[发明专利]中低压区域电网智能无功优化与协调控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的电压无功优化领域，尤其涉及一种中低压区域电网智能无功优化与协调控制系统。

背景技术

电压是衡量电能质量的重要指标，电压质量对电力系统稳定运行、降低线路损耗、保证工业和农业的安全生产、提高产品质量、降低用电损耗都有直接影响。因此保证电压质量是电力系统设计和运行的重要任务。在交流电能的输送和使用过程中，用于转变成机械能、光能、热能等那部分电能称为有功功率，而用于电路内电场和磁场交换的那部分电能称为无功功率。在电力系统中，当有功功率不足时，将引起频率下降，而无功功率不足时，将引起电压下降。

无功优化对改善电压质量，提高电力系统稳定性，减少网损、提高电力系统经济效益具有十分重要的理论意义和现实意义。目前中低压配电网主要有三种无功优化方式：

1、变电站集中补偿

变电站集中补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方案对10kV配电网的降损不起作用。为实现变电站的电压/无功综合控制，通常采用并联电容器组和有载调压抽头协调调节。协调调节控制算法国内学者进行过大量研究，九区图法是一种常用的有效方法。但大量的实际应用表明，投切过于频繁会影响电容器开关和分接头的使用寿命，增大运行维护工作量，通常在实际中要限制抽头调节和电容器组操作次数。采用电力电子开关控制成本比较高、开关自身功率损耗也很大，因此变电站高压电压/无功控制技术仍有待进一步改善和研究。

鉴于变电站无功补偿对提高高压电网功率因数，维持变电所母线电压和平衡系统无功有重要作用，因此应根据负荷的增长安排、设计好变电站的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最好的情况下，尽可能使电容器组投切开关的操作次数为最少。

2、配电变低压补偿

配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。

配变低压无功补偿的优点是补偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工程的投资较大，运行维护工作量大，也因此要求厂家要尽可能降低装置的成本，提高装置的可靠性。

采用接触器投切电容器的冲击电流大，影响电容器和接触器的使用寿命；用晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题，但明显缺点是装置晶闸管存在功率损耗，需要安装风扇和散热器来通风与散热，而散热器会增大装置的体积，风扇则影响装置的可靠性。低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护是补偿工程需要重点考虑的问题；另外，配电系统负荷情况复杂，系统可能存在谐波、三相不平衡，以及防止出现过补偿等问题，这些都是应注意的问题。

3、配电线路固定补偿

大量配电变压器要消耗无功，很多公用变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站或发电厂承担，大量的无功沿线传输使得配电网的网损居高难下，这种情况下可考虑配电线路无功补偿。线路补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿，由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。

线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功，具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。

以上三种方式对稳定电压，改善无功分布，减少网络损耗起到了积极作用。但是大部分的补偿多是采用固定补偿的方式存在，具有自动智能补偿的装置并不普及。在应用中存在以下的不足：

一是固定补偿容量随着负荷的周期变化容易产生过补偿现象，不适应电网迅猛的发展。

二是分散的补偿装置无法通过联合调节实现电网的综合电压无功控制，使得装置只考虑设备自身的投切情况，未能利用电网网络供电的特性，最大程度地通过多套装置配合动作，减少电容的动作次数，延长设备寿命。