毕业设计（论文）10kv配网无功功率优化设计.doc

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1、2014届毕业生毕业论文题 目: 10kv配网无功功率优化设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1001 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 2014 年 06 月 日摘 要21世纪以来我国经济及科技技术迅速发展，各类电气设备和电力用户对电能质量的要求也愈来愈高。在不同的电压等级中与百姓生产和生活密切相关的是较低电压等级的配电网络如10kv配电网，由于它直接向用户端供电所以其电能质量和供电可靠性越来越受到电力客户及企业的高度重视。如果电力系统存在无功功率不平衡现象则可能出现电压大幅变化，电能质量变差;传输容量相应减少，配电网的稳定性受到影响;系统的功率因数降低，使设

2、备的能源损耗增加。所以，有必要向电力系统提供无功功率的补偿使之平衡，使电力系统更加稳定。 在本文中，通过对经典算法下的无功优化分析，可以很容易地找到最佳无功补偿点位置，及无功补偿的容量，在配电网单侧电源的情况下。通过对经典优化算法的学习，并对实际运行的线路进行计算和分析，求得线路的补偿位置及最佳补偿容量。通过分析和比较，并结合实际情况，选择单点补偿方案对配电网进行无功补偿，将固定补偿与自动补偿相结合。并采用Visual Basic编辑程序来实现无功功率的优化，求出补偿点位置及所需补偿的容量。关键词：配电网；无功功率；无功优化算法；Visual Basic Title 10kv Distribu

3、tion Network reactive Power optimization Design AbstractThe rapid development of Chinas economic and technological 21st century technology , all kinds of electrical equipment for power quality requirements are also rising . At different voltage levels of production and living with people is closely

4、related to a lower voltage level of the power distribution network as 10kv distribution network , due to its power directly to the client so that the quality and reliability of its power more and more electricity customers and corporate attention. If the presence of the power system reactive power v

5、oltage imbalance may appear substantial changes , power quality deterioration ; corresponding reduction in transmission capacity , affect the stability of the distribution network ; system power factor reduced, so that the energy consumption of equipment. Therefore, it is necessary to provide compen

6、sation so as to balance the reactive power to the power system。Through reactive under classical algorithm optimization analysis , you can easily find the optimal reactive power compensation point , and the capacity of reactive power compensation in the case of unilateral power distribution network .

7、By analyzing and comparing , combined with the actual situation, choose a single point on the distribution network compensation scheme for reactive power compensation , the fixed compensation and automatic compensation combined. And using Visual Basic editing program to achieve optimal reactive powe

8、r , position and obtain compensation for the required compensation capacity.Keywords:Distribution network； Reactive power； Reactive power optimization algorithm；Visual Basic 目 次1 绪论1.1 10kv配电网特点和存在的问题随着我国国民经济的飞速发展，资源环境问题日益突出，这一问题已经成为制约经济持续增长的重要因素，作为社会发展的先行者，电力行业也在积极推进节能降损等措施的实施。在电力系统中配电网起着重要作用，它联系了发

9、电，配电，用电等环节。变电站，变压器，线路及保护设备等组成了配电网。根据电压高低的不同可将配电网分为低压配电网，中压配电网和高压配电网三类，我国多数采用10kv电压等级电网向用户输送电能。在系统中虽然输电与配电系统密切联系，但它们之间还是存在很多的不同点，配电系统不同于电力系统其它部分的特点有很多如：（1） 配电网的结构一般为：闭环设计，为了提高供电的可靠性。但运行时是辐射状运行，线路参数R / X的比值较大。（2） 配电网是连接分散负荷，其装置沿线分布的系统。由于配电网是直接与用户相连接的系统，所以其电能质量和可靠性显得尤为重要。所以对配电网的供电有特殊要求。（3） 配电网在电力系统中占据很

10、大的比例。所以，配电网工作的经济性也有着愈来愈高的要求。 由于配电网存在上述特点，所以对它的分析方法不能照搬发电和输电系统的分析方法。人们希望配电网可以持续保持安全、优质、可靠及高效的运行状态，所以推进了它的智能化管理，在这种背景下配电网的优化应运而生。我国10kv配电网的建设成绩也已经有所显现，但由于资金投入的缺乏还是使得配电网建设较落后，其网架结构较薄弱。由于对35kV及以上输电和配电网规划和建设的长期关注，对10kV配电网规划工作有一定程度的忽视，使得10kv供电线路的建设有所滞后，大致估计10kv及以下配电网络的损耗至少占电力系统网络总损耗的70%，具体可表现为：（1） 缺少一些起到支

11、撑作用的必要的电源点，没有坚强的网架结构，使得10kv线路迂回，供电的半径大。（2） 配电网中有大量容量较大的变压器。所以运行经济性不高，配电系统的自动化水平略低。（3） 配电网与负荷直接相连所以当负荷快速增加时会造成会造成无功功率不足，补偿容量不够，使得电压质量下降，无法保证用户的正常生产和生活。（4） 因为电压较低致使线路的压降较大，损耗率也较高，普遍使电压合格率降低。（5） 运行、管理配电网的手段较落后，对配电网进行管理的工作人员的整体综合素质有待提高。1.2 10kv配电网无功优化的必要性 由于这几年来，我国不断推进城乡电网改造，所以较低电压等级配电设备的自动化水平有所提高。科技发展、

12、自动化程度提升，使得对配电网的优化在此基础上有更进一步的发展。在配电网无功优化中通过控制配电网内大量分段开关及少量联络开关的开合状态来调整在不同负荷情况下的网络结构，使系统在损耗最小的方式下运行，这是一种有效的降低损耗的方法。另一种方法是在配电网内运用并联电容器，这种方法不但可以降低配网线损而且还可以提高功率因数对提高系统稳定性提升配网节点电压质量起到重要作用。通过分析无功功率在电网中的分布来确定并联电容器的容量和补偿点的位置以达到降低损耗，提高功率因数，改善10kv配网电能质量的效果，并且可以延长用电设备使用寿命，由此可以带来巨大的经济和社会效益。在高压输电网及中压配电网中起到连接作用的是配

13、电网。中国电力事业发展过程中重视发电部分建设，而对供电系统的建设不太重视，造成电网较薄弱，结构不完善的现象。且由于配电网无功补偿不足，使得电能质量不高。无功功率和电压有密切关系，无功的过多或缺少将引起电压上升或者降低，使电能损失和浪费。以是配电网优化的探究拥有重大的现实意义。配电网优化的意义: 一、降低系统线损，提高配电网运行的经济性。配网线损率在我国大致在10%左右，而美国、英国等重要工业国家的线损率只为5-8。 电力行业在最近几年对电网损耗进行统计，10kv至220kv系统网损率为6至7，其中10kv配电网网损约占60的净损失率，可见降低配网线损是降低整个电力系统网损中的关键问题之一，正常

14、运行时，通过网络优化，改进网络运行模式，从而达到减少配电网净亏损的目标。 二、使负荷均衡，在一定程度上消除过载并提高供电电压质量。电力系统网络中每条馈线都有不同类型的负载馈电装置，如：商业、工业等。因为各类负荷的日负荷曲线不同，所以峰值负荷在不同馈线或是变电站的变压器上出现的时间也不同，优化配电网后，当负荷重负载时可将其转移到轻负载上，如调整馈线负荷减少馈线过载，可以改善电压质量，而且可以有效地降低系统的功率损耗。 三、提高供电可靠性。在处理故障的配电系统时可以打开一些分段开关对故障进行隔离，同时关闭一些联络开关将负荷转移，这起到了快速隔离故障和恢复供电的作用，提高了供电的可靠性。 此外，从配

15、电网络的发展现状看，我们仍需要把大量的精力投放在配电网的规划和建设上面去，随着特高压1000kv线路的快速发展和建设，220kv骨干电网将发展为配电网络，这些电网现状为本课题的提出提供了良好的研究条件。1.3 课题研究发展现状70年代初我国参照着前苏联引进了第一代电容无功功率补偿装置，随着时间的推移科技的飞速发展，以并联电容来改善电压质量降低电网损耗的方法已经成为最有效的手段并广泛应用于各种电压等级。对于10kv线路无功补偿的方式可以分为分散安装和集中安装，分散安装的补偿效果较好但集中安装更易于运行中的维护，最理想的补偿度可通过将两者相结合而得到。在无功优化问题中对最佳补偿点的选择和最佳补偿量

16、的确定方面的研究已经有所突破，并有大量科技论文的发表而且有不少也已经切实的投入到了实际的生产中。一般对配电网进行无功优化时设定的经济性目标函数是求得设备成本与网损减少的经济效益间的差额的最大值。在不同运行方式下，各参数（如：电压、支路等）的约束条件不同；数值求解方法不一样计算时的约束条件又会不一样。文献1-3讲解了由于无功功率具有不能长距离输送的特点，所以无功/电压问题是一个区域局部的问题。文献4、5则是提出了配电变压器低压侧由于分散补偿和在变电所采用集中补偿存在的问题，并提出了解决措施应用柱上无功功率自动补偿装置，使10kv配电网降低了损耗提高了功率因数并且能够有效改善电压质量。文献6就10

17、kv配电网易出现谐波的问题提出了抑制谐波的方法，文中将无源滤波技术与有源滤波技术相结合提出了综合补偿方案，这一方法降低了系统造价，提高了补偿的性能。由以上文献和更多的文献可以看出在广大科学研究者和电力系统工作者的不断努力下配电无功优化问题的研究已经取得了一定的成果，但这并不足够，因为随着社会发展能源问题的突出，电网结构会变得越来越复杂，会产生更多种类的负荷，所以无功功率和有功功率产生的损耗会进一步增加，我们需要更深入的研究配电网的无功优化问题，不断寻求最好的补偿方法。1.4 本文所做工作在本文工作中，通过比较各无功功率补偿算法，结合实际情况和配电网的基本需求，选择一种适合配电网无功优化分配的算

18、法。与现实情况相结合，对各种无功优化的方法进行讨论，选择在10kV线路中采用并联电容器的方法对系统进行无功优化补偿。通过对现有文献的研究，对无功优化问题做初步探讨。2 无功功率的优化和补偿2.1 无功功率及无功补偿的概念在电力系统的运行中，因为存在大量的非线性负载，所以存在着无功功率的消耗。无功补偿作为一种提高电力系统功率因数的方法具有良好的经济性，并且在实际中得到了广泛的应用。这种方法在电力系统中，不仅可以提高电网的输送容量，而且还起到了改善电网电压质量的作用，更重要的作用是减少了线路及电气设备中的能量损耗，这种方法是不能被替代的。 2.1.1正弦电路中的功率 (2.1)指电压与电流之间的相

19、位差。 其中P表示为 P=,Q表示为Q=。由式(2.1)可以看出，瞬时功率P包含两个分量，其中一个分量P(l-)的瞬时值恒为非负值它是以平均值作为简谐振荡的分量且只改变大小而不改变传输的方向，其称为有功功率。（2.1）式中的另一分量是一个角频率为系统角频率2倍的正弦交变瞬时功率分量，它的波形是在正负轴上来回变化的，在正方向上时表示其吸收能量，在负方向上时则表示其释放相同的能量，由此可见系统中是存在一定能在电源和电路之间交换的能量的。所以，这个瞬时功率分量代表了电路中等效电抗所吸收的瞬时功率，电路中的储能元件并不消耗电能，它所反映的是能量在电源和线路间相互转化的速率，但是它的平均并无实际意义，不

20、能作为无功分量。那么无功功率并不是指该无功分量的平均值而是指最大值用Q表示，所以，无功功率本质上指的是线路与电源间的能量交换的最大速率。 电路中视在功率S与有功、无功间的关系可以用下式（2.2）表示： （2.2） 图2.1功率三角形示意图 用“功率三角形”表示,如图2.1所示。由上可得，有功功率是个平均值，是网络所消耗的能量。而无功功率表示的是一个交变功率的幅值，反映的是网络外部与内部能量交换能力的大小，本质上表示的是网络中储能元件电容、电感与电路电源之间能量相互转换的最大速率。 无功功率的概念是不具体的，电场与磁场的转化可产生无功功率，它的主要作用是在电气设备内部建立磁场并维系磁场的存在。主

21、要特点是不对外作功，而是将电能转换为其他形式的能量进行储存。只要是需要建立磁场的，有线圈的电气设备正常运行时就需要消耗无功功率。其用Q表示，单位：var、Kvar。无功功率的不足可对供、用电带来一定的不良影响，主要表现在： （1）发电机输出的有功功率可以减少。 （2）输、变电设备的提供电能的能力减弱。 （3）使得线路电压损失和电能损耗都增加。 （4）降低了系统的功率因数使得电压下降，电气设备容量无法充分利用。2.1.2功率因数 在电网运行中，因为存在大量非线性负载，所以在电网运行时不但要消耗有功功率而且还要消耗一定的无功功率，负荷电流通过线路和变压器时会产生功率和电能的损耗。图（2.1）“三角

22、形”就表述了有功P、无功Q和视在功率s间关系，其中 (2.3)功率因数。功率因数的物理意义：系统提供有功功率P在视在功率S中所占的百分数。电网正常运行时，我们希望功率因数能够更大些，因为功率因数越高则系统中的大部分视在功率将用作有功功率能够起到降低无功损耗的作用。功率因数是衡量是否合理使用电气设备，高效利用能源和有效管理电源的一个重要技术指标。提高功率因数的意义：（1）改善设备利用率： 功率因数还可以表示为 （2.4）式中：U线电压； I线电流。由上式可以看出，电压电流一定时功率因数增大输出功率将随之增大，因此增大功率因数是充分发挥设备潜力的有效措施。（2）降低电压损失：电力系统的电压损失表达

23、式如下式（2.5）： (2.5) 由上式可知与电压损耗有关的物理量分别为有功功率P、电阻R、无功功率Q及线路电抗X。当采用容抗为的电容对线路进行无功功率的补偿时，电压损失的表达式表示为： (2.6)由上式（2.6）看出当采取电容补偿后，电压损失减少，能够提高系统的电压质量。（3）减少线路损失： 当线路流过负荷电流I时，将产生有功损耗： (kw) （2.7） 或 （kw） （2.8） 由上式（2.8）看出有功损耗与功率因数的平方成反比，即功率因数越大线路的有功损耗就越小，求全网有功损耗的方法是用节点将线路分段，把每段线路上电阻通过的无功负荷求出并相加得到总的有功损耗。(4)提高电网输送电能的能力

24、： 有功功率与视在功率的关系： （2.9） 由上式可见当输送的有功功率一定时，功率因数越高则系统的视在功率越小,由此本文将以功率因数为基准来优化配电网的无功功率。2.2 无功补偿概述2.2.1无功补偿的基本概念 多数电力设备依托电磁感应来工作，他们在能量交换中建立磁场，一个周期内吸收的功率等于释放的功率，无功功率用作系统内部电场与磁场间的变换，它在设备中建立并维系磁场的电功率，如变压器需要无功功率才能在变压器一次侧线圈上建立磁场从而在变压器二次侧感应出电压。所以要是设备正常工作一定要向系统提供无功功率。 2.2.2 无功补偿的基本原理 交流电路中容性负载与感性负载的电流相位相差180，两者相互

25、抵消，能量将会在两者之间相互转化，当容性设备释放能量时感性负载则吸收能量，反之亦然。由此容性装置提供的无功功率可以补偿感性负荷运行时所需的无功功率，所以无功补偿装置就是电容器组成的电气设备。其原理图如图2.2所示。设负荷需要的无功为Q，补偿装设后提供无功为，补偿后：电源输出的无功功率变为，功率因数变为，视在功率变为。图2.2 无功补偿原理示意图补偿无功功率降低了视在功率从而也相应减小了线路的截面积和变压器的容量，减少了系统供用电设备的投资。 系统中常用的电容器补偿，就是在用电负荷或是变电站母线上并联电力电容器，其基本原理如下图2.3 RLC电路所示。图2.3基本的RLC电路 a欠补偿 b过补偿

26、图2.3补偿后的向量图现实中多数电器设备均呈现感性电抗，使得电流落后电压一相位角，当并联电容器后，引入了一个超前流，使得趋于零，从而提高了功率因数，减少了线路上无功功率的输送。因此只要是电感负载，那么为其提供无功补偿是必不可少的，提供无功的方法有两种：一是输电系统电源提供的；二是并联补偿电容器提供的。但电源提供无功时不太经济，如在设计输电系统时有功功率和无功功率都要考虑，而且会增加线路和变压器的损耗使系统的经济效益降低。电容器提供就地补偿无功功率的方法恰能有效改善这一缺点，由于无功功率不再在输电线路上传输所以有效减少了线路上的损耗提高了配网的传输效率。2.3 无功补偿的原则、类型及手段2.3.

27、1无功补偿的原则 在未设无功补偿装置时，应尽可能提高用电设备的自然功率因数，设计线路时要正确选取变压器和电动机的容量减小线路阻抗使运行时产生的损耗尽可能小。当系统运行仍不满足要求时就要在系统上安装无功补偿装置，安装时要满足无功补偿的原则为：（1）对系统进行全面合理的布局，采取分级补偿，尽量满足无功功率就地平衡。（2）以线路上散点补偿为主并与集中补偿相结合。（3）在低压补偿为主的情况下与高压补偿相结合。（4）降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。（5）供电部门的无功补偿与用户补偿相结合。 2.3.2无功补偿的方案（1）低压集中补偿方案 低压补偿方案是指将无功补偿装置安装在较低电压等级的变压器（

28、如380V配电变压器）侧如图2-4方式1，其补偿装置是并联电容器柜，低压并联电容器柜有很大容量可达几百千乏，能够对应于负荷的变化投切电容器达到跟踪补偿的效果。在变压器侧安装便于管理维护，但对电力系统而言是不可取的。原因是线路电压水平是由该系统运行的条件确定的。当线路电压基准值出现过高、过低情况时，提供的无功功率可能远离实际需要，发生无功功率的过补偿或欠补偿现象。并且还有一些配电变压器是安装在外界环境的杆架上的，采用这种方案对其进行无功补偿时较难维护而且存在安全问题，所以这种方法的采用有一定的局限性。（2）杆上补偿方案变电站和发电厂为了解决由于没有安装无功补偿装置的变压器造成补偿度降低的问题，就

29、要向用户提供无功功率，这将使得大量无功在配电线路上流动造成电网损耗居高难下。因此，并联电容器于户外10千伏架空线路杆塔（或新建杆塔）上对线路进行补偿，如图2-4的模式2，可以提升电压，降低损耗，提高配电网功率因数。杆上无功补偿方案的缺点是：1）距离变电站远的补偿装置，其保护装置不易配置。2）维护工作量较大。3）控制成本较高。4）受客观因素（如：安装环境、空间等）的影响。为尽可能的优化此种方案使其能够广泛应用到实际当中我们应遵循以下规定：1）补偿点要少最好采取单点补偿。2）控制方式要简单，因此不设分组投切。3）补偿容量不宜过大。过大时将导致配线轻载时的过补偿和过电压；太多的电容器安装在杆塔上，不

30、安全，散热差。4）接线应简单。最好的方法是一相只使用一个电容元件，以减少设备的故障率。5）保护装置可采用熔断器和ZnO避雷器等简单设备。由此分析得到，杆上无功补偿的对象主要是10kV沿线公共用变压器，在负荷较重或功率因数较低的配电线路上常采用这种补偿方法，其优点是投资小，获利快，补偿效率高，方便管理和维护。但由于该补偿方案是长期固定补偿所以对负荷波动较大的情况反应力较差。所以应采用有跟踪补偿性能的电容器组。 图2.4无功补偿配电系统图（3）变电站集中补偿方案图2.4中的方式3即为变电站集中补偿方式，这种补偿方式的作用有：1）提高电网的功率因数。2）提高变电站电压。3）补偿主变压器无功，变压器损

31、耗减少。这种方案如图2.4所示一般用在变电所10kV母线。其具有易于管理等优点，但其降低配线损作用不大。当补偿无功功率的设备与变压器有载调压相结合时实现了变电站对电压的控制。（4）用户终端分散补偿方案 如图2.4的方式4为用户终端分散补偿方式，这种方案广泛应用于我国城市与农村配网中对无功需求很大的地方，是直接在用户末端提供无功功率的方式，是一种降低损耗稳定电压最得当的方式。对于负荷波动不大切长期处于工作状态的电力设备在文献供电系统设计规范里指明应采取对这种设备的就地独立补偿。如在工厂和企业内的电机应该采取用户随机就地补偿；而对于那些负荷较小波动又频繁，位置又分散的电力用户应开发一种智能性高，免

32、维修，占地小便于安装且功能齐全又便宜的无功终端补偿设备。与前三种相比，用户终端分散补偿方案有以下优点:1)线损率可降低20 。2)减少电压损耗，改善电压质量，提高了电气设备的运行情况。3)能源输送系统的能量得到释放，提高了线路的供电能力。它的缺点是：无功补偿量是按最大无功需求而定，轻载时多数电容器不运行这就使得装置的利用率不高。2.4 不同补偿方案的理论比较和分析针对变电所不同补偿方案进行分析比较，进一步说明在不同位置进行无功补偿时将造成1OkV线路补偿的效果有所不同:（1）当不对线路进行无功补偿时，如图： 网络的总损耗：（2）当在变电站1OkV母线上安装电容器组时，如图： 整个网络的损耗:（

33、3）当在1OkV线路上安装电容器组时,线路如图： 网络总损耗为：将以上3个式子进行比较，可见，在电容器容量相同的情况下，当电容器组装于变电站的1OkV母线上时，仅能减少35kV的线损，不能减少1OkV级线损。当电容器装设在10kV线路，可以减少35kV和10kV两级损失。因此为了提高无功补偿的经济效益，电容器组尽量装在配电线路上是合理的。 综合以上讨论，在表2.1中进行性能比较： 表2.1各种无功补偿方式方案比较 补偿方式 变电站集中补偿 低压集中补偿 杆上固定补偿 用户端分散补偿 补偿对象 变电站无功需求 配电变无功需求 10kv线路无功 基荷 终端用户无功需求 降低损耗有效 范围变电站主变

34、及输电网 配电变及输配电网 10kv线路及输电网 整个电网 改善电压效果 较好 较好 较好 最好 单位投资大小 较大 较大 较小 较大 设备利用率 较高 较高 很高 较低 维护方便程度 方便 方便 方便设计面广不太方便 由以上分析本文无功优化方案采用杆上固定补偿方案对10kv配电网无功功率进行优化。2.6 无功补偿的设备及选取2.6.1无功补偿设备类型（1）同步调相机 同步调相机实际上是不带负载的同步电机的空载运转。它自身铜，铁等机械损耗是由电网运行提供的少量有功功率。同步调相机有两种操作模式分为欠激磁和过激磁：过励磁运行，可向系统提供感性无功功率，相当于一个无功电源，其经常工作于这种运行状态

35、;当系统无功过剩其作为负载吸收无功时称为欠励磁运行。只要激励变化，同步调相机可以顺利调整无功功率的大小和方向，改变电压。（2）并联电容器 无功补偿电容器在国内外广泛应用。以他们的方式来安装不同的位置，通常有三种方式并联电容器无功补偿：1）用户终端的分散补偿。2）变电站集中补偿。3）用户集中补偿。 其在网络并联于电感性负载，并联电容器优点是结构简单，经济，便利，但它的阻抗是固定的，它不能跟踪负荷变化的无功功率的需求，无法实现连续无功动态补偿。（3）静止无功补偿器70年代至今，静止无功补偿器SVC逐步取代了同步调相机。 近10年来，晶闸管一直主导着静止无功补偿装置。因此，SVC已成为专指使用晶闸管

36、静止无功补偿装置。SVC补偿装置依赖于电力电子开关来调节无功功率。SVC装置连续可调的补偿，在电力系统中随着负荷变化与电网进行无功交换，具有更快的响应速度，可保持电压恒定。 2.6.2线路无功补偿装置介绍（1）单投切无功自动补偿装置 单投单切，是一个开关控制一个补偿电容器。更适合无功较稳定的线路，无功容量不大，常适用于缺少450kvar以下活性较低、电容器配置在300kvar以下的线路。（2）单投单切自动固定补偿（一静一动） 当电容器退出运行时，往往存在一定的无功缺额。因此，需要增加一组长时间接在线路上的电容，即采用固定补偿的方式，然后还要叠加一部分动态补偿。这种方法称为固补加动补。 这种方法

37、在技术方面并没有进步，适用于存在着稳定的负荷而且也存在无功功率的线路。由于配电网线路复杂，所以确定补偿设备的无功容量并不容易，为避免过补偿要留有充分的余量。（3）双投双切无功自动补偿装置（二动） 双投双切是指两台开关各接一组无功补偿电容器，及接两组电容器，根据线路情况分别动作，同时称为两组动态补偿/循环动态补偿。 这种补偿装置在技术上有所提升能够适应无功缺额较大的线路，提供的无功功率可达到无功缺额的80%以上。它的组成部分为两组电容器、开关，电流、电压互感器等电气设备组成。该控制器具有更强大的功能，它的决策执行能力也更高。（4）双投双切自动固定补偿（一静二动） 增加一组补偿在双掷双切基础上，适

38、用于线性补偿能力，基本没有电力需求的场合，它是顶级产品线的补偿，有能力组合的四个层次，补偿率可达85%以上。2.6.3总结 由以上分析考虑补偿效果及经济性等因素本设计采用双投双切无功自动补偿装置。即10kv柱上无功补偿装置，其型号为、。型无功补偿设备是10KV线路上使用的户外型无功自动补偿电气设备。它可以跟踪监测线路的电压、无功、功率因数等参数，并根据这些参数对电网进行动态补偿。3 基于经典法的无功优化算法3.1 无功容量的合理分配3.1.1确定无功容量的分配原则 （1）网络总无功容量确定时，如何合理的把补偿容量分配给每个补偿点，从而使网络的损失最小，获得最佳的补偿效果，是一个非常重要的问题。

39、 （2）为了解决这些问题，应该学习无功补偿容量的优化配置。 （3）是一个有约束条件的非线性规划问题。也是在一定条件下，多元函数求极值获得最优解的问题。3.1.2目标函数和约束条件（1）目标函数：非线性规划问题分析得目标可以是多种多样的，例如补偿设备的投资最少，要获得的经济效益最大等。本文非线性问题追求的目标是配电网的总有功损耗最小，对此我们建立关于网络总损耗和各补偿点补偿容量间的函数关系，即： （3.1）即当各补偿点补偿设备提供的无功功率分别为为时，将使网络总损耗最小，达到目标。（2）约束条件：即在追求非线性问题的目标时所建立的函数关系是要以一定约束条件为基础的，不是无条件的。这些条件就叫做约

40、束条件。因此，所讨论的问题是个有条件的规划问题，即在满足一定条件下，才可以保证网络总损耗最小。1）配电系统的无功负荷要平衡当补偿的总容量为、总无功负荷为、总无功损耗为时，要满足配网的无功负荷平衡，即 （3.2）这是起到约束作用的第一个条件。2)补偿容量极限 补偿根据功率因数的要求进行补偿，或根据其它要求进行补偿时，补偿容量不能大于其极大值，也不可小于其极小值，所以补偿容量的限为： （3.3）3）电压的极限 按配网电压质量的要求，第个补偿点处的电压必须小于最大值，大于最小值，即： (3.4)这是第三个约束条件。在满足以上三个约束条件的前提下，追求网损最小是我们所研究的问题的目标。3.2 补偿设备

41、的补偿容量和安装位置的确定为方便研究，这里假设无功负荷沿线路均匀分布，如图3-2（a）所示，为使补偿后减少的损耗最大，这部分将讨论怎样确定补偿容量及补偿位置，讨论分两种情况：（1）单点补偿；（2）两点补偿。这里采用单点补偿方案对配电网进行优化。图3.1 均匀分布无功负荷线路上单点补偿前、后 图3.1（b）、（c）中，画出了单点补偿时无功潮流的分布图。为了简化分析，这里设线路全长，单位长度负荷密度，所以总无功负荷。设在线路处安装补偿容量为的无功功率补偿装置，则在补偿后的潮流如图3.1（c）所示。补偿后线路各节点的无功潮流：（1）补偿点至线路末端（）段无功潮流为：（2）由起点至补偿点一段，即补偿后

42、，网损减小的数值为： （3.5）为求的极大值，采用求极值的方法，即令，得 (3.6)解出。这就是说，电力无功负荷沿线均匀分布时，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路电源长为全线长的处，补偿容量为所需要的总无功容量的，此时的线损下降值最大。在此情况下：（1）补偿度为：（2）补偿前线路总损失为：（3）线路损失减小值为： （4）线损下降率为： 由以上分析可得，对配电网进行单点无功功率优化时，在线路的2/3处装设无功补偿装置得到的优化效果最好，所补偿的容量约为所需要的总的无功功率的2/3。此时补偿度为66.7%，线损下降率为88.9%，达到了降低配网线损率,提高功率因数的目标。 4 10kv配电网无

43、功补偿前后的分析比较在我国越来越重视节能的大背景下，降低10kV配电线路的损耗，优化10kv配电网络是当今研究的重要问题，通过分析得知各种方案中较有效的是在线路上适当的进行无功补偿。下面就这一问题进行分析与讨论。4.1 10kv线路无功补偿优化计算的方法4.1.1 求10kv线路补偿前参数 图4.1为无功补偿前的简化线路图：图4.1无功补偿前的简化线路图设:如图4.1所示的长度为S的配电线路，由变电站10kV母线供电，在线路上均匀地分布着电力负荷。变电站母线提供的线路总负荷电流为I，由于负荷一般均为感性负荷，所以变电站在提供有功电流的同时，亦需提供容性无功电流。从变电站的运行记录中选取某个月份，查得该月份的有功、无功电量，由这两个参数可以求得线路的功率因数： (4.1)式中系统无无功补偿时的功率因数； 系统有功电量，； 系统无功电量，。 并且可根据线路上的最大电流，线路电压及功率因数求出最大功率；同理由最小电流可求出最小有功功率，如下式： （4.2） （4.3）-最大有功功率；-最小有功功率；-最大电流；-最小电流；-