徐先勇，方璐，劉定國(guó)，徐湘滬

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；

2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082；

3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目節(jié)約電量驗(yàn)證方法及其不確定度評(píng)定

徐先勇1，方璐2，劉定國(guó)3，徐湘滬1

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；

2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082；

3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

針對(duì)供配電系統(tǒng)中安裝的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置節(jié)約電力電量驗(yàn)證方法匱乏這一問(wèn)題，提出了兩種并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后節(jié)約電力電量的驗(yàn)證方法:無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量計(jì)算節(jié)約電力電量驗(yàn)證法和功率因數(shù)計(jì)算節(jié)約電力電量驗(yàn)證法。當(dāng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)前后功率因數(shù)不宜測(cè)量時(shí)，可采用無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量計(jì)算法對(duì)其節(jié)約的電力電量進(jìn)行驗(yàn)證；當(dāng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)前后功率因數(shù)可以測(cè)量時(shí)，可采用功率因數(shù)計(jì)算法對(duì)其節(jié)約的電力電量進(jìn)行驗(yàn)證。本文還依據(jù)實(shí)例對(duì)采用功率因數(shù)計(jì)算并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置節(jié)約電力電量的驗(yàn)證方法進(jìn)行了不確定度評(píng)定，評(píng)定結(jié)果表明所提出驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度和置信水平合理、可靠。

并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償；節(jié)約電量；驗(yàn)證方法；不確定度評(píng)定

節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)〔1〕。伴隨著越來(lái)越突出的供需矛盾和越來(lái)越大的環(huán)境壓力，我國(guó)已把節(jié)能環(huán)保制定成為一個(gè)重要的國(guó)策。電能的節(jié)約也備受社會(huì)各行業(yè)的關(guān)注，其中國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的電力需求側(cè)管理辦法的通知強(qiáng)調(diào)要提高電能利用效率，促進(jìn)電力資源優(yōu)化配置，保障用電秩序。

對(duì)于用戶(hù)，節(jié)電量是關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)利益。對(duì)于電力企業(yè)，節(jié)約電量可以降低電網(wǎng)的損耗，提高電能的輸送能力，減少經(jīng)濟(jì)損失〔2－4〕。電網(wǎng)常用的節(jié)約電量手段有更換/改造變壓器、加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和更換高效電機(jī)等方法〔5－11〕。目前，國(guó)內(nèi)外尚未建立起關(guān)于節(jié)能量測(cè)量和計(jì)算的完善標(biāo)準(zhǔn)體系，僅有少數(shù)涉及節(jié)能量測(cè)量與驗(yàn)證的技術(shù)通則，例如國(guó)際能效測(cè)評(píng)組織編寫(xiě)的 “國(guó)際能效測(cè)量和驗(yàn)證規(guī)程”和我國(guó)的 “節(jié)能量測(cè)量與驗(yàn)證技術(shù)通則”。這些技術(shù)通則介紹了關(guān)于節(jié)能量測(cè)量與驗(yàn)證的一般方法學(xué)，并不是針對(duì)具體節(jié)能項(xiàng)目節(jié)能量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可操作性〔12〕。國(guó)際能效測(cè)量和驗(yàn)證規(guī)程也只是籠統(tǒng)的提到了不確定度評(píng)定。

針對(duì)供配電系統(tǒng)中安裝的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置，在補(bǔ)償裝置正常和穩(wěn)定運(yùn)行條件下，因其連接系統(tǒng)中無(wú)功功率減少致使有功損耗降低所節(jié)約的電力電量缺少驗(yàn)證方法這一問(wèn)題〔13〕。

1 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目節(jié)約電量測(cè)量方案

并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后，補(bǔ)償點(diǎn)到上一級(jí)無(wú)功電源點(diǎn)間所有串接元件上流過(guò)的無(wú)功潮流均將減少。為了提高測(cè)量和驗(yàn)證操作的經(jīng)濟(jì)性，在假定上級(jí)無(wú)功電源點(diǎn)已完全補(bǔ)償時(shí) (即功率因數(shù)接近1)，項(xiàng)目的測(cè)量邊界為補(bǔ)償點(diǎn) (包括并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置)至上一級(jí)無(wú)功電源點(diǎn)間的電力網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。圖1中框圖所示即為并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目的測(cè)量邊界，測(cè)量點(diǎn)主要布置在變壓器T1的出口以及并聯(lián)補(bǔ)償裝置的接入點(diǎn)。圖中BUS1、BUS2為母線，T1，T2為變壓器，C1，C2為并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電容，RL為測(cè)量邊界內(nèi)線路的等值電阻，XL為測(cè)量邊界內(nèi)線路的等值電阻電抗。

在圖1中的測(cè)量點(diǎn)1布置電能計(jì)量裝置測(cè)量并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出的無(wú)功功率和補(bǔ)償點(diǎn)的功率因數(shù)。在變壓器T1的低壓側(cè)安裝測(cè)量裝置測(cè)量運(yùn)行電壓和無(wú)功功率。測(cè)量點(diǎn)測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度會(huì)影響到節(jié)約電量的不確定度評(píng)定結(jié)果。

圖1 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目測(cè)量示意圖

2 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目節(jié)約電量驗(yàn)證方法

圖1中所示框圖范圍內(nèi)的測(cè)量邊界內(nèi)的等效電路圖如圖2所示。圖中RT為測(cè)量邊界內(nèi)變壓器的等值電阻，XT為測(cè)量邊界內(nèi)變壓器的等值電抗。P為線路的等值有功負(fù)荷，Q為線路的等值無(wú)功負(fù)荷，Qr為并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率。

圖2 測(cè)量邊界內(nèi)的等效電路

依據(jù)電路定律，可以得出項(xiàng)目基期任一時(shí)刻的電力損耗ΔPb為:

或者為:

式中 UN為線路運(yùn)行電壓；cosφ為并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)前無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的功率因數(shù)。并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后，項(xiàng)目報(bào)告期任一時(shí)刻的電力損耗ΔPr為:

或者為:

式中 P′為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期線路的有功負(fù)荷；Q′為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期線路的無(wú)功負(fù)荷；cosφ′為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的功率因數(shù)；U′N(xiāo)為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期線路運(yùn)行電壓。將基期電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行工況調(diào)整至統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的運(yùn)行工況，則式 (1)和式 (2)修正為校準(zhǔn)基準(zhǔn)電力損耗ΔPa為:

將式 (3)減去式 (5)則得到并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后節(jié)約的電力ΔΔP( )為:

或者為:

式中 K為無(wú)功補(bǔ)償裝置損耗率；C為測(cè)量邊界內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。式 (7)中的C為式(8)所示:

式 (8)中R＝RL＋RT。或者將式 (4)減去式 (6)則得到并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后節(jié)約的電力Δ ΔP( )為:

并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后節(jié)約的電量為:

式中 Δ(ΔEi)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行在第i種工況下節(jié)約的電量；Δ(ΔPi)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行在第i種工況下節(jié)約的電力；Ti并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行在第i種工況下的運(yùn)行時(shí)間。將式 (7)代入式 (10):

式中 EQi為并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行在第i種工況時(shí)段累計(jì)發(fā)出的無(wú)功電量，Ci為在第i種工況時(shí)測(cè)量邊界內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。

3 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目節(jié)約電量驗(yàn)證方法的不確定度評(píng)定〔13〕

3.1 測(cè)量不確定度來(lái)源

補(bǔ)償前的功率因數(shù)cosφ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1；補(bǔ)償后的功率因數(shù)cosφ′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2；無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量Qr的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3；無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入時(shí)間T的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4；統(tǒng)計(jì)報(bào)告期線路的有功負(fù)荷P′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定

1)cosφ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

補(bǔ)償前最大有功負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)cosφ測(cè)量裝置有3臺(tái)0.5級(jí)電流互感器，3個(gè)測(cè)量精度為0.5級(jí)電壓通道、測(cè)量精度為0.5級(jí)電流通道，無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器本身的功率因數(shù)計(jì)算精度為1級(jí)。

①無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器本身的功率因數(shù)計(jì)算精度的允許誤差為±1%，按均勻分布，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

以交流0.4 kV，50 Hz低壓配電系統(tǒng)的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償為例。如圖1所示，項(xiàng)目中單臺(tái)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在臺(tái)區(qū)變壓器的出線側(cè)。項(xiàng)目測(cè)量裝置含電流互感器、無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器，其中電流互感器為0.5級(jí)、共3臺(tái)；無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器的電壓測(cè)量精度為0.5級(jí)、電流測(cè)量精度為0.5級(jí)，均為3個(gè)通道；無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器的有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)測(cè)量精度為1級(jí)；無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器的時(shí)鐘計(jì)時(shí)誤差2 s/天。該示例以2015年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為來(lái)源，不考慮A類(lèi)不確定度評(píng)定。

本項(xiàng)目UN＝10 kV，R＝0.73Ω，K＝0.000 8，為常量，其它參數(shù)通過(guò)測(cè)量獲得。式 (10)可以簡(jiǎn)化為式 (12)，其中T為無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入時(shí)間。

②單個(gè)電壓測(cè)量通道允許誤差為±0.5%，按均勻分布，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

③單個(gè)電流測(cè)量通道允許誤差為±0.5%，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

3個(gè)電壓測(cè)量通道產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

3個(gè)電流測(cè)量通道產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

④單個(gè)電流互感器允許誤差為±0.5%，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

3個(gè)電流互感器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

⑤補(bǔ)償前最大有功負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)cosφ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

uB11、uB12、uB13、uB14的靈敏系數(shù)均為1，uB11、uB12、uB13、uB14相互獨(dú)立，cosφ的實(shí)測(cè)平均值為0.956 3，故補(bǔ)償前最大有功負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)cosφ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1為:

2)cosφ′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2

按照本節(jié)1)相同的算法，cosφ′的實(shí)測(cè)平均值為0.997 3，補(bǔ)償后最大有功負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)cosφ′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2為: 3)Qr的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3

按照本節(jié)1)相同的算法，Qr的實(shí)測(cè)平均值為120 kvar，無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量Qr的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3為:

4)無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入時(shí)間T的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4

無(wú)功優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制器的時(shí)鐘計(jì)時(shí)誤差2 s/d，故允許誤差為2.314 8×10－5，按均勻分布，T的實(shí)測(cè)值為2.45 h，故無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入時(shí)間T的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4為:

5)統(tǒng)計(jì)報(bào)告期P′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5

按照本節(jié)1)相同的算法，P′的實(shí)測(cè)平均值為518.825 kW，預(yù)期最大有功功率P′的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5為:

6)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定uc

①該項(xiàng)目節(jié)約電量的估計(jì)值:

②靈敏系數(shù)

③合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7)擴(kuò)展不確定度U

取k＝2，當(dāng)項(xiàng)目節(jié)約電量最佳估計(jì)值為4.2×102kWh時(shí):

4 結(jié)論

1)針對(duì)供配電系統(tǒng)中安裝的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償節(jié)約電力電量驗(yàn)證方法匱乏這一問(wèn)題，提出了兩種并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后節(jié)約電力電量的驗(yàn)證方法:無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量計(jì)算節(jié)約電力電量驗(yàn)證法和功率因數(shù)計(jì)算節(jié)約電力電量驗(yàn)證法?？山Y(jié)合實(shí)際場(chǎng)合與測(cè)量條件，采用不同的方法進(jìn)行并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置節(jié)約電力電量的驗(yàn)證〔13〕。

2)依據(jù)實(shí)例的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)采用功率因數(shù)計(jì)算節(jié)約電力電量的驗(yàn)證方法進(jìn)行了不確定度評(píng)定，評(píng)定結(jié)果表明所提出驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度和置信水平合理、可靠。

3)本文所提出的驗(yàn)證方法及其不確定度評(píng)定可操作性強(qiáng)，可以為變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、線路升壓改造等節(jié)電項(xiàng)目的節(jié)電量驗(yàn)證及不確定度評(píng)定提供借鑒。

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Verification Methods of Energy Savings for Parallel Reactive Power Compensation Project and Its Uncertainty Evaluation

XU Xianyong1，F(xiàn)ANG Lu2，LIU Dingguo3，XU Xianghu1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China)

In order to solve the problem oflack of verification method of energy savings for parallelreactive power compensation device installed in power supply and distribution system，two verification methods of energy savings for parallel reactive power compensation are proposed in this paper:the reactive power economic equivalent calculation method and the power factor calculation method for energy saving verification.When the power factor of parallel reactive power compensation devices is not easy to be measured before and after operation，the reactive power economic equivalent calculation method can be used for the verification of energy saving.When the power factor of parallel reactive power compensation devices is easy to be measured before and after operation，the power factor calculation method can be used for the verification of energy saving.Based on the testexamples，the uncertainty evaluation of power factor calculation verification method for parallelreactive power compensation is carried out in this paper.The evaluation results illustrate that the accuracy and confidence level of the proposed method are reasonable and reliable.

parallel reactive power compensation；energy savings；verification methods；uncertainty evaluation

TM714.3

:A

:1008-0198(2017)02-0024-05

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.006

2016-08-09

專(zhuān)利項(xiàng)目:中國(guó)專(zhuān)利 (201611042561.3)

徐先勇(1981)，博士，主要從事電測(cè)技術(shù)、微網(wǎng)電能質(zhì)量、特高

壓試驗(yàn)電源、電力電子技術(shù)及其控制的研究。