毕业设计(配电网无功补偿方法及优化)屠亚军(3)

摘 要

在电力系统中，存在着消耗大量无功功率的设备，这些设备的使用会给电力系统电压产生激烈的波动，例如冲击性的无功功率负载：轧钢机，电弧炉，电气化铁道等。同时用户中又有对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。如果无功功率不能及时控制，就会对电网电压造成不良影响。另外无功储备的不足会导致电网电压水平的降低。鉴于以上原因，如何快速有效解决电力系统中的无功缺额。具有重要的现实意义。

本文分为五个部分，第一部分介绍配电网的基本概念，组成和分类；第二部分无功功率，介绍什么是无功功率，无功功率的物理意义，无功功率对电力系统的影响。第三部分无功补偿的研究，介绍了两种无功补偿的装置：无功补偿电容器和静止无功发生器。第四部分无功优化，分别介绍影响无功优化因素，无功优化的一般模式目标函数和约束条件。

关键字：无功补偿 无功优化 电力系统 补偿电容器 静止无功发生器

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第一章 配电网

1.1配电网的基本概念

配电网（Distribution Network）是指在电力网中起电能分配作用的网络。通常是指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后向用户供电的网络。 1.2配电网的组成：

架空或电缆配电线路、配电开关类设备、配电所、柱上变压器、配电箱等。

1.3配电网分类

1、配电网按电压等级来分类 （1）高压配电网(35-110kV)； （2）中压配电网(6-10kV)； （3）低压配电网(220-380V)； 2、按供电区的功能来分类 （4）城市配电网（城网；） （5）农村配电网（农网）； （6）工厂配电网等。

图1 配电网系统各种无功补偿方式示意图

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第二章 无功功率

2.1什么是无功功率

电网中电力设备大多是根据电磁原理工作的，他们能在能量交换中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。但电源能量再通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅仅在用电负荷与电源之间进往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此成为无功功率。无功功率反映了内部与外部往返交换的能量情况，但并不像有功功率那样表示单位时间内所做的平均功率，无功功率的符号用Q表示，单位为乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。

2.2无功功率的物理意义

前面说过，无功功率只是描述能量交换的幅度，并不消耗功率，图2-1的单相电路就是这一方面的例子，其负载为感性负载。电阻消耗有用功，而电感则在一周期内的一部分时间内把从电源吸收的能量储存起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，并不消耗能量。无功功率的大小表示了电源和负载电感之间能量交换的幅度。电源向负载提供这种无功功率是阻感负载内的需要，同时对电源的输出带来一定的影响。

图2-1

图2-2是带有负载的三相电路，为了和图2-1相对照，假设U、R、L的参数均和2-1相同，为对称三相电路。这是无功功率的大小当然表示了电源和负载电感之间的能量交换幅度。无功能量在电源和负载间来回流动。同时，可以证明，各项的无功功率分量（ui）

q的瞬时值之和在任一时刻都为零。因此，也可以认为无功能量是在三相之间流动。这种流动是通过阻感负载进行的。

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图2-2

图2-2是一个静止无功发生器电路（SVG）。通过对各半导体开关器件的适当控制，其电源电流的相位可以比电压超前900，使SVG发出的无功功率或吸收无功功率。在进行PWM控制时，如果开关频率足够高C的容量就可以足够小。因此，C可以不被看成储能元件。同样，只要开关频率足够高，SVG交流侧电感L也可以足够小，L也不是交换无功能量意义上的电感。因此，这种电路可以近似看成无储能元件的电路。这时，无功能量的交换就不能看成是在电源和负载储能元件之间进行的。因为各相无功分量的瞬时值之和在任一时刻都为零。因此，仍可以认为无功能量在三相之间流动。事实上，三相三线电路无论对称还是不对称，无论含谐波还是不含谐波，各无功分量的瞬时值都为零。这一结论是普遍成立的，因此，可以认为无功能量是在三相之间流动的。

图2-3a

0图2-3a是带有电阻负载的单相桥式可控整流电路，图2-3b是?波形。这时电路的有功功率为

?90时u和i的

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图2-3b

1P?2?p??2?0U2uid(?t)?

2R电流i的有效值为

12??2?0i2d(?t)

功率因数为

PP????SUI无功功率Q为

222s 2

Q?s2?p2?其无功功率一部分是由基波电流移相产生的，另一部分是由谐波电流产生的。因为负载中没有储能元件，而且是单相电路，所以，这里没有上述意义上的无功能量的流动，其无功功率是由电路非线性产生的。

2.3无功功率对电力系统的影响

传统的无功功率是由储能元件引起的负荷与电源之间能量交换的最大值，是负荷与电源间交换能量的一种度量。但随着科学技术的发展，许多非储能元件也会吸收无功这主要是器件的非线性引起的。电力系统中的无功消耗主要来自两个方面，一是输电线路自身消耗的无功，另一方面是负荷消耗的无功。输电设备在输送电能时要吸收一定的无功，在高压配电网络中为了提高电网的输送容量和系统的稳定性一般会对这部分无功进行补偿，如对线路进行串联补偿，一些重要的节点进行并联补偿。负荷吸收的负载主要

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