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基于配電網(wǎng)潮流的中壓線路串聯(lián)電容補(bǔ)償容量及位置確定方法

2020-08-26 05:14:10王小虎戴巧旭
機(jī)電工程技術(shù) 2020年7期
關(guān)鍵詞:串聯(lián)潮流配電

王小虎,楊 陽,戴巧旭

(1.廣東電網(wǎng)公司湛江供電局,廣東湛江 524005;2.內(nèi)蒙古東部電力公司赤峰供電局,內(nèi)蒙古赤峰 024005)

0 引言

在中壓配電網(wǎng)中,10 kV線路低電壓?jiǎn)栴}是影響配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的重要方面,尤其是在廣大農(nóng)村地區(qū),由于變電站布點(diǎn)偏少、村落分布廣,使得中壓線路供電半徑普遍較長(zhǎng),以及電網(wǎng)建設(shè)滯后于負(fù)荷的增長(zhǎng)、線路線徑小,導(dǎo)致中壓線路壓降較大。10 kV 中壓線路中后端低電壓?jiǎn)栴}由此變得越發(fā)嚴(yán)重。

針對(duì)配電網(wǎng)中壓線路中后端電壓偏低的問題,普遍采用的措施是增加變電站布點(diǎn),以達(dá)到縮短供電半徑;更換中壓線路線徑;利用調(diào)壓器,調(diào)節(jié)線路電壓分布;采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭,調(diào)節(jié)臺(tái)區(qū)電壓;利用并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置等[1]。以上幾種措施在實(shí)際應(yīng)用中,主要受投資金額限制、停電時(shí)戶數(shù)較大以及調(diào)壓效果有限的影響,不滿足整條線路電壓整體水平的要求。

相比以上幾種調(diào)節(jié)方式,串聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)于長(zhǎng)距離、大負(fù)荷、低功率因數(shù)等原因?qū)е碌木€路低電壓?jiǎn)栴}有較好的電壓治理效果[2]。其主要表現(xiàn)在投資較小、現(xiàn)場(chǎng)方便安裝,以及其自身所具有的“自適應(yīng)”調(diào)節(jié)效果,在解決配電網(wǎng)中壓線路低電壓?jiǎn)栴}中具有良好的應(yīng)用[3]。然而,目前在確定串補(bǔ)安裝容量及位置方面仍缺少相關(guān)的研究與探討。本文結(jié)合配電網(wǎng)潮流算法,提出利用前推回代潮流算法,求得線路電壓分布。根據(jù)線路壓降情況,確定串補(bǔ)安裝的節(jié)點(diǎn)位置及補(bǔ)償容量,從而確保所要治理的中壓線路電壓水平滿足運(yùn)行要求。

1 中壓線路串補(bǔ)調(diào)壓原理

1.1 配電中壓線路壓降機(jī)理

為了研究配電網(wǎng)中壓線路的壓降理論,根據(jù)配電網(wǎng)中壓線路閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的要求,可以將運(yùn)行中的一條中壓線路簡(jiǎn)化成如圖1所示的配電線路等效原理圖[4]。

圖1 配電線路等效原理圖

式中:U1為線路首端電壓;U2為線路末端電壓;RL、XL分別為線路電阻和電抗;SL為線路負(fù)荷,SL=PL+jQL。

即:

一般為便于相量分析線路壓降,令:

式中:ΔU為線路電壓降縱分量;δU為線路電壓降橫分量。則式(2)簡(jiǎn)化為:

在10 kV中壓線路中,線路的電阻與電抗之間的大小關(guān)系與線路的線徑有關(guān)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明,線徑小于70 mm2時(shí),電阻大于電抗;隨著線路線徑逐漸增大,電抗參數(shù)也逐漸大于電阻參數(shù)。120 mm2架空導(dǎo)線,其電抗參數(shù)約為電阻參數(shù)的2倍。然而,在中壓線路中無功分量較有功分量很低,忽略線路電壓降的橫分量,式(2)簡(jiǎn)化為:

1.2 配電中壓線路串補(bǔ)調(diào)壓原理

串聯(lián)電容器作為一種補(bǔ)償設(shè)備,廣泛應(yīng)用在110 kV 及以上的高壓輸電線路中,以解決長(zhǎng)線路、大容量電能輸送的電壓質(zhì)量問題[5-6]。對(duì)于10 kV中壓線路,其補(bǔ)償機(jī)理就是提供串聯(lián)電容的容抗XC,實(shí)現(xiàn)降低線路電抗X′L=XL-XC。

如圖2 所示,中壓線路串聯(lián)電容器補(bǔ)償后,線路的電壓關(guān)系為:

圖2 配電線路串聯(lián)補(bǔ)償原理圖

1.3 補(bǔ)償電壓與容量的關(guān)系

由式(4)~(5)可以推出電壓降與補(bǔ)償裝置串聯(lián)容抗的關(guān)系。線路末端電壓在串聯(lián)電容補(bǔ)償前后的電壓變化U′2-U2與線路參數(shù)及補(bǔ)償容量XC之間的關(guān)系為:

式中:A=PLRL+QLXL

2 前推回代配電網(wǎng)潮流算法原理

2.1 輻射配電中壓線路層次劃分

鑒于國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)中壓線路呈現(xiàn)樹狀、單向輻射的形態(tài),本文參考引用廣度優(yōu)先搜索策略的理論基礎(chǔ),將中壓線路進(jìn)行分層[7-8]。將根節(jié)點(diǎn)作為第一層,以根節(jié)點(diǎn)開始向下搜索,將搜索到的節(jié)點(diǎn)放入第二層,再以第二層各節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行向下搜索,并將搜索到的所有節(jié)點(diǎn)放入第三層,以此方式向下搜索,直至將該中壓線路的網(wǎng)絡(luò)全部搜索完畢。如圖3所示的中壓線路,利用該搜索方法進(jìn)行分層,第一層根節(jié)點(diǎn)0;第二層1、2;第三層3、4、5、6;第四層7、8、9、10;第五層11、12、13、14;第六層15、16。

圖3 配電線路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)層次圖

2.2 配電網(wǎng)前推回代算法原理

如圖4 所示的輻射配電線路,k,i 分別為父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn);i,j分別為父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn);ci為由節(jié)點(diǎn)i構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)集。基于以上層次劃分,前推回代潮流算法的第n+1次迭代公式如下[9-10]:

圖4 輻射配電線路潮流簡(jiǎn)圖

節(jié)點(diǎn)i的前推計(jì)算公式為:

則節(jié)點(diǎn)i的電壓回代計(jì)算公式為:

在以上前推回代公式的基礎(chǔ)上,結(jié)合饋線分層劃分,該算法的迭代步驟如下。

(1)初始化:根節(jié)點(diǎn)電壓給予初值,以及為其他節(jié)點(diǎn)電壓定義初值V(0);

(2)根據(jù)式(9),由最后末節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐層向前推算,求得出功率分布情況;

(3)根據(jù)式(10),利用上一步所計(jì)算求得的功率與電流,由最初根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐層向后回代,求得各節(jié)點(diǎn)電壓情況V(n+1);

(4)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的收斂指標(biāo),判斷相鄰兩次迭代所計(jì)算的電壓是否滿足要求,即:

判斷是否收斂依據(jù):max(ΔVik)<ε,若是,則結(jié)束計(jì)算;若否,則繼續(xù)下一次n=n+1,回到步驟(2),繼續(xù)迭代計(jì)算。

2.3 加入串補(bǔ)裝置后的前推回代潮流校驗(yàn)流程

通過以上的前推回代算法,對(duì)中壓配電線路進(jìn)行潮流計(jì)算,即可得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓情況,包括電壓線路偏低的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)電壓在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布情況,確定末端電壓需要提升的幅度,即通過安裝串補(bǔ)裝置,末節(jié)點(diǎn)提升后的電壓值U′L。

為了確保線路末端電壓數(shù)值能得以全面提升,將串補(bǔ)裝置安裝在節(jié)點(diǎn)線路壓降為全線壓降一半的位置,并以該節(jié)點(diǎn)為預(yù)設(shè)根節(jié)點(diǎn),為其預(yù)設(shè)電壓數(shù)值,從而利用提升電壓幅度公式與補(bǔ)償電容容量的公式(6),確定所需要安裝的串補(bǔ)容量。

在求得串補(bǔ)容量及預(yù)設(shè)安裝位置的情況下,再一次利用前推回代公式,確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓是否均滿足要求。若滿足要求,就確定預(yù)設(shè)的根節(jié)點(diǎn)電壓;若不滿足要求,則調(diào)高或調(diào)低預(yù)設(shè)的根節(jié)點(diǎn)電壓,使得各節(jié)點(diǎn)的電壓均滿足電能質(zhì)量的要求。串補(bǔ)裝置安裝位置節(jié)點(diǎn)及容量確定流程如圖5所示。

圖5 串補(bǔ)裝置安裝位置節(jié)點(diǎn)及容量確定的流程圖

3 實(shí)際工程應(yīng)用分析

某供電局所管轄的配電線路中,存在多條線路末端低電壓的問題,本次研究以10 kV 車板線線路為研究對(duì)象,其基本情況如下。10 kV 車板線接于110 kV 營(yíng)仔變電站,該線路2019 年最大負(fù)荷電流為7 月19 日289.32 A,無功功率2.5 Mvar,當(dāng)天母線電壓為10.22~10.62 kV,該線路共有41臺(tái)配變,其總?cè)萘繛? 380 kVA,線路由LGJX-240、LGJ-185、LGJ-70 架空導(dǎo)線組成,供電半徑為21.05 km。其配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)層次如圖6 所示,共有45 個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),共22層,即22個(gè)線路節(jié)點(diǎn)。

圖6 10 kV車板線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)層次圖

通過利用前推回代潮流算法,得到該線路在最大負(fù)荷當(dāng)日的層次節(jié)點(diǎn)電壓分布曲線如圖7所示。由圖可知,電壓在節(jié)點(diǎn)1處的壓降約為整個(gè)線路壓降的一半,其原因是變電站至節(jié)點(diǎn)1段無供電用戶,長(zhǎng)度約11.34 km,在負(fù)荷較大期間,該段壓降由線路電壓損耗造成。根據(jù)串聯(lián)補(bǔ)償安裝位置的指導(dǎo)意見,建議在1號(hào)節(jié)點(diǎn)安裝串補(bǔ)裝置。

圖7 10 kV 車板線節(jié)點(diǎn)電壓曲線圖

圖8 10 kV 車板線安裝串補(bǔ)裝置后節(jié)點(diǎn)電壓曲線圖

根據(jù)算法流程要求,將安裝串補(bǔ)裝置后的1 號(hào)節(jié)點(diǎn)為預(yù)設(shè)根節(jié)點(diǎn),并賦予電壓初值10.6 kV,再次利用前推回代潮流算法,計(jì)算1 號(hào)節(jié)點(diǎn)后的電壓分布,并校驗(yàn)?zāi)┒穗妷菏欠窈细瘢舨粷M足電壓質(zhì)量規(guī)定,調(diào)整所設(shè)定的電壓初值,直至各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓符合要求。串補(bǔ)安裝后的各節(jié)點(diǎn)電壓分布曲線如圖8所示。

確定串補(bǔ)裝置安裝位置后的1 號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓初值后,計(jì)算出提升電壓幅值,即可利用式(6)確定所需要安裝串補(bǔ)裝置的容量。本文以該線路在線路負(fù)荷最大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)下,確定了線路串補(bǔ)裝置的安裝位置為線路1號(hào)節(jié)點(diǎn)及提升電壓幅值,進(jìn)而確定了所需要安裝串補(bǔ)裝置容抗12 Ω。通過該工程案例,為現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)合理地確定串補(bǔ)裝置安裝位置及容量大小提供一種科學(xué)有效的指導(dǎo)方法。

4 結(jié)束語

本文在介紹中壓線路壓降及串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓理論的基礎(chǔ)上,推出電壓提升幅值與串聯(lián)補(bǔ)償電容容量的關(guān)系,并通過研究輻射配電網(wǎng)前推回代潮流算法,提出加入串聯(lián)補(bǔ)償裝置的配電網(wǎng)前推回代潮流校驗(yàn)流程,從而根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓壓降情況,確定串聯(lián)補(bǔ)償裝置安裝位置及容量。通過實(shí)際工程案例,驗(yàn)證了基于前推回代潮流算法確定串補(bǔ)裝置安裝位置及容量的方法可行與有效。

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審批由“串聯(lián)”改“并聯(lián)”好在哪里?
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我曾經(jīng)去北京串聯(lián)
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