电气自动化的节能设计技术

电气自动化的节能设计技术

摘要：在一个供电地区内，电能通过电气自动化电网的输电、变电和配电的各

个环节供给用户。在电能的输送和分配过程中，电网中的各个元件都要产生一定

数量的有功功率损耗和电能损耗，对电气自动化系统造成能量的损耗，不利于其

系统的能源节约。因此，需要我们总结原因，针对问题进行节能技术的设计。本

文主要介绍了关键的电气自动化节能设计技术，为其在电气自动化系统的配网节

能减排任务中起到积极作用。

关键词：自动化节能无功补偿

1 概述

在电能的输送和分配过程中，电气自动化系统里的变压器、线路元件都要消

耗一定的电能。尤其是1OkV电压级的配电网的网损更占了整个电网网损相当大

的比例。因此，要降低网损，节约电能，首先要对lOkV配电网的网损进行计算，亦即是应对配电网的经济运行给予足够的重视。对供电部门而言，在确保电气自

动化系统的供电可靠性和电压监测合格率的前提下，其网损率是企业双达标的一

个重要的经济指标，是国家对企业的验收标准之一。

配电网的节能经济运行与配电网自动化实现的程度密切相关，目前国内的配

电网大多数为环网接线，开环运行。个别配电网实现了遥信、遥控，但总体来说，仍处于离线运行状态，要做到如主网一样在线监控还有很大的距离。配电网经济

运行的节能设计大致分以下四个方面表述。

2 潮流计算

对正常运行方式的配电网进行功率分布和电压计算，在满足电压合格率的情

况下，求得网损，进行安全分析，提高经济性，实现节约电能的目标。

考虑到我国现今的市、县地区配电网多为环网结构、开环运行的特点，也就

是具有辐射形树枝状结构，在变电站10kV侧的各条馈电线相互之间没有电气联系，仅是在10kV母线将它们连接在一起，分别向各自的用户供电。因此，每一

条馈电线可看作是一个独立的基本单元，所以配电网的潮流计算与主网不同，无

需对全网进行计算，而可以将每一条馈线作为一个辐射网进行潮流计算，这样就

使网络的节点数和支路数大大减少，加快了计算速度此外，由于配电网电压等级

较低，馈电线的线路长度较短(10km以下)，输送容量不大(2MW以下)，故选用的

馈电线的导线截面较小，使得线路的电阻R与电抗X差别不大，甚至有些线路会

出现R>X,这样若用PQ分解法对配电网进行潮流计算，有时会出现不收敛的情况，当然，我们可采用支路分解法等措施来改善收敛性，来求得满意的解答。

基于上述两点因素，近年来众多学者着手寻求一个合适的辐射网潮流计算方法，它应具有良好的收敛性，计算方法简单，节省内存，计算速度快等特点。随

着电气自动化水平的不断提高，该方法不仅要有效地应用在离线潮流计算，还应

能适应配电网在线潮流计算，网络的安全经济分析和负荷的投切与转移的需要。

下面简单介绍一种潮流分析计算方法——正推反推潮流计算法。

由上式求出x，它为支路电流分布，算出的Y是支路电压降，再求得馈线的

各节点电压U。这种算法是一种正推反推计算法。根据负荷及电压值由线路末端

朝向电源端推算支路潮流分布(反推)，再根据根节点电压和潮流分布向线路末端

推算电压分布(正推)，直至电压或功率不匹配量小于一容许值时收敛。

这种算法的优点在于公式中的因子D和U可直接写出，无需因子分解。因此.可大大减少计算量，加快了计算速度。

3 并联电容器进行无功补偿

配电网并联电容对10kV配电网的补偿容量、接线方式的分析计算，使无功补偿达到最佳配置，从而降低网损，节约电能。

3.1提离负荷的功率因数和并联电容补偿

配电网中的变压器或线路元件所消耗的有功功率损耗为：

式中Pmax——最大有功功率，kW；

φ1，φ2——补偿前后的功率因数角。

由上式可见，当负荷P改变时，补偿容量Qc也随着改变，因此要求并联补偿的电容器组，能随着负荷变化来投切一部分电容器组，以达到最佳补偿的功率因数。这种就地无功补偿的方法，使无功功率基本达到就地平衡，做到在配电网几乎不存在无功功率流动，从而大大降低配电网的网损，节约了电能。

根据实际工程设计要求，可以从不同的角度来考虑补偿装置的补偿位置（或称补偿方式〕。例如可以从降损、安装与运行维护、单位投资、补偿方式的投运率角度来设计。

在补偿容量相同的条件下，不同的补偿方式，无功补偿功率当量C值是不同的，也即是降损效果是不一样的。而补偿方式可分为五种：

（1）变电站集中补偿。将电容器组连接在变电站二次母线上，可分为固定或可投切连接组.安装容量大都在1000kvar以下;

（2）线路补偿。将电容器分散安装在l0kV的馈电线路上，每个补偿点的安装容量一般不超过150kvar；

（3）随器补偿。将电容器组与配电变压器同台架设，并接在配电变压器的高压侧或低压侧。补偿容量不应大于配变的励磁无功功率，否则在电源缺相时，易发生铁磁谐振，损坏变压器和电容器；

（4）低压集中补偿。将电容器组连接在配变或用户配电所400V母线上，分固定或可投切连接组，它可跟踪负荷变化进行补偿，使用户的功率因数调节到所要求的数值;

（5）随机补偿。将电容器组直接与电动机并联，补偿容量不应大于电动机空载无功功率，以防止电动机停机时发生自激。

5 结论

配电网的经济节能运行与配电网的电气自动化系统的现状和水平紧密相关，其水平越高，就越能够通过更多的手段来提高配电网的经济性，从而实现配电网离线和在线的经济节能运行。在未来新材料新技术的快速发展前景下，必定会有更好的方法和产品使用到电气自动化系统中来，为实现节能环保，提高供电效率带来新的活力。

参考文献

[1]方富淇.配电网自动化.中国电力出版社.2000-8.

[2]刘振亚.智能电网技术.中国电力出版社.2010-4.