2022地区电网无功补偿与电压无功控制.docx

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1、地区电网无功补偿与电压无功控制目录第 章电力系统主设备电气参数计算 电力线路的电气参数 电力线路参数 电力线路的等值电路 电力变压器的电气参数 双绕组变压器 三绕组变压器 等值变压器模型 电力网络模型的反推计算参考文献第 章无功功率的相关概念 无功功率的定义 无功功率的物理意义 无功负荷和无功损耗 参考文献第 章电网损耗的计算 电网损耗的构成 统计线损率 理论线损率 电力网的电能损耗计算 线路电能损耗计算方法 变压器损耗计算 变压器电能损耗 电容器损耗 电抗器损耗 调相机损耗 参考文献第 章电能损耗计算及管理软件 电能损耗计算分析软件 电能损耗管理软件 电能损耗软件同 的结合 图形化操作界面目

2、录 电网自动建模 计算数据采集 理论线损计算 实际线损统计 线 损 分析 自动生成报表 模块化功能设计第 章无功补偿设备 无功补偿的基本概念和目的 无功补偿装置技术的发展 调压式无功补偿装置 型无功补偿装置 基 本 原理 无功补偿基本结构 的分类 饱和电抗器 晶闸管控制电抗器 晶闸管投切电容器 组 合 式 鞍山红一变 示范工程介绍 系统构成 工作原理 与 比较 朝阳变 示范工程介绍 几种无功补偿装置比较参考文献第 章电压调整与无功规划 概述 电压调整措施 无功补偿调压 有载调压变压器调压 无功补偿和变压器综合调压 其他电压控制措施 中枢点的电压管理 电压调整的复杂性 有载分接头调整和电容器投切

3、对高压侧电压的影响 地区电网无功补偿与电压无功控制 无 功 规划 基 本 原则 无功规划的基本流程 无功规划的优化算法 数学规划法 现代启发式算法 多目标无功规划 无功规划存在的问题参考文献第 章无功优化 概述 无功优化与无功规划的区别与联系 静态无功优化 经典数学模型 无功优化算法 动态无功优化法 数 学 模型 动态规划法参考文献第 章配电网无功补偿实用方法 配电网无功补偿形式 配电网无功优化配置的成本函数 投 资 成本 运 行 成本 集中分布协调控制模式的容量优化匹配 考虑经济性的并联电容器优化分组 集中分布协调控制模式的容量优化匹配 求 解 方法参考文献第 章地区电网电压无功自动控制 电

4、压无功自动控制的发展历程 系统主要功能 地区电网 控制策略发展 系 统 构成 灵敏度算法 灵敏度矩阵 变压器分接头的调整 电容器组投切目录 参数变化灵敏度矩阵 优 化 计算 地区电网 系统实施要求 系统的关键技术 状 态 估计 实时数据库 通 信 接口 控制的闭锁与解锁 图形化操作界面的维护 并列变处理 电容器循环投切 专家系统的应用 电压上下限的确定原则 无功上下限的确定原则 无功电压分层控制 调控方案效果评估 电厂侧自动电压控制系统第 章电压无功集中分布式协调控制 无功负荷变化的特点 电压无功控制装置的特点 两级无功电压控制模式 无功集中优化补偿原则 基于日无功负荷预测的电容器投切容量的计

5、算第 章电力系统主设备电气参数计算 电力线路的电气参数电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两大类别。架空线路由导线、 避雷线、 绝缘子、 杆塔和金具等构成。 一般用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上， 以传输电能。 导线由导电良好的金属制成， 有足够大的截面积 （ 以保持适当的通流密度） 和较大曲率半径 （ 以减小电晕放电）。 超高压输电则多采用分裂导线。 避雷线 （ 又称架空地线） 设置于输电导线的上方， 用于保护线路免遭雷击。 重要的输电线路通常用两根架空地线。 绝缘子串由单个悬式 （ 或棒式） 绝缘子串接而成， 需满足绝缘强度和机械强度的要求。 每串绝缘子个数由输电电压等级决定。

6、 杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成， 是架空输电线路的主要支撑结构。架空输电线路在设计时要考虑它受到的气温变化、 强风暴侵袭、 雷闪、 雨淋、结冰、 洪水、 湿雾等各种自然条件的影响， 还要考虑电磁环境干扰问题。 架空输电线路所经路径还要有足够的地面宽度和净空走廊。电缆线路则由导线、 绝缘层、 包护层等构成。 通常是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆， 每组导线之间相互绝缘， 并常围绕着一根中心扭成， 整个外面包有高度绝缘的绝缘覆盖层以及金属护套等包护层。电缆线路的造价较架空线路高。 电压愈高， 两者差别愈大。 电缆线路发生故障时， 检修电缆线路费工费时。 但电缆线路有其优点，

7、如不需在地面上架设杆塔， 占用土地面积少； 供电可靠， 极少受外力破坏； 对人身较安全等。 因此， 在发电厂和变电所内部或附近以及穿过江河、 海峡时， 往往使用电缆线路。 近几年随着城市供电网络架空线入地改造工程的逐步实施， 电缆线路的应用越来越多。 此外， 电缆线路还在城市高架道路和大型桥梁的建设工程中大量使用。 电力线路参数（） 电力线路的电阻一般情况下， 电力线路所采用的金属导线指铝线、 钢芯铝线和铜线。 它们每相单位长度的电阻可按下式计算 （）地区电网无功补偿与电压无功控制在电力系统计算中， 导线材料的电阻率采用下列数值： 铝为 ， 铜为 。 由于存在趋肤效应和邻近效应， 电力线路的交

8、流电阻一般略大于直流电阻。 实际应用中， 导线的电阻通常从产品目录或手册中查得。 但是手册中给出的是在 下的数据， 而实际电力线路的运行环境温度往往不是 ， 因此在需要精确计算时， 必须对所查得的数据按下式进行转换。 （ ）（） 铝导线 铜导线（） 电力线路的电抗电力线路的电抗计算较为复杂， 分为单相、 三相导线及分裂导线等多种情况， 详细的计算过程请参考文献 ， 中的相关内容。 在实际计算中， 可以采用下式做近似计算： （）式中 导线的几何均距； 导线半径。 与 的单位必须统一 （ 采用 或者 ）。也可以从相关的产品目录或手册中查得架空线路的单位长度电抗， 但是必须注意架空线路的排列情况，

9、在相同电压等级下， 架空线路采用三相并行排列或品字形排列方式， 其单位长度电抗值是不同的。 如表 所示。在近似计算的情况下， 对于架空线路的单位长度电抗可以取 。对于电缆线路的电抗参数一般情况下都需要通过查阅产品手册获取， 尤其对于 及以上的高压输电电缆。（） 电力线路的导纳在实际计算中， 电力线路的电纳可以采用下式进行计算： （） 式中导线的几何均距； 导线半径。同样的 与 的单位必须统一 （ 采用 或者 ）。表 每公里架空线路的电抗、电阻标幺值（ ）导线型号 导线型号单导线双分裂双分裂三分裂 输电线路参数按表 所列条件计算。表 输电线路参数第 章电力系统主设备电气参数计算电压 线间距离 线

10、分裂距离 导线排列方式 地区电网无功补偿与电压无功控制由于电纳同几何均距、 导线半径之间存在对数关系， 所以架空线路的电纳变换不大。 在近似计算中， 可以取单位长度的电纳值为 。 而对于分裂导线而言， 其电纳值也可以采用式 （） 计算， 只需要将导线半径换成等效半径即可。也可以直接从相关的手册中查得分裂导线的电纳值。 例如可以利用图， 根据不同的导线分裂根数、 几何均距查询 分裂导线的单位长度电纳值。图 分裂导线电纳值） 与分裂根数 的关系 ） 与几何均距的关系 对于电缆线路来说， 其电纳值一般需要通过查询产品手册获取， 值得注意的是， 由于电缆线路具有等效电容效应， 其电纳值一般要比同电压等

11、级的架空线路大一个数量级。线路的电导取决于线路上安装的绝缘子串的泄漏和电晕， 而与导线材料无关。实际上， 由于泄漏通常很小， 而在设计线路时， 就已检验了所选导线内半径能否满足晴朗天气不发生电晕的要求， 一般情况都可认为线路的电导为零。 电力线路的等值电路在无功优化规划等电力系统稳态分析中， 主要利用电力线路的电阻、 电抗、 电导、 电纳来表示其等值电路， 一般采用 “ ” 形等值电路， 如图 所示。图 电力线路单相等值电路在实际的计算过程中， 对于长度在 以下的短线路可做进一步简化， 即忽略电导、 电纳， 只保留阻抗， 如图 所示。第 章电力系统主设备电气参数计算对于长度在 的中等长度线路或

12、者 以下的电缆线路， 采用如图 所示的等值电路。 而长度在 以上的长线路， 理论上讲， 应该考虑其分布参数特性， 即在图 所示的等值电路基础上， 对参数做分布参数特性调整， 详细内容请参考参考文献 ， 本书中不再赘述。图 短线路等值电路图 中等长度线路等值电路 电力变压器的电气参数 双绕组变压器（在实际计算中， 一般变压器的阻抗和导纳值利用其铭牌参数直接计算， 如式） 式 （） 所 示 。 （）式中变压器高低压绕组电阻 （ ）； 变压器短路损耗 （ ）； 变压器额定电压 （ ）； 变压器额定容量 （ ）。 （）式中变压器高低压绕组电抗 （ ）； 变压器的短路电压百分数。 （）式中变压器的电导

13、（ ）； 变压器空载损耗 （ ）。 （）式中变压器电纳 （ ）； 变压器空载电流百分数。地区电网无功补偿与电压无功控制双绕组变压器的等值模型一般采用 形等值电路， 且励磁支路接在电源侧， 如图 所示。图 双绕组变压器等值电路） 励磁支路以阻抗表示 ） 励磁支路以导纳表示 三绕组变压器 电 阻三绕组变压器的参数计算思路上同双绕组的计算是相同的， 只是由于三绕组变压器各绕组的额定容量比有所不同， 而且升压变和降压变中高、 中、 低压三侧绕组的排列方式也不一样， 所以需要做一些调整。 目前， 三绕组变压器的铭牌所给出的短路损耗是指最大短路损耗 ， 即两个 容量绕组中流过额定电流， 另一个 或 容量绕

14、组空载时的损耗。 由 可求得两个 容量绕组的电阻。 然后根据 “ 同一电流密度选择各绕组导线截面积” 的变压器设计原则， 可得另一个 ， 理论上等于这两个绕组之一的电阻； 或另一个 容量绕组的电阻， 理论上等于这两个绕组之一电阻的两倍。 计算公式如式 （） 所示。（ ） （） 电 抗（ ） （ ）三绕组变压器按其 个绕组排列方式的不同有两种不同结构升压结构和降压结构。 升压结构变压器的中压绕组最靠近铁心， 低压绕组居中， 高压绕组在最外层。 降压结构变压器的低压绕组最靠近铁心， 中压绕组居中， 高压绕组仍在最外层。 但是这两种结构的变压器电抗计算方法是相同的， 首先求出各绕组的短路电压， 再按

15、照双绕组的计算公式计算电抗即可。 （ （ ） （ ） （ ） ） （ （ ） （ ） （ ） ） （） （ （ ） （ ） （ ） ） 第 章电力系统主设备电气参数计算 （） 导 纳 三绕组变压器导纳的求取方法与双绕组变压器的相同。 等值变压器模型利用变压器模型、 线路模型和负荷模型即可搭建电力网络模型。 而在搭建电力模型， 尤其用于计算机编程计算的模型时， 就需要使用等值变压器模型。所谓等值变压器模型指的是在变压器阻抗 的左侧串联一个电压比为 的理想变压器， 如图 所示。 观察图 可以发现， 这种变压器模型的参数确实与电压比 有关， 表明这种模型确实体现了变压器改变电压大小的功能。 但也可见

16、， 这种等值电路中的 个支路并无物理意义可言， 不同于变压器的 形或 形等值电路中， 接地图 等值双绕组变压器模型支路代表励磁导纳而串联阻抗支路代表绕组电阻和漏抗。 这是这种变压器模型的另一特点。 正由于这一特点， 称之为等值变压器模型。至于等值变压器模型的具体应用方法， 请参考参考文献 中相关内容。而所谓 “ 标准电压比”， 在采用有名制时， 是指归算参数时所取的电压比， 在采用标幺制时， 则指折算参数时所取各基准电压之比。 而所谓 “ 非标准电压比” 就统指与这两种情况相对应的理想变压器电压比。三绕组变压器的等值模型思路同双绕组的类似。 一般来说， 理想变压器都串联在高压或高压和中压绕组端

17、点， 不串联在低压绕组端点； 相应地， 变压器本身的阻抗则都先按低压绕组电压求得其有名值， 然后再进行归算或折算。 电力网络模型的反推计算在实际的电力系统分析计算中， 从现场获取的往往都是设备铭牌参数或者设备地区电网无功补偿与电压无功控制型号， 比如变压器的型号和铭牌参数、 线路的型号和长度等， 需要做进一步的计算才能得到建立网络模型所需的阻抗和导纳数据。 但是以这种方式获得的参数与实际电力系统的设备参数值往往存在一定的差异。 在实际计算过程， 如果利用其进行潮流计算或者无功优化计算， 计算结果会产生一定的误差。导致计算获取的参数值与实际值之间误差的原因通常为：） 有时因缺少实测参数量而直接采

18、用设计参数， 或者参数测量条件与实际运行条件差别较大， 这都会使给定的参数值与实际运行中的元件参数有差别。以线路参数为例， 如前所述， 通常情况下， 现场提供的是线路型号和长度， 然后根据相关公式计算线路的阻抗等参数。 而参数计算同线路的敷设情况是相关的， 但是线路的敷设情况在实际计算过程中是难以全面收集的， 因此， 大多数情况下是以某一假想的理想情况来计算的， 这就使得所计算获取的线路参数同实际的参数存在差别。又如无功补偿设备， 以并联电容为例， 在计算过程中往往直接利用电容的额定值进行计算。 而实际电力系统中， 电容所发出的无功功率值是电压的函数， 其所补偿的无功功率是随着系统的电压水平而

19、变化的。 这必然会引起一定的计算误差。） 实际运行中的元件参数因改线、 改建， 或因环境变化等原因而局部地、 缓慢地发生着变化。仍以变压器参数为例， 如前所述， 在计算其参数时， 一般都利用铭牌数据计算其阻抗 导纳参数。 而随着变压器运行时间的增长， 相关参数必然会发生缓慢变化， 此时， 如果仍然利用铭牌数据换算参数将必然造成计算参数的误差。 例如， 同样型号的变压器， 在其使用 年以后， 对应的电气参数同刚出厂时相比必然是会有所不同的。） 调度中心对运行中的自动调压变压器的分接头位置或补偿电容器的组数掌握得不一定确切。 特别是输电线路， 一般给定的参数值是在理想情况下的， 但是由于温度等原因

20、， 线路实际情况与理想情况有时相差很大， 因此， 一般给定的线路参数值和实际值相比大约有 的误差。错误的参数值会造成以下一些结果：） 参数错误对所包含错误支路参数的状态估计量值产生较大的误差， 从而影响其他一些应用， 如安全分析等；） 一些在正常范围内的测量值因与网络参数不一致而被检测成坏数据； ） 长期的误差使运行部门对状态估计的结果失去信心；） 直接使用给定的参数值减弱了状态估计检测和辨识坏数据的能力；因此， 电力网络参数估计在电力系统分析中得到越来越多的关注， 与状态估计和拓扑估计一样变得重要。 电力网络参数估计大致可以分为以下两种方法：） 基于残差和量测误差之间关系的灵敏度分析， 这种

21、基于灵敏度分析的状态第 章电力系统主设备电气参数计算估计与参数估计， 采用常规的状态变量向量， 在状态估计结束后再进行参数估计； ） 基于增广矩阵的估计， 又可以分为基于常规方程的增广矩阵估计和基于卡尔曼滤波原理的增广矩阵估计两种。 基于常规方程的增广矩阵估计方法受权重影响较大， 而且问题的规模被扩大， 降低了计算效率， 此方法适用于估计值为常量的参数； 基于卡尔曼滤波原理的增广矩阵估计方法一般认为后一时刻的值等于前一时刻的估计值， 但如果负荷变化比较快时， 此方法的收敛性较差， 适用于估计值随时间变化的参数。以上方法的参数估计准确性与量测值有很大关系。 如果量测值较准确， 则估计后参数精度比

22、不估计的高； 如果参与估计的线路参数初值较准， 而量测值不准， 则估计后误差更大。 若与可疑线路有关的不良量测值未被检测出来， 则参数估计值精度不高。除进行参数估计以外， 还可以利图 输电线路的 形等值电路用 系统所获取的潮流数据对电力网络参数进行反推计算。 以 形等值电路参数的反推计算为例， 如图 所示， 其中的阻抗支路参数以导纳进行表示。阻抗支路首端和末端功率分别为 （ ）（） （ ）（） （ ） 阻抗支路电流幅值为 （） （ ） 若 ， 则将式 （） 整理后有 （ ）（）若 ， 经整理得 （ ） （ ） （ ） （） （ ）（ ） （ ）（ ）作为一个实际运行系统， 该一元二次方程一定有

23、解： 若 ， 则 （）地区电网无功补偿与电压无功控制若若 ， 则 且 ， 则 （ ） （） （ ） （ ） （ ） （）若 （ ） （ ） （ ） ， 则 （）阻抗支路中的功率损耗：又有 （ ） （ ） （） （ ） （ ） （）比较式 （） 和式 （）， 令实部虚部相等， 得到 （ ） （ ） （ ） （ ） （） 经过求解可得 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （） （ ） （ ） （ ） （ ） （）上述计算公式是从一个样本数据中得到的， 计算的精度取决于样本数据的精度。 为了消除样本数据误差的影响， 可以采用最小二乘算法， 也可以采用多个样本数据分别进行计算， 然后加权平均。线路

24、两端潮流和两端电压幅值都是电力系统常规量测值。 根据这些量测值， 利用式 （） 式 （） 可求得线路 形等值模型的并联对地导纳 。 将导纳值第 章电力系统主设备电气参数计算代入式 （）、 式 （） 可以计算出模型阻抗支路的导纳值， 从而得到模型参数的准确数值解。 由不同时间断面的 量测数据， 经过求解可以得到多组线路参数的计算值。 经过统计分析可以发现， 这些结果大致上符合正态分布。 对参数的计算结果进行正态分布估计， 所得到的正态分布均值即为线路参数的最终辨识结果。应该说明的是， 上述计算所用的样本数据是历史数据， 并且没有考虑变压器的电压比， 也就是说， 变压器的电压比隐含在线路参数中。 在实际的电力网络分析中， 当采用被估计的参数时， 也可以不考虑变压器的电压比。参 考 文 献邱关源 电路： 上册 北京： 高等教育出版社， 邱关源 电路： 下册 北京： 高等教育出版社， 陈珩 电力系统稳态分析 北京：