鄭珉 內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司包頭供電局

電網(wǎng)無功優(yōu)化的研究與實用程序的分析應(yīng)用

鄭珉 內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司包頭供電局

隨著我國電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，有諸多因素致使我國的電源(發(fā)電廠)分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。配電網(wǎng)合理的無功補(bǔ)償方式，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，降低有功網(wǎng)損,提高網(wǎng)絡(luò)輸送容量，減少發(fā)電費用，優(yōu)化無功問題，其意義十分明顯。

無功優(yōu)化 電壓質(zhì)量 功率因數(shù)

1 前言

1.1 本文研究背景及現(xiàn)狀

隨著電力工業(yè)由城市供電逐漸發(fā)展為經(jīng)超高壓電網(wǎng)輸電，電壓問題已不只是一個供電質(zhì)量問題，還是關(guān)系到大系統(tǒng)安全運行和經(jīng)濟(jì)的重要問題。無功補(bǔ)償設(shè)備的容量、運行性能和裝設(shè)地點，必須要考慮到可能出現(xiàn)的運行方式。滿足和適應(yīng)電網(wǎng)電壓控制的要求，合理地配置和優(yōu)化無功補(bǔ)償設(shè)備，這對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著不可估量的作用。

波動性負(fù)荷造成的局部電網(wǎng)電壓不穩(wěn)和功率因數(shù)惡化嚴(yán)重威脅著高自動化水平設(shè)備的電氣壽命，制約著企業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

1.2 研究目的和意義

研究可以從兩方面著手：一方面，在阻感電路中，無功功率的大小表示電源與負(fù)載電感之間的能量交換的幅度。另一方面，在整流逆變電路中，無功功率一部分是由基波電流相移產(chǎn)生的，另一部分是由諧波電流產(chǎn)生的，其無功功率是由電路的非線性產(chǎn)生的。

2 無功優(yōu)化配置的原理

2.1 無功優(yōu)化簡介

傳統(tǒng)的無功優(yōu)化理論大多應(yīng)用于純交流輸電系統(tǒng)；但是，隨著高壓直流輸電（HVDC）、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用以及電力市場理論的快速發(fā)展，高壓直流輸電及靈活交流輸電、電力市場、分布式發(fā)電等更多的領(lǐng)域也涉及到無功優(yōu)化問題，目前關(guān)于上述技術(shù)的優(yōu)化方案還比較少，值得我們進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

2.2 無功功率的平衡

系統(tǒng)中無功功率的平衡與有功功率相似，可以用下式表示：

可以看出，每次對增廣矩陣中A矩陣元素的消元都是重復(fù)的，為了避免這種重復(fù)，我們把對相同的系數(shù)矩陣重復(fù)進(jìn)行的消去與對不同的常數(shù)項進(jìn)行的消去分開進(jìn)行，形成所謂因子表，這就是因子表法。

2.3 無功優(yōu)化的依據(jù)與原則

在電力系統(tǒng)運行中，在高峰與低谷期間，其無功電源以及無功負(fù)荷都要運用分(電壓)層和分(供電) 區(qū)相互平衡原則來加以配置并運行,同時還應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的無功調(diào)節(jié)方法以及檢修備用；對于無功功率補(bǔ)償而言，它可以通過用戶端分散以及變電站集中等方式進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償,從而便于控制電網(wǎng)損耗,讓電壓質(zhì)量得以提高；在補(bǔ)償裝置方面，主要采用可手動與自動頻繁投切相結(jié)合的電容器組。所用到的電容器組應(yīng)當(dāng)是密集型或者是一臺大容量且內(nèi)部具有內(nèi)放電電阻類型的電容器,而且還要有功率因數(shù)或者是電壓控制方面的投切功能。

2.4 無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h3>

在10kV供電網(wǎng)中所需的無功功率，主要包括配電變壓器勵磁所損耗的無功功率?QT，線路感抗所損耗的無功功率及感性用電負(fù)荷的無功功率?QF，即

2．4．1 負(fù)荷的無功功率補(bǔ)償

對于分散補(bǔ)償,無功補(bǔ)償主要是按提高功率因數(shù)的要求來計算所需補(bǔ)償電容器的容量QCF

補(bǔ)償電容器的容量是隨著負(fù)荷的變化而變化的，因此需要自動投切一部分電容器組，以達(dá)到最佳補(bǔ)償功率因數(shù)。尤其在距離較長的線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如農(nóng)電網(wǎng)線路，補(bǔ)償點的影響更加明顯。對于l0kV配網(wǎng)來說，它的負(fù)荷通常會在線路上均勻分布，為了讓補(bǔ)償前與補(bǔ)償后的降損達(dá)到最大值，要要明確補(bǔ)償容量以及位置，( 1) 單點補(bǔ)償:當(dāng)無功負(fù)荷在線路上進(jìn)行均勻分布時，補(bǔ)償位置應(yīng)當(dāng)在距離線路前端2/3 L處，其補(bǔ)償容量是整條線路所需容量數(shù)值2/3時，線損會有最大的下降值。這時．可以線損下降率是：

根據(jù)前面的方法，可以求得當(dāng)補(bǔ)償電容個數(shù)為n時，不同補(bǔ)償電容器相應(yīng)的安裝位置，例如

(2)n個補(bǔ)償點

第i個為：

線損下降率是：

按照前面的求解方法，可以推導(dǎo)出無功負(fù)荷任意分布情況下的補(bǔ)償點以及補(bǔ)償容量。

雖然菲律賓等的提案不一定能得到大陸架劃界委員會的認(rèn)可，[14]但其廣泛宣傳和對中國九段線的批評的確獲得了國際社會的不少支持。由于越南和菲律賓“原告式的表述”，中國在南海的主權(quán)立場已經(jīng)很難獲得國際同情。[15]

2．4．2配電變壓器當(dāng)中的無功損耗補(bǔ)償

在配電變壓器中，其無功損耗包括兩部分，分別是固定無功損耗以及可變無功損耗。前者主要作用在于建立起磁場方面的勵磁無功損耗，它和負(fù)荷電流沒有關(guān)系；而后者主要和負(fù)荷電流平方值成正比，屬于漏磁無功損耗，幾乎都在負(fù)荷處進(jìn)行無功補(bǔ)償。對于變壓器來說，它的勵磁無功損耗主要消耗在勵磁電抗上，表達(dá)式為:

再由因子表與前代得到的向量F，得到方程組

3 潮流計算及程序

3.1 概述

應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行電力系統(tǒng)計算，首先要掌握電力系統(tǒng)相應(yīng)計算的數(shù)學(xué)模型；其次是運用合理的計算方法；第三則是選擇合適的計算機(jī)語言編制計算程序。

3.2 電力系統(tǒng)潮流計算的程序算法

潮流計算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計算，它的任務(wù)是對給定的運行條件確定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如母線上的電壓（幅值及相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布及功率損耗等。

3．2．1 計算不平衡功率△P、△Q并形成修正方程式

目前計算機(jī)潮流計算的方法主要有牛頓-拉夫遜算法和PQ分解法。

在城市開發(fā)邊界與生態(tài)紅線“兩線合一”的劃線研究中，城市增長模型代表了城市發(fā)展的要求，生態(tài)安全格局代表了生態(tài)保護(hù)的要求。圖形核定在城市增長模型和生態(tài)安全格局已有的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步研究。

對于所有的PQ節(jié)點都能夠按照下述公式得到無功功率增量△Q

對每一個PQ節(jié)點或每一個PV節(jié)點都可以根據(jù)下列公式得到有功功率增量△P

當(dāng)有功功率增量以及無功功率增量都不符合下面所給的條件時

《金粉世家》里的金府是一個繁大家族，雖然沒有《紅樓夢》里賈府的三代同堂，但也不遜于它，有人統(tǒng)計過金粉世家里大大小小的主子丫鬟和仆人就有113位。家中的重要成員金銓是國務(wù)總理，這個身份足以支撐這個大家族繁衍發(fā)展。而與《紅樓夢》里賈府不同的是，這個家族里沒有《紅樓夢》里的封建意識，多得更是一些先進(jìn)的思想。這也是身處新舊之間的張恨水他筆下營造的家族小說。這些比之巴金的《家》和茅盾的《子夜》也具有張恨水自己的特點。在一定程度上，也向我們傳達(dá)了一個世家在向現(xiàn)代過渡的過程中發(fā)生的種種變化。

3.2.2 利用因子表法求解修正方程

⑤設(shè)備歸位：當(dāng)完成所有檢測工作后，設(shè)備退回涵洞口，按設(shè)備安裝的程序反向操作，拆卸爬行器、鏡頭、電纜等，將爬行器、鏡頭擦干，歸位入箱裝好。

例2 為探究光照強(qiáng)度對光合作用速率的影響，某生物興趣小組以魚腥藻為材料，利用圖3所示的實驗裝置，將光源分別置于距燒杯15cm、 25cm、 35cm、 45cm處，觀察每分鐘產(chǎn)生的氣泡數(shù)。重復(fù)多次、取平均值，得到圖4所示的實驗結(jié)果。據(jù)圖回答下列問題：

在使用PQ分解法時，其系數(shù)矩陣是在迭代過程中保持不變的，所以為了節(jié)省內(nèi)存和縮短運算時間我們采取了因子表法。

式中：H(k)為信道沖激響應(yīng)h(n)在第k個子載波上的頻率響應(yīng)，Z(k)為高斯白噪聲z(n)的傅里葉變換。因此，可以得到頻域響應(yīng)的估計結(jié)果，即：

若線性方程組一般形式如下：

再利用因子表進(jìn)行前代過程，求出每次迭代后的常數(shù)項。其前代公式是：

對每一臺配變勵磁無功損耗加以補(bǔ)償，此時的無功損耗數(shù)值最小，補(bǔ)償?shù)男Ч麨樽詈?，稱之為理論最佳補(bǔ)償點。如果是配變的無功補(bǔ)償，根據(jù)前文所得出的長線路負(fù)荷方面的補(bǔ)償計算以及容量不再適用，在線路較長的無功補(bǔ)償當(dāng)中，電容通常是單獨運轉(zhuǎn)，所以必須要超出補(bǔ)償點才可以讓系統(tǒng)得到最優(yōu)解。但是配變無功補(bǔ)償設(shè)備要放置在配變低壓一側(cè)，要和配變進(jìn)行配合，假如有過補(bǔ)償情況，配變就必須要為補(bǔ)償提供一些容量，這樣就不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行。在此，最好的運行方式應(yīng)為全補(bǔ)償。

求解出此方程即可得到線性方程組的解向量

3．2．3 多次迭代最終求得V和δ以及全線路功率

在研究各種工藝參數(shù)影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際應(yīng)用及統(tǒng)計分析確定每個因素的最高與最低水平，進(jìn)行4因素的響應(yīng)面設(shè)計，共27組，每組試驗均重復(fù)3次。試驗結(jié)果進(jìn)行二次響應(yīng)面回歸建模，并預(yù)測最佳工藝參數(shù)。

利用上面所介紹的方法求解修正方程組可以求得

從1957年第一顆人造地球衛(wèi)星升空以來，截至2018年10月底，人類共進(jìn)行了6 000余次航天器發(fā)射活動，把8 050余顆航天器送入地球軌道，目前只有約1 900個航天器在有效服役，而其他航天器皆因喪失功能而變成了空間垃圾。同時,已發(fā)生過260余次在軌航天器或火箭解體/爆炸/撞擊(破碎)事件，產(chǎn)生了數(shù)量眾多的太空垃圾，形成了唯一人為的外層空間環(huán)境--空間碎片環(huán)境。

經(jīng)歷了1 9 7 9年那個冬天，殷燕才知道真的戰(zhàn)場遠(yuǎn)比《英雄兒女》里更糟糕。2月2 7日晨，東線最關(guān)鍵的諒山戰(zhàn)役開始。有一個河南開封的兵李民，高個，白凈，愛說愛笑，會拉手風(fēng)琴，醫(yī)院的女孩兒們都喜歡和他搭腔聊天，與殷燕相熟。“2月2 8日那天，從6 5 0高地上抬下來許多尸體。大家都在忙著工作，一個女兵突然驚呼：這不是李民嗎！頭的一半已被炮彈炸飛，軍裝被血浸透，擔(dān)架里都是血水。要不是拿出他左上兜能夠證明身份的生死牌，誰也不知道他就是李民?！币笱嗷貞洝?/p>

3.3 程序及說明

（1）節(jié)點功率結(jié)構(gòu)體：節(jié)點功率不區(qū)分負(fù)荷功率和發(fā)電機(jī)功率，其值為本節(jié)點連接的各支路輸入功率及節(jié)點所接負(fù)荷、發(fā)電機(jī)功率之和，且規(guī)定功率流入節(jié)點為正，流出為負(fù)。

（2）結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)體：G、B為線路的導(dǎo)納和容納；B0為線路的考慮變壓器Π型等值電路后的對地充電容納的一半Bc/2；k為折算到標(biāo)準(zhǔn)變壓器支路后的變壓器變比。

在我國悠久的歷史長河中，玉雕工藝一直是讓我們引以為傲的一門手藝，但原料大多數(shù)以翡翠和田玉玉石為主，若在硬度僅次于鉆石的藍(lán)寶石上雕刻，那絕對是一件十分考驗工匠能力的事情。而就在“中國藍(lán)寶石之都”的昌樂，有這樣一位堪稱“國家級”的藍(lán)寶石雕刻大師——劉海。可以說，是昌樂藍(lán)寶石成就了劉海的雕刻之路，而劉海的雕刻藝術(shù)又讓昌樂藍(lán)寶石的光芒更加閃耀。

4 結(jié)論與建議

由于無功優(yōu)化是一個非常復(fù)雜的課題，涉及很多專業(yè)知識。在論文撰寫過程中有很多費解，難以琢磨的的知識點，對我提出了很大的挑戰(zhàn)。所以這也更好的鍛煉了自己，使我發(fā)揚了刻苦專研的精神。

[1]程浩忠，吳浩.電力系統(tǒng)無功與電壓穩(wěn)定[M].第2版.北京:中國電力出版社，2004,20-25

[2]王兆安，楊軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M].第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998,52-60

[3]李宏, 董瑾. 無功補(bǔ)償技術(shù)的研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2011, 34(6):175-178.

[4]何一浩, 王樹民. TSC動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)述評[J]. 中國電力, 2004, 37(10):22-26.

[5]范舜，韓水.配電網(wǎng)無功優(yōu)化及無功補(bǔ)償裝置[M]第3版.北京:中國電力出版社，2003,17-25