CN104992043A - 基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，包括：A、令电源节点为平衡节点，负荷节点为PQ节点，电源端电压相量为负荷端电压相量为计算得出电压降落的纵分量和横分量；B、在未加装电容器串补装置时，计算得出首、末端电压相量之间的关系，以及线路末端电压值；C、加装串联电容器补偿时，计算出线路末端的电压。采用本发明方法，能够有效规避复杂的迭代过程，从而快速的实现对串补装置线路末端电压提升效果的评估。

Description

基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法

技术领域

本发明涉及配电线路的电力输送技术，尤其涉及一种基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法。

背景技术

在35kV以下的配电线路中，串联接入电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，能够提高线路末端的电压。串联电容器提升的末端电压的数值Q·X_C/V(即调压效果)随无功负荷大小而变化，负荷大时增大，负荷小时减小，恰与调压的要求一致。这是串联电容器调压的一个显著优点。

传统用来求解串补装置提升线路末端电压效果的方法，是进行潮流计算，但是，在已知线路首端电压和末端负荷功率的情况下，需要进行复杂的迭代过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，能够有效规避复杂的迭代过程，从而快速的实现对串补装置线路末端电压提升效果的评估。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，包括如下步骤：

A、令电源节点为平衡节点，负荷节点为PQ节点，电源端电压相量为 负荷端电压相量为则电压降落的纵分量和横分量分别为：

${\mathrm{\ΔV}}_2=\frac{P\·R+Q\·X}{U_2}=\frac{S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l}{U_2}---\left(1\right)$

${\mathrm{\δV}}_2=\frac{P\·X-Q\·R}{U_2}=\frac{S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l}{U_2}---\left(2\right)$

其中：ΔV₂为电压降落的纵分量，δV₂为电压降落的横分量，P和Q分别代表负荷节点的有功功率和无功功率，R和X分别代表线路的电阻和电抗，S为负荷节点的视在功率，PF为负荷的功率因数，r和x分别是线路的电阻率和电抗率，l为线路的长度；

B、未加装电容器串补装置时，由公式(1)、(2)计算得出首、末端电压相量之间的关系为：

${U_1}^2={(U_2+\frac{S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l}{U_2})}^2+{\left(\frac{S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l}{U_2}\right)}^2---\left(3\right)$

所以，线路末端电压为：

${U_2}^2=\frac{1}{2}[{U_1}^2-2\·A\±\sqrt{{U_1}^4-4\·A\·{U_1}^2-4\·B^2}]---\left(4\right)$

其中： $A=P\·R+Q\·X=S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l---\left(6\right)$

$B=P\·X-Q\·R=S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l;---\left(7\right)$

C、加装串联电容器补偿时，根据公式(4)、(5)，线路末端电压为：

${U_2}^2=\frac{1}{2}[{U_1}^2-2\·A_C\±\sqrt{{U_1}^4-4\·A_C\·{U_1}^2-4\·{B_C}^2}]---\left(8\right)$

其中： $A_C=P\·R+Q\·(X-X_C)=S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·(x\·l-X_C)---\left(10\right)$

$B_C=P\·(X-X_C)-Q\·R=S\·\mathrm{PF}\·(x\·l-X_C)-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l---\left(11\right)$

上式中，X_C为串联电容器的电抗值。

其中，该方法适用于35kV以下的配电线路。

本发明所提供的基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，具有以下优点：

利用本发明方法，能够对35kV以下的配电线路带一定的功率因数的恒功率负荷时，能够有效规避复杂的迭代过程，从而快速实现对串补装置线路末端电压提升效果进行评估。

附图说明

图1为现有简单电力***构成示意图；

图2为本发明基于配电网串联电容器补偿装置(简称“串补装置”)的电力***构成示意图；

图3为应用本发明方法前后线路末端电压随线路串联补偿容抗的变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法作进一步详细的说明。

图1为现有简单电力***构成示意图。如图1所示，在该简单电力***中，令电源节点为平衡节点，负荷节点为PQ节点，电源端电压相量为负荷端电压相量为则电压降落的纵分量和横分量分别为：

${\mathrm{\ΔV}}_2=\frac{P\·R+Q\·X}{U_2}=\frac{S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l}{U_2}---\left(1\right)$

${\mathrm{\δV}}_2=\frac{P\·X-Q\·R}{U_2}=\frac{S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l}{U_2}---\left(2\right)$

其中：ΔV₂为电压降落的纵分量，δV₂为电压降落的横分量，P和Q分别代表负荷节点的有功功率和无功功率，R和X分别代表线路的电阻和电抗，S为负荷节点的视在功率，PF为负荷的功率因数，r和x分别是线路的电阻率和电抗率，l为线路的长度。

未加装电容器串补装置时的线路末端电压，由公式(1)、(2)可以计算得出首、末端电压相量之间的关系：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1=U_2+\frac{P\·R+R\·X}{U_2}+j\frac{P\·X-Q\·R}{U_2}\\ =U_2+\frac{S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l}{U_2}+j\frac{S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l}{U_2}\end{array}$

即：

${U_1}^2={(U_2+\frac{S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l}{U_2})}^2+{\left(\frac{S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l}{U_2}\right)}^2---\left(3\right)$

所以，线路末端电压为：

${U_2}^2=\frac{1}{2}[{U_1}^2-2\·A\±\sqrt{{U_1}^4-4\·A\·{U_1}^2-4\·B^2}]---\left(4\right)$

其中：

$A=P\·R+Q\·X=S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·x\·l---\left(6\right)$

$B=P\·X-Q\·R=S\·\mathrm{PF}\·x\·l-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l.---\left(7\right)$

图2为本发明基于配电网串联电容器补偿装置(简称“串补装置”)的电力***构成示意图。如图2所示，在电力线路上加装串补装置(如串联接入静电电容器)时，利用电容器的容抗补偿线路的感抗。

在加装了串联电容器补偿时，上述的公式(4)、(5)分别变为：

${U_2}^2=\frac{1}{2}[{U_1}^2-2\·A_C\±\sqrt{{U_1}^4-4\·A_C\·{U_1}^2-4\·{B_C}^2}]---\left(8\right)$

其中：

$A_C=P\·R+Q\·(X-X_C)=S\·\mathrm{PF}\·r\·l+S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·(x\·l-X_C)---\left(10\right)$

$B_C=P\·(X-X_C)-Q\·R=S\·\mathrm{PF}\·(x\·l-X_C)-S\·\sqrt{1-{\mathrm{PF}}^2}\·r\·l---\left(11\right)$

上式中，X_C为串联电容器的电抗值。

图3为应用本发明方法前后线路末端电压随线路串联补偿容抗的变化曲线示意图。本发明的方法适用于35kV以下的配电线路。根据上述公式(8)～(11)，利用仿真实验可对串补装置提升线路末端电压的效果进行评估，以验证上述方法。具体做法如下：

选择配电线路型号为LGJ-120，其参数如表1所示：

表1：LGJ-120型线路的相关参数

定义电容器串联补偿装置的补偿度为补偿所需的容抗值X_C与被补偿线路原来的感抗值X_L之比：

$k_C=\frac{X_C}{X_L}.---\left(12\right)$

我们以10kV电力线路为例，实验中选用常用的LGJ-120型线路，并根据10kV电力线路合理的输送功率，针对2MVA恒功率负荷进行仿真，负荷的功率因数为0.80，线路长度为20km。改变串补的容抗(即改变串补的补偿度)，线路末端电压的仿真结果如图3所示。由仿真实验的结果，很容易比较线路末端电压在不同的串联补偿容抗值时和串联补偿前的不同，从而分析和评估串联补偿对线路电压的提升效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、令电源节点为平衡节点，负荷节点为PQ节点，电源端电压相量为 负荷端电压相量为则电压降落的纵分量和横分量分别为：

其中：ΔV₂为电压降落的纵分量，δV₂为电压降落的横分量，P和Q分别代表负荷节点的有功功率和无功功率，R和X分别代表线路的电阻和电抗，S为负荷节点的视在功率，PF为负荷的功率因数，r和x分别是线路的电阻率和电抗率，l为线路的长度；

B、未加装电容器串补装置时，由公式(1)、(2)计算得出首、末端电压相量之间的关系为：

所以，线路末端电压为：

其中：

C、加装串联电容器补偿时，根据公式(4)、(5)，线路末端电压为：

其中：

上式中，X_C为串联电容器的电抗值。

2.根据权利要求1所述的基于配电网串补装置的线路电压提升效果评估方法，其特征在于，该方法适用于35kV以下的配电线路。