配電線路電纜化時(shí)的電壓分布特性及感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/h1>
2021-01-12 12:24:36嚴(yán)倚天豆書亮嚴(yán)江波嚴(yán)浩軍
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年1期 關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)
嚴(yán)倚天，豆書亮，嚴(yán)江波，嚴(yán)浩軍
（1.寧波送變電建設(shè)公司，浙江 寧波 315000；2.寧波市電力設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315000）
引言
隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，用電需求日益增加，架空線路落地的電纜化建設(shè)工作也在不斷開展。另外，大量的分布式能源通過(guò)電纜接入，造成配電網(wǎng)電纜出線量劇增。由于配電網(wǎng)電纜出現(xiàn)量的增加，必然會(huì)引起充電功率大量增加，往往導(dǎo)致輕載時(shí)的局部電網(wǎng)高電壓[1]。針對(duì)電網(wǎng)輕載時(shí)的容性無(wú)功過(guò)剩的感性無(wú)功補(bǔ)償，現(xiàn)行做法往往是電纜始端的變電站集中補(bǔ)償。如文獻(xiàn)[2]提出一種“發(fā)電廠平均功率因數(shù)指標(biāo)”來(lái)評(píng)價(jià)220kV 以下電網(wǎng)感性無(wú)功補(bǔ)償是否充裕；文獻(xiàn)[3]對(duì)220kV 網(wǎng)架進(jìn)行建模，并通過(guò)災(zāi)變遺傳算法進(jìn)行感性無(wú)功優(yōu)化配置，改善網(wǎng)絡(luò)電壓水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。以上兩例優(yōu)化方案的感性無(wú)功補(bǔ)償位置均為變電站側(cè)的電纜始端。那么這樣的補(bǔ)償方案是否合理或最優(yōu)呢？現(xiàn)階段對(duì)感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯枯^少，特別是相關(guān)仿真研究基本處于空白。我們使用Matlab對(duì)配電線路電纜化時(shí)的充電功率、電壓特性和感性無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行了仿真分析，以進(jìn)一步探究電纜線路在輕載狀態(tài)下的充電功率和電壓抬升機(jī)理，合理選擇感性無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)，使其既能達(dá)到無(wú)功就地平衡、降低電壓，又能減少有功線損，并期許對(duì)實(shí)際工作具有借鑒或指導(dǎo)意義。
1 配電線路電纜化的基本特點(diǎn)
配電線路的容抗計(jì)算公式為：
其中，C 為線路對(duì)地及相間電容的總電容量。無(wú)論電纜線路對(duì)地距離，還是電纜相間距離，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架空線路，所以，對(duì)地及相間電容應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于架空線路，即電纜線路的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架空線路。
帶電線路充電功率的計(jì)算公式為：
公式1 得知：電纜線路的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架空線路。公式2 可以看出在其他條件相同的情況下，電纜線路的充電功率遠(yuǎn)大于架空線路[4-7]。
圖1 配電網(wǎng)簡(jiǎn)化示意圖
圖2 IEEE-33 節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D
2 電壓無(wú)功的基本關(guān)系
圖1 為配電網(wǎng)簡(jiǎn)化示意圖，該配電網(wǎng)由連接高壓輸電網(wǎng)的降壓變壓器副邊引出的饋線供電。假設(shè)該配電網(wǎng)向N 個(gè)用電負(fù)荷供電，則第i 個(gè)負(fù)荷的功率為Pi+jQi（i=1，2，3...N），其中，Pi和 Qi的單位分別為 MW 和 MVar。假設(shè)配電網(wǎng)的初始端電壓為U0，則第i 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓為Ui（i=1，2，3...N）。由此可以得出第 i-1 個(gè)節(jié)點(diǎn)和第 i 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線路阻抗為Ri-1，i+j，Xi-1，i=li（r+jx）式中：li 為第i-1個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線路，r、x 分別為饋線間的電阻和電抗[8-11]。
有功功率的系統(tǒng)側(cè)流向負(fù)載方向?yàn)檎?，無(wú)功功率的系統(tǒng)側(cè)流向負(fù)載方向?yàn)樨?fù)。在實(shí)際輸配電過(guò)程中，線路功率損耗與負(fù)荷相比，對(duì)電壓分布的影響可以完全忽略。因此，計(jì)算電壓分布時(shí)，不需要考慮線路功率損耗的影響[12-15]。配電網(wǎng)中饋線上各節(jié)點(diǎn)的電壓計(jì)算公式為：
從式（3）可知，由于輕載時(shí)負(fù)荷 Pi、Qi往往很小，所以前后節(jié)點(diǎn)間的電壓降落很?。划?dāng)負(fù)荷等于0 時(shí)，因線路充電功率的影響（Q 負(fù)值），線路末端電壓將高于線路的始端電壓，若為電纜線路，電壓抬升作用將更為明顯；當(dāng)線路輕載，充電功率大到一定程度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)末端電壓高于始端電壓的情況[16-18]。
公式3 看出：輕載時(shí)，饋線上前后節(jié)點(diǎn)的電壓落差很小，因?yàn)檩p載時(shí)負(fù)荷Pi，Qi的值對(duì)電壓落差的影響不大。當(dāng)負(fù)荷趨近于0 時(shí)，在線路充電功率的影響下，將導(dǎo)致末端電壓高于始端電壓，電壓抬高趨勢(shì)明顯；輕載時(shí)，充電功率達(dá)到一定程度，也將對(duì)電壓有較大的影響，末端電壓高于初始電壓的情況出現(xiàn)[16-18]。
3 輕載時(shí)電纜線路電壓分布特性及充電功率的仿真分析
本文以IEEE33 節(jié)點(diǎn)配電線路為仿真模型，該模型是一個(gè)有33 節(jié)點(diǎn)，32 條支路的輻射狀配電線路。配電網(wǎng)除1 至14 節(jié)點(diǎn)采用電纜線路以外，其余全部采用架空線路。線路上節(jié)點(diǎn)連接拓?fù)淙鐖D2 所示。取基準(zhǔn)電壓10kV，基準(zhǔn)容量100MVA。選取10kV 三芯交聯(lián)聚乙烯電纜YJV-3*240 作為支路電纜，取線路電抗率0.0858Ω/km，電阻率0.1Ω/km，對(duì)地電容率0.472uF/km。
按照《GB12325-90 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》中的規(guī)定：10kV 及以下三相供電電壓的偏差范圍為±7%。本文計(jì)算得出電壓范圍為0.93p.u.≤V≤1.07p.u.，即1 號(hào)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，其電壓為1.05p.u.，其它節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)范圍在0.93-1.07p.u.之間，符合該規(guī)定中對(duì)電壓范圍的規(guī)定。
從實(shí)踐中得知，寧波電網(wǎng)春節(jié)期間負(fù)荷是工作日正常負(fù)荷的1/6 左右波動(dòng)，將其作為實(shí)驗(yàn)組I。仿真所得實(shí)驗(yàn)組I 節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)比結(jié)果如圖3 所示，實(shí)驗(yàn)組I 發(fā)電機(jī)有功出力0.6MW，無(wú)功出力-0.8MVAr。與架空線路正常負(fù)荷相比，發(fā)電機(jī)變?yōu)檫M(jìn)相運(yùn)行，吸收無(wú)功。因此，實(shí)驗(yàn)表明：輕載情況下，電纜線路充電功率除了滿足系統(tǒng)感性無(wú)功負(fù)載以外，還要承擔(dān)向電網(wǎng)電源側(cè)倒送的負(fù)荷。另外，實(shí)驗(yàn)組1 電壓走勢(shì)可以看出，第4 節(jié)點(diǎn)到第14 節(jié)點(diǎn)采用的是電纜，這一節(jié)點(diǎn)區(qū)間的電壓略有抬升，該節(jié)點(diǎn)段的電壓高于發(fā)電機(jī)端電壓。但是，第15 節(jié)點(diǎn)到33 節(jié)點(diǎn)采用的是架空線路，該節(jié)點(diǎn)段的電壓有走低趨勢(shì)，低于發(fā)電機(jī)端電壓。
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以看出：與正常負(fù)荷情況相比，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)到遠(yuǎn)端有較大的電壓差。另外，實(shí)驗(yàn)組I 表明：輕載情況下，無(wú)論是電纜區(qū)域還是架空區(qū)域，電壓都在±7%范圍內(nèi)，且電壓差不大。造成輕載情況下電壓差在±7%范圍的主要原因是無(wú)用功倒送，本實(shí)驗(yàn)的33 個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有13 個(gè)節(jié)點(diǎn)采用電纜線路，所以，即便有無(wú)用功倒送，也不至于造成電壓差超標(biāo)。但是，如果將33 個(gè)節(jié)點(diǎn)全部改為電纜線路，則發(fā)電機(jī)無(wú)功出力-2.3MVAr，第10-18 節(jié)點(diǎn)的電壓高于1.07p.u.，則可以看出：當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)采用電纜線路后，則電壓會(huì)明顯超標(biāo)。
圖3 實(shí)驗(yàn)組I 電壓對(duì)比圖
圖4 是實(shí)驗(yàn)組I 與架空線正常負(fù)載支路無(wú)功對(duì)比圖，由圖4 可以看出，實(shí)驗(yàn)組的1 到13 節(jié)點(diǎn)在輕載情況下，并不能夠完全吸收充電功率，造成無(wú)功向其它支路節(jié)點(diǎn)推送。但是，14 到32 節(jié)點(diǎn)的無(wú)功與正常情況下相比明顯減少，這是由于輕載時(shí)無(wú)功負(fù)荷小。因此，通過(guò)以上分析可以得出：輕載時(shí)，各節(jié)點(diǎn)因?yàn)橛泄ω?fù)荷引起電壓不同程度的降低，與此同時(shí)，線路充電功率倒送會(huì)引起電壓不同程度的增加，二者基本持平，相互抵消，讓整個(gè)配電線路的電壓維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。
圖4 實(shí)驗(yàn)組I 支路無(wú)功對(duì)比圖
通過(guò)上述分析可得以下結(jié)果：
（1）輕載時(shí)，電纜的充電功率并不能完全被負(fù)載吸收，因而出現(xiàn)無(wú)功倒送的現(xiàn)象。
（2）線路無(wú)功倒送會(huì)造成各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓升高，有功負(fù)荷會(huì)引起電壓降低。
4 配電線路電纜化時(shí)感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/h2>4.1 感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч治?/h3>
在實(shí)驗(yàn)組I 的基礎(chǔ)上來(lái)完成實(shí)驗(yàn)組II。實(shí)驗(yàn)組II 是在實(shí)驗(yàn)組I 的基礎(chǔ)上，在電纜線路的末端節(jié)點(diǎn)加入電抗器，以補(bǔ)償感性無(wú)功。本實(shí)驗(yàn)將無(wú)功補(bǔ)償容量設(shè)置為-1MVar，然后進(jìn)行相關(guān)仿真操作，仿真結(jié)果如圖5 所示。
實(shí)驗(yàn)組II 在補(bǔ)償后各節(jié)點(diǎn)的電壓均未發(fā)生變化，與正常的架空線負(fù)荷相比，電壓也沒(méi)有出現(xiàn)較大的波動(dòng)。因此，本實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，感性無(wú)功補(bǔ)償有控制電壓抬升的作用。
圖5 實(shí)驗(yàn)組II 電壓對(duì)比圖
對(duì)比可以看出：實(shí)驗(yàn)組I 和實(shí)驗(yàn)組II 的發(fā)電機(jī)有功出力分別為0.62MW、0.64MW，可以得出電抗器增加了感性負(fù)荷，增加了有功損耗；實(shí)驗(yàn)組I 和實(shí)驗(yàn)組II 的發(fā)電機(jī)無(wú) 功 出 力 分 別 為 -0.8MVAr、0.3MVAr， 兩 者 之 差1.1MVAr，而電抗器補(bǔ)償1MVAr 感性容量，二者容量相當(dāng)，這表明電抗器吸收了電纜容性充電功率。圖6 為實(shí)驗(yàn)II 支路無(wú)功對(duì)比，可見，1 到12 節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組II 和實(shí)驗(yàn)組I的差值與電抗器的補(bǔ)償量相近。
圖6 實(shí)驗(yàn)組II 支路無(wú)功對(duì)比圖
根據(jù)以上分析，可得以下結(jié)論：
（1）感性無(wú)功有效吸收了容性充電功率，抑制了線路電壓的抬升。
（2）感性無(wú)功補(bǔ)償相當(dāng)于給電網(wǎng)增加了感性負(fù)載，會(huì)給電網(wǎng)造成較多的有功線損。
4.2 感性無(wú)功補(bǔ)償位置與線路壓降、有功損耗的關(guān)系
為討論補(bǔ)償點(diǎn)位置與線損的關(guān)系，增設(shè)實(shí)驗(yàn)組III：在電纜線路節(jié)點(diǎn)中部位置補(bǔ)償，即選擇節(jié)點(diǎn)7 進(jìn)行補(bǔ)償；增設(shè)實(shí)驗(yàn)組IV 在電纜線路始端節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償，即選擇節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行補(bǔ)償。各節(jié)點(diǎn)電壓關(guān)系如圖7?？梢?，線路始端補(bǔ)償雖達(dá)到了區(qū)域無(wú)功平衡，但降壓效果較差，補(bǔ)償點(diǎn)之后的各節(jié)點(diǎn)電壓與不補(bǔ)償時(shí)的數(shù)值非常接近；中部補(bǔ)償降壓效果較好，補(bǔ)償后電壓有明顯下降；末端補(bǔ)償效果最好，電壓降幅最大。仿真計(jì)算可得，線路首端補(bǔ)償時(shí)有功線損0.015MW（15kW），中間補(bǔ)償線損 0.013MW（13kW），末端補(bǔ)償線損0.036MW（36kW），以中間補(bǔ)償線損最小，差不多僅是末端補(bǔ)償?shù)娜种?，原因是線路中間補(bǔ)償時(shí)無(wú)功在線路上的流動(dòng)最少。
圖7 電纜線路首、中、末端節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償電壓對(duì)比圖
綜上分析，綜合降壓和降損的綜合效果來(lái)看，電纜線路的中間節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償是感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)方案。
5 結(jié)論與建議
總結(jié)上述仿真情況，可得以下結(jié)論：
（1）電纜線路輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)功倒送和電壓越上限現(xiàn)象。
（2）電纜線路的首、中和末端節(jié)點(diǎn)的感性無(wú)功補(bǔ)償，雖均能使區(qū)域無(wú)功達(dá)到平衡，但就補(bǔ)償點(diǎn)之后的各節(jié)點(diǎn)電壓來(lái)說(shuō)，首端補(bǔ)償降壓作用微弱，中間補(bǔ)償明顯，末端補(bǔ)償最好。
（3）相較于電纜線路的首、末端感性無(wú)功補(bǔ)償，中間節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償有功線損最小。
為此建議：
（1）電纜線路的感性無(wú)功補(bǔ)償，應(yīng)以中間節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償為首選方案。
（2）規(guī)劃電纜線路時(shí)，在做好容性無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)也要做好感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃。
（3）感性無(wú)功補(bǔ)償本質(zhì)是在電網(wǎng)上增加了感性負(fù)載，如果采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞奖厝粫?huì)使電網(wǎng)增加有功損耗?？紤]到損耗的原因，集中補(bǔ)償方式不適用于感性無(wú)功補(bǔ)償。
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1 配電線路電纜化的基本特點(diǎn)
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公式1 得知：電纜線路的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架空線路。公式2 可以看出在其他條件相同的情況下，電纜線路的充電功率遠(yuǎn)大于架空線路[4-7]。
圖1 配電網(wǎng)簡(jiǎn)化示意圖
圖2 IEEE-33 節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D
2 電壓無(wú)功的基本關(guān)系
圖1 為配電網(wǎng)簡(jiǎn)化示意圖，該配電網(wǎng)由連接高壓輸電網(wǎng)的降壓變壓器副邊引出的饋線供電。假設(shè)該配電網(wǎng)向N 個(gè)用電負(fù)荷供電，則第i 個(gè)負(fù)荷的功率為Pi+jQi（i=1，2，3...N），其中，Pi和 Qi的單位分別為 MW 和 MVar。假設(shè)配電網(wǎng)的初始端電壓為U0，則第i 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓為Ui（i=1，2，3...N）。由此可以得出第 i-1 個(gè)節(jié)點(diǎn)和第 i 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線路阻抗為Ri-1，i+j，Xi-1，i=li（r+jx）式中：li 為第i-1個(gè)節(jié)點(diǎn)和第i 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線路，r、x 分別為饋線間的電阻和電抗[8-11]。
有功功率的系統(tǒng)側(cè)流向負(fù)載方向?yàn)檎?，無(wú)功功率的系統(tǒng)側(cè)流向負(fù)載方向?yàn)樨?fù)。在實(shí)際輸配電過(guò)程中，線路功率損耗與負(fù)荷相比，對(duì)電壓分布的影響可以完全忽略。因此，計(jì)算電壓分布時(shí)，不需要考慮線路功率損耗的影響[12-15]。配電網(wǎng)中饋線上各節(jié)點(diǎn)的電壓計(jì)算公式為：
從式（3）可知，由于輕載時(shí)負(fù)荷 Pi、Qi往往很小，所以前后節(jié)點(diǎn)間的電壓降落很?。划?dāng)負(fù)荷等于0 時(shí)，因線路充電功率的影響（Q 負(fù)值），線路末端電壓將高于線路的始端電壓，若為電纜線路，電壓抬升作用將更為明顯；當(dāng)線路輕載，充電功率大到一定程度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)末端電壓高于始端電壓的情況[16-18]。
公式3 看出：輕載時(shí)，饋線上前后節(jié)點(diǎn)的電壓落差很小，因?yàn)檩p載時(shí)負(fù)荷Pi，Qi的值對(duì)電壓落差的影響不大。當(dāng)負(fù)荷趨近于0 時(shí)，在線路充電功率的影響下，將導(dǎo)致末端電壓高于始端電壓，電壓抬高趨勢(shì)明顯；輕載時(shí)，充電功率達(dá)到一定程度，也將對(duì)電壓有較大的影響，末端電壓高于初始電壓的情況出現(xiàn)[16-18]。
3 輕載時(shí)電纜線路電壓分布特性及充電功率的仿真分析
本文以IEEE33 節(jié)點(diǎn)配電線路為仿真模型，該模型是一個(gè)有33 節(jié)點(diǎn)，32 條支路的輻射狀配電線路。配電網(wǎng)除1 至14 節(jié)點(diǎn)采用電纜線路以外，其余全部采用架空線路。線路上節(jié)點(diǎn)連接拓?fù)淙鐖D2 所示。取基準(zhǔn)電壓10kV，基準(zhǔn)容量100MVA。選取10kV 三芯交聯(lián)聚乙烯電纜YJV-3*240 作為支路電纜，取線路電抗率0.0858Ω/km，電阻率0.1Ω/km，對(duì)地電容率0.472uF/km。
按照《GB12325-90 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》中的規(guī)定：10kV 及以下三相供電電壓的偏差范圍為±7%。本文計(jì)算得出電壓范圍為0.93p.u.≤V≤1.07p.u.，即1 號(hào)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，其電壓為1.05p.u.，其它節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)范圍在0.93-1.07p.u.之間，符合該規(guī)定中對(duì)電壓范圍的規(guī)定。
從實(shí)踐中得知，寧波電網(wǎng)春節(jié)期間負(fù)荷是工作日正常負(fù)荷的1/6 左右波動(dòng)，將其作為實(shí)驗(yàn)組I。仿真所得實(shí)驗(yàn)組I 節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)比結(jié)果如圖3 所示，實(shí)驗(yàn)組I 發(fā)電機(jī)有功出力0.6MW，無(wú)功出力-0.8MVAr。與架空線路正常負(fù)荷相比，發(fā)電機(jī)變?yōu)檫M(jìn)相運(yùn)行，吸收無(wú)功。因此，實(shí)驗(yàn)表明：輕載情況下，電纜線路充電功率除了滿足系統(tǒng)感性無(wú)功負(fù)載以外，還要承擔(dān)向電網(wǎng)電源側(cè)倒送的負(fù)荷。另外，實(shí)驗(yàn)組1 電壓走勢(shì)可以看出，第4 節(jié)點(diǎn)到第14 節(jié)點(diǎn)采用的是電纜，這一節(jié)點(diǎn)區(qū)間的電壓略有抬升，該節(jié)點(diǎn)段的電壓高于發(fā)電機(jī)端電壓。但是，第15 節(jié)點(diǎn)到33 節(jié)點(diǎn)采用的是架空線路，該節(jié)點(diǎn)段的電壓有走低趨勢(shì)，低于發(fā)電機(jī)端電壓。
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以看出：與正常負(fù)荷情況相比，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)到遠(yuǎn)端有較大的電壓差。另外，實(shí)驗(yàn)組I 表明：輕載情況下，無(wú)論是電纜區(qū)域還是架空區(qū)域，電壓都在±7%范圍內(nèi)，且電壓差不大。造成輕載情況下電壓差在±7%范圍的主要原因是無(wú)用功倒送，本實(shí)驗(yàn)的33 個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有13 個(gè)節(jié)點(diǎn)采用電纜線路，所以，即便有無(wú)用功倒送，也不至于造成電壓差超標(biāo)。但是，如果將33 個(gè)節(jié)點(diǎn)全部改為電纜線路，則發(fā)電機(jī)無(wú)功出力-2.3MVAr，第10-18 節(jié)點(diǎn)的電壓高于1.07p.u.，則可以看出：當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)采用電纜線路后，則電壓會(huì)明顯超標(biāo)。
圖3 實(shí)驗(yàn)組I 電壓對(duì)比圖
圖4 是實(shí)驗(yàn)組I 與架空線正常負(fù)載支路無(wú)功對(duì)比圖，由圖4 可以看出，實(shí)驗(yàn)組的1 到13 節(jié)點(diǎn)在輕載情況下，并不能夠完全吸收充電功率，造成無(wú)功向其它支路節(jié)點(diǎn)推送。但是，14 到32 節(jié)點(diǎn)的無(wú)功與正常情況下相比明顯減少，這是由于輕載時(shí)無(wú)功負(fù)荷小。因此，通過(guò)以上分析可以得出：輕載時(shí)，各節(jié)點(diǎn)因?yàn)橛泄ω?fù)荷引起電壓不同程度的降低，與此同時(shí)，線路充電功率倒送會(huì)引起電壓不同程度的增加，二者基本持平，相互抵消，讓整個(gè)配電線路的電壓維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。
圖4 實(shí)驗(yàn)組I 支路無(wú)功對(duì)比圖
通過(guò)上述分析可得以下結(jié)果：
（1）輕載時(shí)，電纜的充電功率并不能完全被負(fù)載吸收，因而出現(xiàn)無(wú)功倒送的現(xiàn)象。
（2）線路無(wú)功倒送會(huì)造成各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓升高，有功負(fù)荷會(huì)引起電壓降低。
4 配電線路電纜化時(shí)感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/h2>4.1 感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч治?/h3>
在實(shí)驗(yàn)組I 的基礎(chǔ)上來(lái)完成實(shí)驗(yàn)組II。實(shí)驗(yàn)組II 是在實(shí)驗(yàn)組I 的基礎(chǔ)上，在電纜線路的末端節(jié)點(diǎn)加入電抗器，以補(bǔ)償感性無(wú)功。本實(shí)驗(yàn)將無(wú)功補(bǔ)償容量設(shè)置為-1MVar，然后進(jìn)行相關(guān)仿真操作，仿真結(jié)果如圖5 所示。
實(shí)驗(yàn)組II 在補(bǔ)償后各節(jié)點(diǎn)的電壓均未發(fā)生變化，與正常的架空線負(fù)荷相比，電壓也沒(méi)有出現(xiàn)較大的波動(dòng)。因此，本實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，感性無(wú)功補(bǔ)償有控制電壓抬升的作用。
圖5 實(shí)驗(yàn)組II 電壓對(duì)比圖
對(duì)比可以看出：實(shí)驗(yàn)組I 和實(shí)驗(yàn)組II 的發(fā)電機(jī)有功出力分別為0.62MW、0.64MW，可以得出電抗器增加了感性負(fù)荷，增加了有功損耗；實(shí)驗(yàn)組I 和實(shí)驗(yàn)組II 的發(fā)電機(jī)無(wú) 功 出 力 分 別 為 -0.8MVAr、0.3MVAr， 兩 者 之 差1.1MVAr，而電抗器補(bǔ)償1MVAr 感性容量，二者容量相當(dāng)，這表明電抗器吸收了電纜容性充電功率。圖6 為實(shí)驗(yàn)II 支路無(wú)功對(duì)比，可見，1 到12 節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組II 和實(shí)驗(yàn)組I的差值與電抗器的補(bǔ)償量相近。
圖6 實(shí)驗(yàn)組II 支路無(wú)功對(duì)比圖
根據(jù)以上分析，可得以下結(jié)論：
（1）感性無(wú)功有效吸收了容性充電功率，抑制了線路電壓的抬升。
（2）感性無(wú)功補(bǔ)償相當(dāng)于給電網(wǎng)增加了感性負(fù)載，會(huì)給電網(wǎng)造成較多的有功線損。
4.2 感性無(wú)功補(bǔ)償位置與線路壓降、有功損耗的關(guān)系
為討論補(bǔ)償點(diǎn)位置與線損的關(guān)系，增設(shè)實(shí)驗(yàn)組III：在電纜線路節(jié)點(diǎn)中部位置補(bǔ)償，即選擇節(jié)點(diǎn)7 進(jìn)行補(bǔ)償；增設(shè)實(shí)驗(yàn)組IV 在電纜線路始端節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償，即選擇節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行補(bǔ)償。各節(jié)點(diǎn)電壓關(guān)系如圖7?？梢?，線路始端補(bǔ)償雖達(dá)到了區(qū)域無(wú)功平衡，但降壓效果較差，補(bǔ)償點(diǎn)之后的各節(jié)點(diǎn)電壓與不補(bǔ)償時(shí)的數(shù)值非常接近；中部補(bǔ)償降壓效果較好，補(bǔ)償后電壓有明顯下降；末端補(bǔ)償效果最好，電壓降幅最大。仿真計(jì)算可得，線路首端補(bǔ)償時(shí)有功線損0.015MW（15kW），中間補(bǔ)償線損 0.013MW（13kW），末端補(bǔ)償線損0.036MW（36kW），以中間補(bǔ)償線損最小，差不多僅是末端補(bǔ)償?shù)娜种?，原因是線路中間補(bǔ)償時(shí)無(wú)功在線路上的流動(dòng)最少。
圖7 電纜線路首、中、末端節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償電壓對(duì)比圖
綜上分析，綜合降壓和降損的綜合效果來(lái)看，電纜線路的中間節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償是感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)方案。
5 結(jié)論與建議
總結(jié)上述仿真情況，可得以下結(jié)論：
（1）電纜線路輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)功倒送和電壓越上限現(xiàn)象。
（2）電纜線路的首、中和末端節(jié)點(diǎn)的感性無(wú)功補(bǔ)償，雖均能使區(qū)域無(wú)功達(dá)到平衡，但就補(bǔ)償點(diǎn)之后的各節(jié)點(diǎn)電壓來(lái)說(shuō)，首端補(bǔ)償降壓作用微弱，中間補(bǔ)償明顯，末端補(bǔ)償最好。
（3）相較于電纜線路的首、末端感性無(wú)功補(bǔ)償，中間節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償有功線損最小。
為此建議：
（1）電纜線路的感性無(wú)功補(bǔ)償，應(yīng)以中間節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償為首選方案。
（2）規(guī)劃電纜線路時(shí)，在做好容性無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)也要做好感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃。
（3）感性無(wú)功補(bǔ)償本質(zhì)是在電網(wǎng)上增加了感性負(fù)載，如果采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞奖厝粫?huì)使電網(wǎng)增加有功損耗?？紤]到損耗的原因，集中補(bǔ)償方式不適用于感性無(wú)功補(bǔ)償。
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