【电力系统无功补偿及无功补偿分区原理综述3300字】

电力系统无功补偿及无功补偿分区原理综述目录TOC\o"1-2"\h\u22069电力系统无功补偿及无功补偿分区原理综述 19361.1无功补偿基本原理 1117371.2电网无功补偿对电压的影响 2203101.3电网无功补偿对有功损耗的影响 291151.4无功补偿分区原理 4291311.5无功补偿分区的方法 51715第一种是向上分级归类分区算法： 526690第二种是基于图论的分解分区算法： 518094第三种是聚类分区算法： 51.1无功补偿基本原理在电力系统中，具有感性阻抗特性和容性阻抗特性的设备以并联或串联方式连接到电力系统。具有容性阻抗特性的设备和具有感性阻抗特性的设备具有相反的充电和放电特性。当容性装置释放能量时，感性装置吸收能量，而当感性装置释放能量时，容性装置吸收能量。在电力系统中，不仅电网中许多电气元件需要消耗无功功率，许多负荷也需要消耗无功功率。而这就导致了在电能输送过程中，电压会出现损耗，这就需要补偿无功功率来降低电压损耗，而无功功率不可能由发电机发出然后进行远距离传输，所以需要在消耗无功功率的地方和电压出现损耗的地方来就地产出无功功率，这就是无功补偿。又因为电网中的大多数负载都具有感性阻抗特性，因此无功功率主要由电力系统中的电容器提供。电力系统无功优化和无功补偿对电力系统安全经济运行有重大意义。合理选择无功补偿点和合理配置电力系统无功可有效维持电力系统电压水平，提高电力系统运行的稳定性。它还可以防止无功功率的远距离传输，以减少功率损失，并且使电力系统可以安全，经济地运行。在电力系统中优化无功功率的计划涉及两个方面：确定无功功率补偿点和每个无功功率补偿节点的补偿能力。无功补偿节点的选择对电力系统的经济性和可靠性有很大关联。确定主要补偿点，对无功补偿和无功优化都具有很大影响。1.2电网无功补偿对电压的影响在电力系统中，为了维持系统稳定，电网的电压必须维持在额定的运行范围内，而无功功率对电网电压有很大影响，无功功率不足或过剩都会导致电网电压偏离正常范围。而电网电压又反映了电网无功功率在电网中是不是合理分布的。 (2-1)其中，式中，为电压损失，为线路的有功功率，为线路的无功功率，为线路的等效电阻，为线路的的等效电抗。由此可见，在电网参数确定的情况下，线路电压损耗与输送的有功和无功功率大小有关，当线路输送有功功率一定时，无功功率越大，线路电压损耗越大。因此，为了使配电网的电压保持在额定运行范围内，必须向配电系统提供合理的无功功率，否则，由于无功功率不足，线路电压将被迫下降，而无功率过剩会导致线路电压升高，会偏离正常工作范围。 （2-2） （2-3） （2-4）其中为投入的无功功率，为无功补偿系数，为投入无功补偿前后线路的压降相对值，cosφ为功率因数，为线路阻抗比。由上式可知，无功补偿对线路电压幅值降落的控制水平与无功补偿系数有关，负载功率因数角φ与线路阻抗比密切相关。线路参数和负载功率因数确定的情况下，通过合理调整无功功率，实现电网的电压稳定，使电网处于闭合状态在电压范围内。1.3电网无功补偿对有功损耗的影响电网有功损耗是用来衡量电网经济性的重要指标，是电网经济建设和管理完善的标志，电网无功输送水平和无功补偿水平与网损直接相关。当线路的额定电压为，线路电阻为时，线路传输的有功功率为，无功功率为，则有功功率损耗的计算公式为 (2-5)当线路传输有功功率和无功功率时，线路上就会产生有功功率损耗，可用式（2-5）表示。当电力系统输送的有功功率和无功功率一定时，系统有功功率损耗与线路电阻成正相关，即线路电阻越大大，有功功率损耗越大；一般情况下，电网线路的参数是固定的，输送的有功功率相对稳定，因此，由公式(2-5)可知系统的有功损耗与输送无功功率的平方有关，线路传输无功功率越大，有功损耗越大。为了有效降低电网的有功电能损耗，电网的无功功率分布应合理配置，使线路无功传输距离最小，同时，应尽可能在负荷附近实现无功补偿，就地平衡无功功率，降低有功损耗。电力系统视在功率定义为： (2-6)功率因数定义为： (2-7)一般来说，功率因数可以直接反映线路传输视在功率中的有功功率和无功功率所占比例，当输电线路具有一定的工作功率时，功率因数大小取决于线路本身无功功率的大小。负荷所需的无功功率越大，功率因数越小；负荷所需无功功率越小，功率因数越大。对电网无功补偿的其中一个目的就是使电网功率因数保持在一个合理的范围之内，补偿的无功功率大小直接影响功率因数的大小。当功率因数=1时，称为完全补偿；在从零补偿到完全补偿的过程中，有功损耗越来越小；当补偿容量大于完全补偿时称为过补偿，此时，有功功率损耗将逐渐增大。所以，现实中进行电网无功补偿时，线路补偿度不会太高也不会太低，一般都会控制在0.9-0.95之间。如果电容器投入运行前的有功功率损耗为，则 （2-8）将电容器投入运行后的有功功率损耗设为，则 （2-9）其中，为无功补偿容量。则无功补偿前后有功功率损耗的相对值为： （2-10）由式（2-10）可知，线路有功功率损耗受到电网中无功功率的分布很大影响，并且它与功率因数有很大关系。补偿系数越大，对有功损耗的影响越明显。功率因数确定时，通过合理分配无功功率，可以有效降低电网的有功损耗，提高配电网的经济性。1.4无功补偿分区原理随着现代电网规模的不断发展，以往的电压/无功控制都是集中起来进行控制的，这样的集中控制系统已经无法满足现在的电网对无功功率的需求，于是就有了将原本大的电网分成小的子电网的想法。所以电网分区就是将一个大且复杂的电力系统，通过某种方法将其分为一个个小的子电网。无功补偿分区的思想是将系统分为若干个子电网，子电网内部的电气量为强耦合关系，不同子电网之间的电气量为弱耦合关系。在这种情况下，子电网内的节点电压受子电网内部因素影响，受子电网外的因素影响很小。因为子电网之间是弱耦合关系，所以电压变化规律不同，各子电网间的电压控制是相对独立的。为了控制各子电网的电压水平，我们需要找出能代表每个子电网电压水平的中枢节点，以此来维持与该中枢节点紧密相关的子电网内其他节点的电压水平。因此，在无功分区中选择合理的中枢节点对无功补偿十分重要。为了保证无功分区的有效性和合理性，需要遵循一些无功分区的基本原则:尽量减少相邻子电网间的影响，保证子电网内部强耦合，子电网之间弱耦合；分出子电网的数目和范围大小要合适，范围太大不容易控制，范围太小又失去了无功分区的意义；保障各子电网的无功功率平衡，并且留有一定裕度，以免在控制电压时无功不足。近年来，无功补偿在电网电压安全中所占的比重越来越大，合理的无功分区越来越受到关注。分区主要是为了减小控制策略的求解范围来达到信息解耦的目的，从而增强系统的Robust性能。但传统意义上最简单的电网无功分区是由各个地区所在的电力公司进行划分，虽然这种方式也能将电网进行分区，但随着电网越来越大越来越复杂，这种方式会被别的方法取代，原因就是现代电网讲究无功功率传输的电气距离和无功补偿效应，仅以地理位置和地区特性进行分区，并没有考虑电力系统的电气特性。1.5无功补偿分区的方法第一种是向上分级归类分区算法：想上分级归类分区算法以电力系统专家经验为基础，给定一个初始分区半径，然后用给定的分区半径内判断电力系统中任意两节点间电气距离是否符合分区半径要求，如果两节点间的电气距离符合分区半径要求，则将距离最近的两个节点进行合并成为一个节点集合，再用这个节点集合参加下一次的合并。为了确保所有节点都能被规划到合理的分区中，分区半径将会逐渐增大。第二种是基于图论的分解分区算法：这种分区算法以图为基础，用图将系统中的节点通过某种变量进行连接，连接线的变量权重系数取决于两个节点之间的变量耦合关系，若耦合关系强，则变量权重系数大；若耦合关系弱，则变量权重系数就小，通过变量权重系数，对节点进行连接，就形成了图，根据形成的图，辅以一定的条件，再采用统一规则进行分区的划分。这种算法多用灵敏度矩阵来作为权重系数，能够对电网进行简单的分区。这种算法的缺点是没有