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(shí)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(fèi)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?jiǎn)栴}已不只是一個(gè)供電質(zhì)量問題，還是關(guān)系到大系統(tǒng)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)的重要問題。無功補(bǔ)償設(shè)備的容量、運(yùn)行性能和裝設(shè)地點(diǎn)，必須要考慮到可能出現(xiàn)的運(yùn)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(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著不可估量的作用。

波動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)、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(duì)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(duì)相同的系數(shù)矩陣重復(fù)進(jìn)行的消去與對(duì)不同的常數(shù)項(xiàng)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(yùn)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(yùn)用分(電壓)層和分(供電) 區(qū)相互平衡原則來加以配置并運(yùn)行,同時(shí)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(duì)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(dòng)與自動(dòng)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(tái)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(lì)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(duì)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(jì)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(dòng)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(zhǎng)的線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如農(nóng)電網(wǎng)線路，補(bǔ)償點(diǎn)的影響更加明顯。對(duì)于l0kV配網(wǎng)來說，它的負(fù)荷通常會(huì)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(diǎn)補(bǔ)償:當(dāng)無功負(fù)荷在線路上進(jìn)行均勻分布時(shí)，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(shí)，線損會(huì)有最大的下降值。這時(shí)．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(gè)數(shù)為n時(shí)，不同補(bǔ)償電容器相應(yīng)的安裝位置，例如

(2)n個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)

第i個(gè)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(diǎn)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(huì)的認(rèn)可，[14]但其廣泛宣傳和對(duì)中國九段線的批評(píng)的確獲得了國際社會(huì)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(chǎng)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(chǎng)方面的勵(lì)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(duì)于變壓器來說，它的勵(lì)磁無功損耗主要消耗在勵(lì)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(jì)算及程序

3.1 概述

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

3.2 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的程序算法

潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，它的任務(wù)是對(duì)給定的運(yùn)行條件確定系統(tǒng)的運(yùn)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(jì)算不平衡功率△P、△Q并形成修正方程式

目前計(jì)算機(jī)潮流計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)于所有的PQ節(jié)點(diǎn)都能夠按照下述公式得到無功功率增量△Q

對(duì)每一個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)或每一個(gè)PV節(jié)點(diǎn)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(shí)

《金粉世家》里的金府是一個(gè)繁大家族，雖然沒有《紅樓夢(mèng)》里賈府的三代同堂，但也不遜于它，有人統(tǒng)計(jì)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(gè)身份足以支撐這個(gè)大家族繁衍發(fā)展。而與《紅樓夢(mèng)》里賈府不同的是，這個(gè)家族里沒有《紅樓夢(mèng)》里的封建意識(shí)，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(diǎn)。在一定程度上，也向我們傳達(dá)了一個(gè)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(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。據(jù)圖回答下列問題：

在使用PQ分解法時(shí)，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(yùn)算時(shí)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(gè)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(jì)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(xiàng)。其前代公式是：

對(duì)每一臺(tái)配變勵(lì)磁無功損耗加以補(bǔ)償，此時(shí)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(diǎn)。如果是配變的無功補(bǔ)償，根據(jù)前文所得出的長(zhǎng)線路負(fù)荷方面的補(bǔ)償計(jì)算以及容量不再適用，在線路較長(zhǎng)的無功補(bǔ)償當(dāng)中，電容通常是單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以必須要超出補(bǔ)償點(diǎn)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(yùn)行。在此，最好的運(yùn)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(shí)際應(yīng)用及統(tǒng)計(jì)分析確定每個(gè)因素的最高與最低水平，進(jìn)行4因素的響應(yīng)面設(shè)計(jì)，共27組，每組試驗(yàn)均重復(fù)3次。試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次響應(yīng)面回歸建模，并預(yù)測(cè)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(dòng)，把8 050余顆航天器送入地球軌道，目前只有約1 900個(gè)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(shí),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(gè)冬天，殷燕才知道真的戰(zhàn)場(chǎng)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(gè)河南開封的兵李民，高個(gè)，白凈，愛說愛笑，會(huì)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?！?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(gè)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?。

3.3 程序及說明

（1）節(jié)點(diǎn)功率結(jié)構(gòu)體：節(jié)點(diǎn)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(diǎn)連接的各支路輸入功率及節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(zhǎng)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(duì)是一件十分考驗(yàn)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(jí)”的藍(lán)寶石雕刻大師——?jiǎng)⒑?。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(gè)非常復(fù)雜的課題，涉及很多專業(yè)知識(shí)。在論文撰寫過程中有很多費(fèi)解，難以琢磨的的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)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(yáng)了刻苦專研的精神。

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