浅析低压配电线路的无功补偿优化

浅析低压配电线路的无功补偿优化
低压配电系统的无功功率Q以及其有功功率P的能耗主要集中在低压变压器以及低压配电线路中。

若采用一些无功功率补偿设备安装于低压配电线路的受电端，可以很大程度上提高系统的无功功率Q，而配电线路的有功功率传输性能也可提高。

在380/220V配电回路中，在没有无功功率补偿的工况下，其回路中有功功率P的能耗为：
其相应的无功功率Q的损耗为：
对回路施加容量为Qb的无功补偿，则低压配电回路中有功功率P的能耗为：从式（1）与式（2）的分析可知，对低压配电回路实施适当的无功补偿后，其线路的有功功率P的损耗与其无功功率Q的损耗都有一定程度的降低。

然而，对低压配电线路并不一定实施越大的无功补偿越有利，原因有两点：（1）若回路中无功补偿量超过一定限制，其线路传输有功功率P的能力将随Qb呈单调递减的趋势；（2）过大的无功补偿容量，其经济成本会提高。

因而本文提出以经济效益为指标，来确定低压配电线路的无功补偿容量值。

值得注意的是，低压配电线路无功补偿需遵循两点：（1）无功补偿基本原则：全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡。

（2）无功补偿侧重点：分散补偿、降损、配电网络补偿、就地平衡为主。

1 无功补偿经济效益
无功补偿的经济效益可以采用其经济当量来衡量。

经济当量是指低压配电线路中，无功功率每减少1kvar，在其低压配电回路中，其有功功率能耗的减少量。

其数学表达式为：
Cb=∆P/∆Q=（2Q-Qb）Qb/U2·R·10-3 （3）
定义无功功率补偿率Kb=Qb/Q，则式（1）也可以表
示为：
Cb=∆P/∆Q=（2-Kb）Q/U2·R·10-3 （4）
其经济当量Cb与补偿率Kb的对应关系如图1：
图1 Cb与Kb的对应关系
图1为Cb与Kb的对于关系图，从式（3）和式（4）方程总结得到：
（1）在低压配电线路的无功功率补偿容量Qb与其无功功率Q呈单调递增的趋势。

（2）在低压配电回路的无功补偿率Kb一定时，其经济当量Cb与其无功负荷呈单调递增的趋势。

（3）当低压配电线路中，若线路的阻抗X较大，当系统的无功补偿容量与其对应的负荷较近时，其对应的经济当量Cb值也较大。

（4）在低压配电回路中，无功补偿率Kb值与其经济当量Cb值呈单调递减趋势，当回路中的无功补偿率为Kb=2时，系统的经济当量Cb=0。

低压配电线路的无功功率经济当量Cb仅可以对系统无功补偿使线路对应的网路损耗方面进行描述；对于无功补偿实际工程经济方面的价值，仍为确定。

2 无功补偿容量优化
查阅《电力工程经济分析暂行条例》，得到低压配电线路无功补偿装置每年的经济费用计算表达式为：
NF=KQbrO（1+r0）n/[（1+r0）n-1]+QbA+Qb∆P0tB （5）
式中：
低压配电线路的无功补偿容量Qb与其经济效益关系如图2所示：
图2 Qb与经济效益关系图
因此，只有当低压配电线路的无功补偿装置所节约电费值大于其使用维护费用时，也就是NJDF大于NF时，其投放无功补偿装置才较合理，才具有经济意义。

实际工程中，低压配电线路的实际结构十分繁杂，其有功功率所减少的能耗值∆P也很难计算得到，这里采用图解法，来描述低压配电线路的无功补偿优化的优化方案，如图2。

图2中的曲线1为Qb与其费用NF的关系曲线。

从式（3）式可以知道，NF为Qb的一次函数，且该直线通过原点。

曲线2为Qb与NJDF的关系曲线，
由方程（1）可知，∆P与Qb的平方成正比，而∆P与NJDF呈线性关系，则NJDF 与Qb的平方成正比。

曲线3由曲线2减去曲线1得到，即为无功补偿装置的年经济效益曲线，系统的最佳无功补偿容量点为图4中Q*b点。

3 性能分析
某380/220V配电线路，线路总长度为7.88km，整个低压配电线路主要非为A、B、C、D四个回路配电，其总的负荷功率为56.77kW，平均的功率因数值为0.66；其相应的配电结构如图3：
图3 低压配电结构图
通过计算得到，该低压配电线路在没有无功补偿情况下，其线路上有功功率损失为7.21kW，有功功率损耗率为12.7%。

在2009年，在该配电回路中，安装了一组60kvar的电容器，使得该低压配电线路的有功功率损耗变为了2.11kW，其线路的有功功率损耗率变为3.7%；当年的经济效益为895.3元。

而电容器的市场价格为1kvar为35元，无功补偿装置投资为2100元；考虑电容器的折旧以及运维费用，大约电容器投入使用的第四年收回成本。

4 结语
在低压配电线路中，实施合理的无功补偿，提高线路的无功功率，可以减少线路的有功损失，提供线路的有功传输性能。

针对低压配电线路复杂，其无功功率容量难以确定问题，本研究提出了以无功补偿经济当量为指标的无功补偿容量优化方案。

通过案例研究，发现合理投放无功补偿装置，可有效降低线路的有功损耗，同时可在较短时间内收回投入成本。

参考文献
[1] 赵新.配电线路无功补偿的优化分析[J].天津电力技术，2001，（4）：26-29.
[2] 勾有明.配电网低压无功补偿方案探讨[J].科技论坛，2010，（11）：10.。