夠的無(wú)功功率，負(fù)荷的端電壓就會(huì)下降。對(duì)發(fā)電機(jī)的不利影響發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)的有功電源，同時(shí)也是主要的無(wú)功電源。由于原動(dòng)機(jī)的效率是按有功功率來(lái)衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，一旦發(fā)電機(jī)偏離額定工作狀態(tài)，無(wú)論是提高功率因數(shù)多發(fā)出有功、還是降低功率因數(shù)多發(fā)出無(wú)功，均會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的降低，不能使發(fā)電機(jī)得到充分的利用。從電工學(xué)中我們知道，感性無(wú)功功率的電流相位滯后于電壓相位，而容性無(wú)功功率的電流相位則超前電壓相位。電容從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率是超前電流引起的，電感電路從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率是滯后電流引起的。當(dāng)電網(wǎng)容量一定時(shí)，使無(wú)功功率減少，從而達(dá)到了提高功率因數(shù)的目的。如果感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑?huà)，勢(shì)必由發(fā)電機(jī)來(lái)供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。因此，一般需要增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源的功率因數(shù)。假設(shè)電氣負(fù)荷是電阻和電感組成的并聯(lián)或串聯(lián)電路，對(duì)、電路進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，就需要對(duì)電路并接入容抗為的無(wú)功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐啡鐖D21所示。一般情況下，這時(shí)可能的情況有兩種：當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較小，時(shí)，負(fù)荷中的感性無(wú)功電流沒(méi)有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的滯后，這種補(bǔ)償稱(chēng)為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較大，會(huì)出現(xiàn)的情況這時(shí)負(fù)荷中的感性無(wú)功電流被完全補(bǔ)償之后還有剩余容性電流，電源的超前，這種補(bǔ)償稱(chēng)為過(guò)補(bǔ)償。當(dāng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置沒(méi)有投入時(shí)，支路的電流有效值為： (27)支路的電抗為： (28)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (29)當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，支路的電流保持不變，并聯(lián)補(bǔ)償裝置支路的電流有效值為： (210)補(bǔ)償裝置支路的電抗為： (211)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (212)由式(212)可知，投入并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng)時(shí)，電源的功率因數(shù)為1。電力網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有很多，同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器都可以用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功或作為無(wú)功電源[15]。靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止無(wú)功發(fā)生器是20世紀(jì)70年代以來(lái)出現(xiàn)的先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍寬，完全可以達(dá)到動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，但所需投資較大。它從電網(wǎng)中吸取少量有功功率供給運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損耗和銅鐵等損耗。只要改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，就可以平滑地改變它的無(wú)功功率地大小及方向，因而可以平滑地改變所在地區(qū)的電壓。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，難以滿(mǎn)足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊?。另一方面其體積大、噪音高、維護(hù)不方便、造價(jià)高等原因，目前在中、低壓輸電區(qū)域，大部分己被并聯(lián)電容器組所取代。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式按其安裝的位置不同，通常有三種： 變電站集中補(bǔ)償方式； 用戶(hù)集中補(bǔ)償方式； 用戶(hù)終端分散補(bǔ)償方式。20世紀(jì)70年代以來(lái)，同步調(diào)相機(jī)開(kāi)始逐漸被靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator—SVC)所取代，目前有些國(guó)家己很少使用同步調(diào)相機(jī)。電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置推上了無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)。1978年此類(lèi)裝置投入實(shí)際運(yùn)行。近10多年來(lái)，占據(jù)了靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來(lái)，一種更為先進(jìn)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的無(wú)功補(bǔ)償，有人稱(chēng)為靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Var GeneratorSVG)，也有人稱(chēng)其為高級(jí)靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Advanced Static Var CompensatorASVC)或靜止調(diào)相器(Static Condenser—STATCON)。早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是無(wú)源裝置，方法是在系統(tǒng)母線(xiàn)上并聯(lián)或者在線(xiàn)路中串聯(lián)一定容量的電容器或電抗器。SVC補(bǔ)償裝置可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無(wú)功元件，它依靠電力電子器件開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)。表21為各種補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，表中指出了幾種補(bǔ)償裝置的應(yīng)用場(chǎng)所，對(duì)農(nóng)電網(wǎng)的來(lái)說(shuō)，由于其負(fù)荷比較分散,單處所需補(bǔ)償容量相對(duì)較小，故總的原則應(yīng)該是以電容器為主。表21 各種補(bǔ)償裝置的比較補(bǔ)償裝置應(yīng)用場(chǎng)所主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)并聯(lián)電容器變電所及用戶(hù)安裝地點(diǎn)靈活，可分散也可集中安裝；容量可任意選擇；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制；功耗小調(diào)節(jié)容量階梯形變化，不連續(xù)；補(bǔ)償容量隨電壓變化而變化；對(duì)諧波有放大作用；投切時(shí)有沖擊電流；補(bǔ)償母線(xiàn)附近發(fā)生短路電流是助長(zhǎng)沖擊電流并聯(lián)電抗器高、中壓變電所及線(xiàn)路中點(diǎn)吸收線(xiàn)路容性無(wú)功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)容量固定，分組投切時(shí)，調(diào)節(jié)容量階梯性變化，不平滑靜止補(bǔ)償器高、中壓變電所能升高或降低電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，性能好，響應(yīng)速度快，僅有510ms產(chǎn)生諧波，投資大調(diào)相機(jī)大型變電所及大用戶(hù)可連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電壓，諧波少投資大，旋轉(zhuǎn)裝置維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度較慢第3章 無(wú)功補(bǔ)償容量和位置優(yōu)化的計(jì)算在電力市場(chǎng)條件下，供電電壓質(zhì)量是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而供電質(zhì)量的好壞主要取決于電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理。電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)控制變量使系統(tǒng)在滿(mǎn)足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。在傳統(tǒng)運(yùn)行條件下，電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型要反映網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的目標(biāo)和要求，既要考慮有功網(wǎng)絡(luò)損耗最小，又必須考慮到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量，同時(shí)還要兼顧無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切組數(shù)的合理。在 (31)中的節(jié)點(diǎn)電壓按下式計(jì)算： (32)(1) 無(wú)功功率平衡方程： (33)式中：為補(bǔ)償點(diǎn)總數(shù)；為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)可投入電容器組的單組容量；為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的可投入電容器組數(shù)；為配電網(wǎng)中的總無(wú)功功率損耗；為負(fù)荷消耗的無(wú)功功率；為配電網(wǎng)中總的無(wú)功電源出力。由此可見(jiàn)，電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)多目標(biāo)、多變量、多約束的混合非線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，其優(yōu)化變量既有連續(xù)變量（如節(jié)點(diǎn)電壓）又有離散變量（如變壓器調(diào)壓檔位、無(wú)功補(bǔ)償裝置組數(shù)等），使得整個(gè)優(yōu)化過(guò)程十分復(fù)雜，特別是優(yōu)化過(guò)程中離散變量的處理更增加了優(yōu)化問(wèn)題的難度。該定理可以改寫(xiě)為下述形式： (37)為了確定電容器的最佳位置和最佳容量，其步驟是交替使用確定最佳位置定理和最佳容量定理，以等面積法則來(lái)制約它們之間的關(guān)系。當(dāng)?shù)谝淮沃貜?fù)步驟求出，則可檢驗(yàn)出其在線(xiàn)段上是否滿(mǎn)足等面積法則。下面以三組電容器為例說(shuō)明它的應(yīng)用配電線(xiàn)路的無(wú)功負(fù)荷分布如圖(31)。其過(guò)程是：(1) 按下式確定點(diǎn) (310)(2) 過(guò)點(diǎn)畫(huà)點(diǎn)線(xiàn)I與原始負(fù)荷曲線(xiàn)F(x)平行；(3) 找點(diǎn)，使。第六步：如同第二步和第四步，確定，使其滿(mǎn)足： (313)第七步：不需要再確定另外的位置，只需應(yīng)用等面積法則對(duì)前邊求得的解, ,，進(jìn)行檢驗(yàn)，看其是否為最佳解。對(duì)上述實(shí)際配電線(xiàn)路所進(jìn)行的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的需要，折算到標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)[6]中所述計(jì)算方法對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電阻進(jìn)行計(jì)算。導(dǎo)線(xiàn)電抗的計(jì)算配電工程中，架空線(xiàn)的各相導(dǎo)線(xiàn)一般不換位，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)各相電抗相等。電線(xiàn)、母線(xiàn)和電纜的感抗按下式計(jì)算： (319)式中： —線(xiàn)路每相單位長(zhǎng)度的感抗，/；—頻率，；—電線(xiàn)、母線(xiàn)或電纜每相單位長(zhǎng)度的電感量，；其中： (320) 式中： —幾何均距，；—電線(xiàn)或圓形芯電纜主線(xiàn)芯的半徑，；—電線(xiàn)或圓形芯電纜主線(xiàn)芯的直徑，；—線(xiàn)芯自幾何均距或等效半徑，；當(dāng)時(shí)，式(341)可簡(jiǎn)化為： (321)等面積法不受負(fù)荷分布情況的限制，并能使線(xiàn)損的下降值最大，并能使線(xiàn)損的下降值最大，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，而且方法具有良好的通用性。配電線(xiàn)路長(zhǎng)度的折算在實(shí)際的配電網(wǎng)中，不論無(wú)功負(fù)荷的分布還是配電線(xiàn)路本身都是不均勻的，本文作者使用現(xiàn)實(shí)存在的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。 (2) 等效均勻線(xiàn)路的總長(zhǎng)度由下式確定： (323)用線(xiàn)路的等效均勻總長(zhǎng)度除每段等效長(zhǎng)度便可得到各段的折算等效均勻長(zhǎng)度，即： (324)而均勻線(xiàn)路的電阻值為