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1、论文题目：农村电网的无功补偿专 业：电气工程及其自动化本科生： 指导老师： 摘要无功电源的合理规划和运行也是电力系统安全经济运行的保障。衡量电能质量的一个重要标志是系统的电压水平，而系统的无功平衡是保证电压水平的基本条件。电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的。以一个配电线路为例， 比较了几种补偿容量的方法，补偿容量最佳分配的计算方法。本论文最后介绍了电压无功控制系统中的三级电压控制系统以及变电站VQC控制装置的原理。关键词： 电
2、压 无功电源 无功补偿 无功控制Subject：In rural areas the reactive power compensation Specialty：Electric Engineering and AutomationABSTRACT Reactive Power reasonable planning and operation of the power system is safe and economic operation of protection 。electric power is an important indicator of system voltage l
3、evel. The balance is reactive voltage level to ensure the basic conditions。Voltage power quality is one of the important indexes ，Voltage quality of power system stability and the safe operation of electrical equipment, wiring losses, industrial and agricultural production safety, product quality, e
4、lectricity intensity and the life of the people will have a direct impact on electricity consumption. Reactive power is affecting the voltage quality was a major factor in the quality of voltage and reactive power are inseparable. To a distribution line as an example, Comparison of several methods o
5、f compensation capacity of the compensation capacity of the distribution of the best methods of calculation. At the end of this paper, introduced a voltage and reactive power control system of three voltage substation control system and VQC substation control device Principle. Key words: voltage Rea
6、ctive Power Reactive Compensation Reactive Control 第一章绪论31.1配电网电压无功优化的目的和意义41.2 配电网无功优化历史与现状51.3农村电网的现状51.4农村电网无功优化的意义51.4.1无功功率的研究意义61.4.2 无功功率对电力系统的影响61.4.3 无功功率补偿的作用7第二章 潮流计算82.1潮流计算82.1.1节点分类82.1.2 约束条件92.2牛顿拉夫逊潮流算法92.3前推回代潮流算法11第三章 无功电源规划153.1无功电源结构的选择153.3无功电力需求量的确定（无功容量的确定）163.3.1应用综合系数法确定无功需
7、求量163.3.2依无功负荷的平衡条件确定补偿容量163.4最佳补偿容量的确定173.4.1按网损最小来确定补偿容量173.4.2按年运行费用最小确定补偿容量193.4.3按年计算支出费用最小来确定补偿容量193.5各种补偿容量计算方法的比较203.5.1按网损最小进行计算203.5.2按年运行费用最小计算213.5.3按年计算支出费用最小计算21第五章农网无功电源优化系统235.1无功补偿与电压损失和功率损失的关系23英文参考文献47英文文献译文51第一章绪论在电力系统中，同有功电源一样，无功电源的合理规划和运行也是电力系安全经济运行的保障。衡量电能质量的一个重要标志是系统的电压水平，而系统
8、的无功平衡是保证电压水平的基本条件。如果无功电源不足，会使电网的无功电源和无功负荷处于低电压的平衡状态，从而给系统带来一系列的危害，如设备出力不足，系统有功、无功损耗增加，设备升温，系统稳定性降低等，甚至造成系统解列。同时，系统中的无功损耗比较大，无功潮流不适宜远途输送，所以无功电源的规划和运行必须保持分层分区就地平衡。即要求在各电压层之间以及同电压等级相邻地区电网之间尽量没有无功潮流流动。合理科学的无功控制对于电力系统的安全经济运行带来颇多益处:（1）从安全性考虑:提高系统安全度;改善系统的无功分布，使系统的电压保持良好的水平;改善系统的运行水平;（2）从经济性考虑:可以改善系统的交换能力，
9、提高系统的有功传输能力;降低系统的网损;减少发电机的有功功率输出，降低系统运行费用。在我国，无功控制及优化问题尤为突出，这是由于以前我国电力系统建设方面长期重电源建设、轻电网建设的思想造成的结果，不仅如此，在运行管理方面也有重有功、轻无功的思想。这就导致了电网建设跟不上电源建设，而无功补偿装置严重不足，调压手段缺乏，系统运行中存在“负荷高峰低电压，负荷低谷高电压”的现象，进一步导致了电网中无功大量流动，电压质量不高，有功网损较大的情况。在工程设计中，无功补偿设备的安装规划也多限于变电站设计的附属内容。所以在我国日前负荷高速增长，全国加快电源和电网建设的情况下，对电网无功规划及优化的研究非常必要
10、。1.1配电网电压无功优化的目的和意义随着我国电力体制改革的逐步推进，我国电力供需矛盾得到进一步缓和，电力供不应求以及电网电压偏低的现象己有很大的改变。但由于我国电力工业长期以来存在重发(电)轻供(电)不管用(电)的情况，导致城乡的配电网网架薄弱，供电可靠性低，供电容量不足，电压质量不稳定等多种问题。其中有些配电网线损达到了20%左右，线损长期居高不下，影响了供电质量，降低了城乡用电水平。为改变这种状况，国家电力公司于1998年提出加快城市电力网建设改造的意见，目标是提高城市电网整体供电能力;提高城市电网安全运行水平;提高电能质量，降低线损，使城市电网合格率达到98%，线损率降低10%。电压是
11、考核电能质量的标准之一，电力系统的无功电压控制可以有效改善电压质量，满足用户的无功需求，提高电压稳定性，减少有功网损，保障电网的安全经济运行。而电压和无功功率的实时控制也一直是电力系统研究人员和运行人员的研究重点。自从各国电力系统发生多次严重的电压崩溃事故以来，电压和无功功率的紧急控制受到了极大的重视。随着计算机技术、通信技术和人工智能技术的迅速发展，为无功电压实时控制的实现提供了可能性。近年来，随着国民经济发展和城乡人民生活水平的提高，用电负荷快速增长，因此在配电网中广泛存在着人量的感性负荷，它们在系统运行中带来大量的无功功率消耗，降低系统的功率因数，造成线路电压、电能损失增加。而采用传统的
12、无载配电变压器结合低压侧并联电容器装置，在实际运行中因配电变压器不能自动调档，出口端电压一般在110-115%之间，并联的电容器装置受出口端电压影响电容投运率较低，配电网中大量的感性负荷得不到补偿，用电高峰时压降达30V-40V左右，直接影响着电力企业供电质量及经济效益，因此加强对配电网电压无功优化控制具有十分重要的意义。通过对配电网各级运行设备的实时监控，实现配电网的电压无功的监控和优化。从而可以及时地了解各类配电站点的运行状态，为安全生产提供保障。同时为线损统计、负荷分析预测、电压合格率统计、配网规划、优化供电方案等提供科学依据，从而产生良好的经济效益和社会效益。1.2 配电网无功优化历史
13、与现状整个电力系统可以分为发电、输电、配电三大部分。在我国，发、输电属省调、网调管辖，一般作为一个系统来研究:配电属地调、县调管辖，一般作为另一个系统来研究。通常把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，称为配电网。它由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接接入用户所构成，具有多层次性，有时也包括控制系统和自动化系统。配电网按电压等级可分为高压(110kV,35kV)、中压(lOkV)和低压(0.4kV)。配电网和输电网既有相似之处，又有各自不同的特点。输电网和配电网的元件都包括线路、变压器和并联补偿设备。输电网靠近发电侧，而配电网面向用户，同时它们的电压等级也不
14、相同。另外由于受到电压等级等因素的制约，输电网和配电网在网络元件、网络结构和网络元件参数等方面也不同，因此在分析和研究配电网时，要借鉴己成熟的输电网的分析技术和方法，但也不能完全照搬，要根据配电网的特点，充分利用适宜的输电网分析技术和探索新的方法解决配电网中出现的问题。1.3农村电网的现状农业是国民经济的基础，是粮食和工业原料的基地。农村电网的建设关系到发展农业经济，提高农业生产，改善农民生活水平等问题，也关系到农村电网的可靠、经济合理的运行，保证用电质量，降低电力成本等诸多技术。在我国电网中，10KV配电网络是联系电力系统和用户的重要纽带，其数量多，分值复杂，类型不一。10KV及以下配电网网
15、损大的突出原因在于:配电网建设严重滞后，网架薄弱，设施老化，线路长，线径小，有的10KV线路长20-30公里，甚至50KM以上；另外，配电变压器有相当一部分为高能耗变压器。在农网中这一现象尤其严重。近年来配电网改造成为电力系统的主要任务之一，经过更换高能耗变压器，更换更粗的线路后，配电网损耗过大的情况有所缓解。广大农村经过几年的大规模的电网建设与改造，10KV及农村低压电网已得到极大的改善，绝大部分配电变压器由高损耗更换为低损耗变压器，提高了供电质量，但是因农网的改造资金有限，尤其是部分偏远地区超供电半径的问题，不可能采用大量的高压配网布点的途径解决，存在一定数量供电半径超过国家规定的远距离线
16、路，末端电压难以保证，功率因数达不到要求，线损较大。随着我国经济的飞速发展，广大农村用户对电能质量要求越来越高，提高电能质量迫在眉睫。农村电网中进行无功补偿是最快捷的方法。1.4农村电网无功优化的意义电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。各级调度作为电网电力生产的运行指挥部门，负责电网运行中的无功平衡和电压质量。值班调度员在进行有功电力调度和频率调整的同
17、时，也要进行无功电力调度和电压调整。确定电网年、季、月、日运行方式时，应充分运用无功电力平衡、电压调整等手段保证电压质量。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，而且能提高电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥经济效益。1.4.1无功功率的研究意义（1）研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有：a无功功率静态稳定问题；b 电容性无功功率引起的发电机自励磁问题；c 因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电弧不能熄灭问题；d 冲击性无功负荷的调节问题；e 无功功率中的高次
18、谐波公害和闪变问题；f 跟随馈电系统引起的负荷功率因数变化与改善问题。（2）研究无功功率可以促进节能。无功功率在电网中不断循环，造成很大的浪费。一个10GW的电力系统，如果无功功率问题处理得好，每年从这个电网的发电厂、变电所、用户中节约的电能超过10亿KWh，并且可以减少系统中200-300MW容量的输电设备。（3）研究无功功率，掌握它的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。（4）研究无功功率，可以保证电能质量，促使电力系统安全运行。1.4.2 无功功率对电力系统的影响（1）无功功率对有功功率的影响 输电线路的主要任务是输送有功功率，而为了实现有功功率的传输和电网无功
19、功率的平衡，一般也需要输送一定量的无功功率。输送无功功率时需要消耗有功功率。当有功功率一定时，无功功率越大，则网络中的有功功率损耗就越大。当电力线路的传输能力一定时，传输无功功率越小，则传输有功功率的能力越大。（2）无功功率对电压的影响电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大影响。如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功点源比较充足，就能满足较高电压质量下无功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平。反之，如果无功功率不足，系统就只能在较低质量的电压水平下运行。另外，电能在电力网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。当无功功率损耗较大时，将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳
20、定性和经济性。无功功率对电压质量的影响。电力系统是向用户提供电能的网络，因而电能质量是供电部门生产经营活动中的一个重要经济技术指标。电压式电能质量的主要指标之一，电压质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业的安全生产有着重要的意义。在工农业生产和人民生活中使用的各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的。这些设备在额定电压下运行时，才能取得最佳的运行状态。电压超出所规定的范围时，对用电设备将产生不良后果。目前大多数国家规定的电压允许的变化范围一般为+5%-10%Un（额定电压）。电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保各输配电线路的母线电压稳定在
21、允许的偏差范围之内。电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的总容量要能满足系统在额定电压下对无功功率的需求。否则，电压就会偏离额定值。当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常水平上。如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统无功功率的平衡。（3）无功功率对线损的影响无功电源的布局、无功功率的传输以及无功功率的管理，直接影响线路的损耗和电力系统的经济运行。当有功功率和无功功率通过网络电阻时，会造成有功功率损耗。当网络结构已定，输送有功功率一定时，总的功率损耗完全决定于无功功率的大小。1.4.3 无功功率
22、补偿的作用电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数网络组件也要消耗无功功率。电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。如果这些说需要的无功功率由发电机提供并经过长距离传送，显然是不合理的，通常也是不可能的；如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备的安全就会受到影响。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要的意义，概括起来有：（1）稳定手电端及电网电压，提高供电质量。（2）提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，见效功率损耗。（3）改善系统的稳定性，提高输电能力，并提供一定的系统阻尼。（4）提高发电机有功输出能力。（5）减少线路
23、损失，提高电网的有功传输能力。（6）降低电网的功率损耗，提高变压器的输出功率及运行经济效益。（7）降低设备发热，延长设备寿命，改善设备利用率。（8）提高水平平衡三相的用功功率和无功功率。（9）避免系统电压崩溃和稳定破坏事故，提高设备运行安全性。第二章 潮流计算2.1潮流计算随着电力系统现代化调度控制中心的建立，对电力系统进行实时安全监控，根据实时数据库提供的信息，随时判断系统当前的运行状态并对预想事故进行安全分析，这些都要用到潮流计算。电压作为电力系统的运行参数，是随着电力系统电源、负荷情况不断变化的，分析电力系统的电压情况，就必须全面分析系统运行的实际状态，各个节点的负荷情况，各母线上的电压
24、(包括幅值及相角)，网络的功率分布、传输线的功率损耗，进行基本的潮流计算。潮流计算给定的数据有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角，待求的运行状态参数包括各母线节点的电压幅值和相角，各支路的功率分布、网络的功率损耗等。对规划中的电力系统，潮流计算可以检验系统规划方案是否能满足各种运行方式的要求;对运行中的电力系统，潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构改变是否会危及系统安全，所有母线电压是否在允许范围内，各元件是否过负荷越限。2.1.1节点分类电网的潮流计算，是根据给定运行条件和网络的接线情况，确定各节点（母线）电压和各支路通过功率等表征电网运行状态各量的电力系统稳态运
25、行情况的计算。通常所说的潮流计算指的是电力系统三相对称的基波潮流计算，目前常用的方法是牛顿拉夫逊法，现简述如下。在潮流计算中，将电力系统各节点按给定条件的不同划分为：（1）PQ节点：这类节点的有功P、无功功率Q（节点注入功率，取流入节点的方向为正方向）均己给定，节电电压（V、）是待求量。电力系统中的绝大多数节电属于这一类型。（2）PV节点：这类节点的有功功率P和节点电压幅值V均己给定，节电的无功功率Q和电压的相位是待求量。这类节点必须有足够的可调无功容量，用以维持给定的电压幅值，因而又称为电压控制节点。一般是选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PV节点。在电力系统中，这
26、一类节点的数目很少。（3）平衡节点：在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，故称为平衡节点。另外必须选定一个节点，指定其电压相位为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。基准节点的电压幅值也是给定的。为了计算上的方便，常将平衡节点和基准节点选为同一个节点，习惯上称为平衡节点。平衡节点只有一个，它的电压幅值和相位已给定，而其有功功率和无功功率是待求量。 2.1.2 约束条件为保证电力系统的正常运行潮流问题中某些变量应满足一定的约束条件，潮流的约束条件有：所有节点电压必须满足Vimin ViVim
27、ax （i=1,2,n） （2.1） 从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定电压附近。PV节点的电压幅值比须按上述条件给定。因此，这一约束主要是对PQ节点而言。所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足 （2.2）PQ节点的有功功率和无功功率以及PV节点的有功功率，在给定时就必须满足以上条件。因此，对平衡节点的P和Q以及PV节点的Q应按上述条件进行检验。某些节点之间电压的相位差应满足 （2.3）为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端的电压相位差不超过一定的数值。因此，潮流计算可以归结为求解一组非线性方程组，并使其解答满足一定的约束条件。如果不能满足，则
28、应修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式，重新进行计算。2.2牛顿拉夫逊潮流算法设有变量为x1,x2,xm的m个非线性联立方程组： （2.4）若已算出各变量第k次的迭代值为，它们与第k+1次的迭代值的差分别为，即 （2.5）将方程在第k次迭代值领域展成泰勒级数，以第i个方程为例，可得 （2.6） 将上式第一项简写为，略去的二次及以上高次项，并将它写成如下矩阵形式（由于它是略去高次项，将原方程线性化了，因而所解得的数值只是它的近似值）：或简写成 （2.6）上式称为牛顿拉夫逊法的修正方程，J为雅可比系数矩阵。在解得值后，即可有或简写成 （2.7）并不是真解，但它比更逼近真解。用取代，代入式（
29、2.6）解得，再用、取代、，代入式（2.7），即可解得更为逼近真解的。如此给定初值反复迭代求解，即可使解逐步逼近真解。当逼近到满足事先给定的精度要求时，即可停止计算，并将此时的解作为真解。通常用下面两个不等式中的任一个判断这个收敛条件，即 （2.8） （2.9）式中、按照精度要求预先给定的很小的正数。在修正方程式（2.6）中，雅可比系数矩阵各元素为各方程对各变量的一阶导数值，已知这些方程是各变量的非线性函数，因而其一阶导数也将是各变量的函数，当变量值改变时，一阶导数值也将随之变化。在迭代过程中，各变量值是随迭代次数增加而逐步逼近真解，亦即它们的值是随着迭代次数而变的，从而雅可比系数矩阵各元素也
30、因迭代次数不同而不同。换句话说，在迭代求解过程中，每次都需重新求解该系数的值。系数矩阵的阶数等于变量数m。当m很大时，系数矩阵的阶数也大，因而计算量是很大的。同时，每次都得重新作修正方程的运算，这说明牛顿拉夫逊法需要耗费较多的机时。2.3前推回代潮流算法面向支路网损的前推回代潮流计算方法是一种计算配电网络潮流的有效方法。对于实际应用，它的突出优点是算法成熟可靠，收敛性极佳;另外还有它的潮流方程为线性方程，收敛阶数也为一阶线性的，收敛速度极快。但是，当配电网的复杂程度增大时这类算法的迭代次数成线性增大，当配电网的分支线大幅度增多时，迭代次数呈儿何级数增长。前推回代法以配电网电源点作为根节点，分为
31、前推和回代两部分。前推部分从网络末端向根节点推算，仅计算支路的功率损耗而不计算电压降落，求得始端节点功率;回代部分运用给定的始端电压和求得的始端功率向末端推算电压降落，但这时不再计算功率损耗。重复上述运算，直到两次计算的末端电压差小于给定值时，计算结束。例如，假设已知的数据有变电站主变压器的出口电压，即始端电压，一般为10.5kv:末端功率，即给定的负荷大小。采用的前推回代潮流算法的计算步骤为:(1)假设全网电压为额定电压，取10kv(2)从末端开始由已知的末端电压和负荷功率向始端逐段推算，由公式: 和计算线路和变压器的阻抗损耗，不计电压降落。计算中注意把变压器的空载损耗直接加到负载损耗上作为
32、变压器的总损耗。由此可以得到全网的功率分布以及始端功率:(3)从始端开始，由已知的始端电压和(2)计算得出的始端功率向末端逐段推算，由公式: 计算线路和变压器的电压降落，这时仍采用(2) 计算的功率分布，即不再重新计算功率损耗。由此可以得出全网的电压分布以及末端电压;(4)计算采用的收敛判据为: 、其中U为步骤(2)和(3)一次循环的电压变化，计算采用的是所有末端节点电压的U ；取为0.001，为步骤(2)和 (3)一次循环的节点功率变化，取为0.0010(5)重复上述(2)一(4)步，直到全部收敛。此时就可以获得足够精度的计算结果。基于上述的基本方程，可以得到前推回代法的前推、回代过程的功率
33、方程。(1) 回代过程 （2.10）式中:k-迭代次数; 、-第k次迭代节点i的有功功率、无功功率; 、-第k次迭代支路i的有功功率损耗、无功功率损耗: 、-第k次迭代节点，的负荷消耗的有功功率、无功功率; -节点i的电压，回代过程设为线路的额定电压Ue ; 、-支路i的电阻、电抗: n-路径中节点的个数。(2) 前推过程 （2.11）式中:k-迭代次数; 、-第k次迭代节点i的有功功率、无功功率; -第k次迭代节点i的电压; 、-支路i的电阻、电抗; n-路径中节点的个数。(3)停止计算的条件 （2.12）式中:k-迭代次数; -第k次迭代节点n的电压; -给定的允许误差。(4) 线损计算所
34、有支路损耗之和即为线路总损耗 （2.13）式中:-支路i的有功功率损耗;n-路径中支路的个数。该计算方法的流程框图如图2.1所示 图2.1前推回代潮流算法流程图第三章 无功电源规划无功电源规划与有功电源规划具有同等重要的作用。在规划工作中，甚至在电力系统设计和运行中，对于无功功率的平衡和无功电源的规划，必须予以重视。以免影响电力系统安全运行，保证电压质量。我国农村电网无功平衡工作主要是从20世纪80年代初开始，经过10年的努力，现已初见成效。全国农网平均功率因数由原来的0.6左右，提高到0.71左右，对改善农网电压质量也起了一定作用。但是，目前农网仍存在着功率因数低、电压质量差、无功缺额达等问
35、题。这就要求在农网规划中必须做好无功功率的平衡和无功电源的选择，以保证将来农网安全可靠运行，并保证合格电压质量。3.1无功电源结构的选择作为无功电源的型式有发电厂的发电机、同步补偿机、移相电容器，此外还有静止补偿器和用户的同步电动机等。如何选择和配置无功电源，对于电力系统，需要全面分析和比较才能合理决定。但是对农村电网就简单得多，现对选择原则作如下概述。1.同步发电机是最基本的无功电源同步发电机既能为用户提供有功功率，也能同时为用户提供相应的无功功率。因此要尽量利用其固有能力，但是仍须依靠其他无功电源配合。发电机是否可以牺牲一定有功来增供无功，或者作调相运行，需从农电系统的实际情况出发。农村小
36、型系统无功负荷最大时，常是有功负荷最紧张的时候，当小型水电站处于枯水季节，恰又是排灌负荷最大时，因此以有功来换取无功，也就不现实。当系统有功长期处于负于状态则可例外。所以在规划工作中进行无功功率平衡时，不宜考虑发电机降低功率因数运行，而应以在额定功率因数下所能提供的有功功率为准。2.移相电容器对于农村电力网，移相电容器是一种最有效的无功电源，它极廉价，运行维护又方便，并可针对无功负荷的需求，达到就地平衡的目的，因此是解决农村无功补偿电源的主要手段。对于同步调相机和静止补偿器，由于投资较大，综合经济效益又不明显，因而对农村电网尽量少采用为宜。3.无功电源补偿方式及配置原则农村电力网无功电源平衡所
37、采取的补偿方式为移相电容器。而无功补偿容量的配置原则是全面规划，合理补偿，分级安装，就地平衡，即解释为：既要满足全面规划区域总的无功电源平衡，又要满足分区，分线路的无功平衡，以便最大限度的减少功率和电能损耗；集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；降损与调压相结合，以降损为主；供电部门补偿与用户补偿相结合。无功电源规划包括两个方面：一是通过网内无功电力平衡计算，掌握系统无功电源、无功负荷分布，确定无功电力的需求量；二是根据已知的无功缺额进行计算，制定最优补偿方案。3.3无功电力需求量的确定（无功容量的确定）3.3.1应用综合系数法确定无功需求量综合系数法是根据电力网络的实际运行资料，利用统计
38、的方法确定系数，再以系数值来确定网内的无功需求量。综合系数定义式中 规划的地区最大无功负荷，kvar 规划的地区最大有功负荷，kwK值的大小和股和的结构有关。由于用户功率因数、电网的运行方式都是在不断变化的，所以利用K值计算无功负荷会有一定误差。但对无功电力规划，此误差是可以允许的。居全国无功资料统计分析，K值约在1.21.4范围内。但对于农村电力网，由于企业用电比重大、自然功率因数又较低，所以应根据其特点，予以修正。据有关资料分析，在农村电力网中农业用电量占30%60%，负荷自然功率因数为0.50.6,经计算最高K值为1.73，最低K值为1.08，平均K值为1.36。因此取K=1.31.4是
39、比较适合的。这样，最大无功功率即为3.3.2依无功负荷的平衡条件确定补偿容量农村电力网无功电力的平衡条件是 (3.1)式中 电力系统输入的无功功率，kvar 网内所有发电机无功可调出力，kvar网内现有无功补偿设备容量，kvar网内现有35kv及以上线路的充电功率，kvar网内各变电所二次侧所带的无功负荷，kvar网内所有主、配变的无功功率总损失，kvar网内配电线路上的无功功率总损失，kvar对于没有35kv及以上电压等级时，上式中的可以略去。当规划地区的无功电源不能与无功消耗平衡时，需要增加的无功容量为 (3.2) 由电力系统供电的农村电网，确定其无功负荷平衡与补偿容量应以中华人民共和国能
40、源部1989年3月20日发布的“电力系统电压和无功电力技术导则”要求为依据。规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.90以上；其他100KVA(KW)及以上电力用户和大中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。以上对功率因数的要求是电力部门考核的标准值，使之达到此值所需增加的无功补偿容量可表示为 (3.3) 式中 最大负荷月的月平均负荷 补偿前自然功率因数角的正切值 应达到的功率因数角的正切值3.4最佳补偿容量的确定确定补偿容量的出发点，主要有：按补偿后网损最小的原则来确定；按补偿后电力网的年运行费最小来确定；按补偿后电力网的年支出费用最小来确定；按最优
41、网损微增率来确定及按经济功率因数来确定。由于各方法的出发点不同，因此所确定的补偿容量和补偿的经济效益也不一致。3.4.1按网损最小来确定补偿容量如果无功负荷曲线图如图3-1所示。设电力网补偿容量，则全年的电能损耗与负荷的关系如式（3.4）所示。 （3.4）式中 补偿装置每千乏的有功损耗，kw/kvar 年运行时间 补偿点至电源的等值电阻 补偿点的电网额定电压，KV 取，得 (3.5)其中 （3.6） 最大负荷月平均无功负荷，kvar 年最大负荷损耗小时数，h 又因 （3.7）故有 （3.8）令按网损最小确定的补偿容量，则 （3.9）或 （3.10）这种方法计算比较简单，但没有计入电容器投入后所
42、需要的费用。尽管网损小，但不是最经济的。3.4.2按年运行费用最小确定补偿容量在前一种方法的基础上，不但计入了网损，而且还考虑了补偿装置的运行、维护费用，即按年运行费用最小来确定补偿容量。年运行费 （3.11）式中 年电能损耗， 电价，元/ 补偿装置单位容量的综合投资，元/kvar 补偿装置的运行维护费用率令 为按年运行费用最小确定的补偿容量，取 得 (3.12)3.4.3按年计算支出费用最小来确定补偿容量这种方法是按补偿后经济效益最高来确定补偿容量，即同时考虑了年运行费和投资回收。年计算支出 （3.13）式中 投资回收率令 为按年计算支出费用最小确定补偿容量，取 得 (3.14) 上述三种方
43、法的基本思想和计算公式的形式是很相似的，但其所考虑的因素和经济效益区各不相同。通过上述分析，可以清楚的看出，按年计算支出费用最小的方法来确定补偿容量，其经济效果是最好的。以上几种适用于带有集中负荷的简单电力网，对于复杂的电力网，其计算是比较复杂。3.5各种补偿容量计算方法的比较现用某典型农村配电线路为例来比较计算各种补偿容量计算方法。配电线路如图3-2所示已知 ，。今拟定在 、处进行补偿，试确定补偿容量。 3.5.1按网损最小进行计算因为 故 (3.15)如果 ， 则 (3.16) 补偿度 （3.17）补偿后的总功率因数 （3.18） (3.19)3.5.2按年运行费用最小计算 (3.20)故 (3.21)若取 元/kvar, , 元/ 则 (3.22)同理 补偿度 3.5.3按年计算支出费用最小计算 (3.23)取抵偿年限 年， 则，于是 (3.24)补偿度 （3.25） （3.26） （3.27） （3.28）上述三种方法的基本思想和计算公式的形式是很相似的，但其所考虑的因素和经济效益区各不相同。通过上述分析，可以清楚的看出，按年计算支出费用最小的方法来确定补偿容量，其经济效果是最好的。以上几种适用于带有集中