[低压配电网电容器投切策略] 智能电容器投切开关
时间：2020-03-28 07:21:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文针对低压配电网络负荷的不平衡，冲击负荷造成无功补偿设备的投切振荡，大负荷用户，不能充分利用补偿设备，仍需从系统汲取大量无功功率的特点，提出一种按一定周期内无功功率的缺额分相投切电容器的方法，既解决了投切振荡的问题，又在最大程度上利用电容器，使得无功功率尽可能的就地平衡。
关键词：配电网 无功补偿 分相补偿 并联电容器
0 引言
配电网在额定电压下无功平衡是保证电压质量的基本条件。配电网无功功率平衡最基本的要求是配电网中无功电源可能发出的无功功率和系统流入配电网的无功功率之和应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。为了保证运行可靠性，适应无功负荷增长，配电网中需要足够的无功功率备用容量。
低压配电网容量小，负荷较为复杂，自动化水平低，停电影响小，一直以来不为科研工作者重视，因此控制手段单一。配电网的负荷补偿主要目的有二，其一尽量避免从电网汲取无功功率，尽可能减少无功功率在电网中流动；其二，补偿负荷的三相不平衡。近年来，工矿企业也大量添置按功率因数投切的并联电容器，单从某一方的经济利益角度来看，都能很好的满足要求。事实上这种方式至少有以下几个缺点：
①由于负荷的不平衡，造成相当数量的无功功率在电网中形成环流。
②冲击负荷造成，无功补偿设备的投切振荡。
③对于大负荷用户，不能充分利用补偿设备，仍需从系统汲取大量无功功率。
为此，本文提出一种按一定周期内无功功率的缺额来投切电容器的方法，既解决了投切振荡的问题，又在最大程度上利用电容器，使得无功功率尽可能的就地平衡。
1 配电网无功功率与功率因数的关系
功率因数是表征负荷对电力系统影响的主要指标之一。我国对用户的功率因数有如下规定：使用高压电的工业用户和装设有载调压装置的高压电力用户，功率因数应控制在0.90以上；其它100KVA(KW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站，应将功率因数控制在0.85以上；趸售和农业用电，应将功率因数控制在0.80以上。对于220kV变电所，其二次侧功率因数应控制在0.95以上；对于35KV-110KV变电所，其二次侧功率因数应控制在0.90以上。
补偿前负荷的功率因数cosφL1为：
(1)
补偿后负荷的功率因数cosφL2为：
(2)
其中，PL、QL为负荷的有功功率和无功功率；
QC表示并联补偿电容器的容量。
由(2)式和(3)式可以得出，通过无功功率补偿，使得负荷的功率因数提高了：
（3)
因此，要提高负荷的功率因数，就必须尽量补偿负荷消耗的无功功率。
2 低压配电网并联电容器的投切策略
低压侧的补偿控制策略与变压器的联接组别和低压侧补偿的接线方式有关，本文以常见的配电变压器联接组别为Dyn11，低压侧补偿接线方式为按相补偿为例。
变压器联接组别为Dyn11，则高压侧AB线圈对应于低压侧a相线圈，在电压对称的情况下，依此有：
设低压侧a、b、c投入的电容器数分别为k1，k2，k3单位补偿容量为Qc,由式（4）得电容器投入后的■A，■B，■C：
（5)
由式（6）可得：
(6)
由（6）可求得：
(7)
k1，k2，k3均为整数，按四舍五入进行取舍。
若三相指标中有一相的补偿值偏高，从而导致某一相投切超出了要求，如（7）式中ΔQC高于ΔQA+ΔQB则要求低压侧a相切除电容，如果低压侧电容已经全部切除，则要求重新计算，如何合理的投切，以期最接近补偿的目标。下面本文就以此为例，讲述如何确定此情形下的控制策略。
由（7）可知，低压侧a相全部切除，可能是由于ΔQC过大引起的，而低压侧a相全部投入，却不可能是由于ΔQB过大，这是因为在优化过程中已经限制了ΔQB，其他的对应关系也可以有（7）得到。
在低压侧a相全部切除的情况，假设此时k1的临界值为k1l。由（7）式可以求得，在此情况下，ΔQC可以被补偿部分ΔQCl，即：
ΔQCl=ΔQA+ΔQB+k1lΔQC (8)
用ΔQC替换ΔQC求出k1，k2，k3，然后将ΔQC-ΔQCl平均分配在k2，k3。
同理可以求出其他相在此情况下的策略。
这里只是做了一个简单的折算，根据变压器联接组别不同功率的对应关系有一定得变动。由（8）式可以从无功功率指标得到低压侧的控制策略。
3 算例
本章采用36节点算例进行验证，补偿节点6，11，13，14，27，32，本文假设全部采用低压侧补偿，变压器的连接组别为Dyn11，单个电容的补偿容量为5kvar，补偿上限为200kvar，按本文阐述的方法，得到具体的补偿方案如下：
由表1可知当有一相补偿容量过高，可能造成某一相的控制变量越限，这主要是因为，在优化过程中本文没有考虑控制变量某一相的补偿容量的限值对其他相补偿的限制。最终确定补偿方案时，为了不得不将补偿容量分摊到其他两相，这样造成补偿结果与现实的补偿有一定的差距。表1的结果表明，网损对这种分摊的灵敏度要远小于根节点负序电流。总体而言，这种方法仍能很好的满足实际的需要。电压的补偿效果与理想补偿结果一致。
4 总结
本文针对低压配电网络的特点，提出一种按一定周期内无功功率的缺额分相投切电容器的方法，既解决了投切振荡的问题，又在最大程度上利用电容器，使得无功功率尽可能的就地平衡，。最后对算例进行计算分析，得到较为理想的控制结果，充分说明该方法是可行的。
参考文献：
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[2]王守相，王成山，王剑.配电电容器三相分相优化投切[J].电网技术，2002，26，(8):16-20.
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[4]靳龙章，丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利电力出版社，1997：65-66.
科研基金来源：淮安市科技（工业）支撑计划指导性项目。
名称：配电网自动电压无功控制系统。
项目编号：HAGZ20100012348744。
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