低压工业配电台区混合无功补偿装置的容量配置方法与流程

本发明属于电能质量控制技术领域，尤其涉及一种低压工业配电台区混合无功补偿装置的容量配置方法。

背景技术：

经济大力发展，导致人们的生活和生产对电能需求日益增大，对电能质量的要求也越来越高。低压配电网作为电力系统中直接面向用户的重要环节，其电能质量直接影响电力企业的经济和社会效益。而低压工业配电台区关乎工业生产，责任重大，保证具有其良好的电能质量尤为重要。但是，目前配电网建设的速度明显滞后于用电量的增加，配电台区无功分布不合理，无功补偿设备数量少、结构单一、投运率不高等现象长期存在，使得配电台区电能质量难以得到保证，网络损耗问题日益突出。

工程中常采用的无功补偿装置主要有：固定电容器(Fixed Capacitor，FC)、静止无功补偿装置(Static Var Compensatory，SVC)等无源补偿装置，以及静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)等有源补偿装置。它们各自都存在一定的优势和局限性，综合不同装置的优点、通过合适控制和容量优化配置，研制有源设备与无源设备配合运行的混合无功补偿装置，是性价比最好的一种方案，目前得到广泛研究。

补偿容量的优化配置是装置补偿效果的重要保障。目前，很多电力单位还依靠于规划人员的经验进行无功规划配置，不能满足配电网的实际情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低压工业配电台区混合无功补偿装置的容量配置方法，克服现有技术的缺点和不足；针对典型低压工业配电台区负荷的运行特性，建立工业台区负荷群的总体外部特性模型，根据负荷模型对混合补偿装置的有源部分和无源部分容量进行优化配置。

本发明首先对低压工业配电台区的负荷特性进行分析，在此基础上，建立低压工业配电台区负荷群的总体外部特性模型；其次，分析负荷模型中无功的基本需求容量和动态变化容量，以及功率因数的变化，计算出台区负荷需要补偿的总体无功功率；最后，按照无源部分补偿固定无功，有源部分补偿动态无功的优化补偿方案，对综合补偿装置无源部分和有源部分的容量进行配置。其被广泛应用于电能质量控制装置的容量配置领域，尤其针对于低压工业配电台区综合补偿装置的优化配置，提供了更为清晰的指导思路。具体步骤如下：

(1)分析工业配电台区负荷的运行特性

获取低压工业配电台区的电力负荷数据，绘出台区日负荷曲线，根据时间段划分出峰值时段，正常负荷时段以及负荷谷值时段，计算负荷峰谷差值以及峰谷之间的平均负荷值，负荷的功率因数。

(2)建立工业配电台区负荷群的总体外部特性模型

由于工业配电台区负荷以照明、空调等静态负荷为主，所以工业配电台区负荷群的外部特性可以通过建立一个静态模型来描述。基于步骤(1)对工业配电台区负荷特性的分析，结合台区的负荷曲线，通过线性拟合可以得到低压工业配电台区负荷群总体外部特性模型如下：

其中，当t＝17:30时x＝0，时间每增加1分钟x加1。

(3)分析负荷模型中无功的基本需求容量和动态变化容量，以及功率因数的变化

通过对步骤(2)建立的负荷群外部特性模型进行分析，求解各个时间段台区负荷无功功率、有功功率、功率因数的平均值，将三个时间段中平均无功功率的最小值作为台区负荷无功功率的基本需求容量，超出最小值的那部分无功功率作为台区负荷无功功率的动态变化容量。

(4)根据负荷模型分析结果，对补偿装置有源部分和无源部分的容量进行配置

根据步骤(3)得出的负荷无功功率的需求情况，为了提高补偿效果同时降低补偿成本，装置采用无源部分补偿负荷的固定无功，有源部分补偿负荷的变化无功的优化方案，对补偿装置有源部分和无源部分的容量进行配置。补偿装置有源部分和无源部分的容量配置方法中，对于补偿容量可采用下式计算：

式中：ΔQ为无功补偿容量；P为有功功率；为补偿前的功率因数角；为补偿后的功率因数角，低压配电网一般要求不低于0.95。

取为0.95，则该低压工业配电台区负荷需要补偿的无功功率可以计算。

本发明的优点在于，广泛应用于电能质量控制装置的容量配置领域，尤其针对于低压工业配电台区综合补偿装置的优化配置，提供了更为清晰的指导思路。

附图说明

图1一种低压工业配电台区混合无功补偿装置的容量配置方法的流程图。

图2是典型工业配电台区负荷的有功功率日曲线。

图3是典型工业配电台区负荷的无功功率日曲线。

图4是典型工业配电台区负荷的功率因数日曲线。

图5是典型工业配电台区负荷实际有功功率与等效负荷模型的有功功率对比图。

图6是典型工业配电台区负荷实际无功功率与等效负荷模型的无功功率对比图。

图7是典型工业配电台区负荷实际功率因数与等效负荷模型的功率因数对比图。

具体实施方式

下面结合附图和典型实例对本发明的具体实施方式做详细说明，但是本发明的实施和保护不限于此。

如图1所示，一种低压工业配电台区混合无功补偿装置的容量配置方法的流程图，包括如下步骤：

(1)分析低压工业配电台区负荷的运行特性。

图2和图3为广东地区某典型低压工业配电台区负荷的有功日曲线和无功日曲线。对该台区的负荷曲线进行分析，可以看出负荷在一天之内存在明显差异，峰荷出现在11点，谷荷出现在5点，负荷峰谷差约为223kW，平均负荷约为184kW，负荷高峰期出现在8：00～21:30时间段，8:00正是工厂开始一天劳作的时间，在8:00～11:00期间高峰较为明显；负荷低谷期出在0:00～8:00，此时，工人们下班，工厂也停止生产，因此出现负荷低谷。

(2)建立低压台区台区负荷群的总体外部特性模型。

由于该工业配电台区的负荷以照明、空调等静态负荷为主，所以台区负荷可以用一个静态负荷来描述。基于步骤(1)中的分析，负荷大体走势可分为如下表所示的三个阶段：

表1负荷阶段划分

为了形象描述负荷特性，定义负荷D为典型低压工业配电台区静态负荷，根据负荷群总体外部特性，按照表1所示负荷阶段的划分，可建立如下负荷模型：

其中，当t＝17:30时x＝0，时间每增加1分钟x加1。

将该负荷数学模型图像化后，和实际负荷的有功功率、无功功率曲线分别进行对比，对比结果如图5和图6所示，可以看出整体负荷的静态模型基本满足实际负荷的功率特性。

(3)分析负荷模型中无功的基本需求容量和动态变化容量，以及功率因数的变化。通过步骤(2)建立的台区静态负荷模型B，可以计算出各个时间段的平均功率因数，如表2所示。与实际功率因数对比，如图7所示。

表2各时间段功率因数

从表中可以看出每个时间段内的功率因数存在不同程度的差异，因此为了保证良好的补偿效果，需要进行动态无功补偿。

(4)根据负荷模型分析结果，对补偿装置有源部分和无源部分的容量进行配置。对于补偿容量可采用下式计算：

式中：ΔQ为无功补偿容量；P为有功功率；为补偿前的功率因数角，由表2可以求得；为补偿后的功率因数角，低压配电网一般要求不低于0.95。

取为0.95，则该城市居民配电台区负荷需要补偿的无功功率计算结果如表3所示：

表3典型低压工业台区负荷需要补偿的无功功率

低压工业台区混合无功补偿装置的优点在于有源与无源装置协调运行，既能实现无功动态补偿又能减少有源部分的容量，因此无源部分负责补偿基本的固定无功，有源部分负责补偿变化的动态无功。基于以上原则，结合表3所示的无功补偿需求，可将工业配电台区综合补偿装置的容量配置如下：

本发明的有益效果在于，根据低压工业配电台区负荷群外部特性的分析对混合无功补偿装置有源部分和无源部分的容量进行优化配置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。