硕士学位论文-基于GPRS通信的配网无功补偿及优化技术.doc
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1、 工 程 硕 士 学 位 论 文题 目 基于GPRS通信的配网无功补偿及优化技术 作 者 完成日期 培 养 单 位 指 导 教 师 企 业 导 师 专 业 研 究 方 向 调度自动化及计算机信息处理授予学位日期 2011 年 月 日 基于GPRS通信的配网无功补偿及优化技术电气工程 专业研究生 指导教师 随着日常生活用电规模不断的扩大,人们的用电量日益增长和用电结构的不断变化,以及变压器和电动机等大量感性负载设备的广泛使用,使得用电设备对无功的需求大幅上升,导致电网中无功功率不平衡。从无功功率消耗的情况上来看,在各级电力网中,中低压电网消耗无功功率的比重占有率很大,因此,做好中低压电网无功功率
2、的就地补偿工作具有十分重大意义。本文从配电网无功的产生、配电网络无功平衡以及当前电压无功优化领域的理论依据进行阐述,结合无功补偿领域的新技术和新产品的应用,变压器位置状态、在线监测综合管理系统的发展历史和现状,来介绍了以配电综合测控仪作为配变监测及无功智能补偿的核心部件,负责配电变压器运行参数的采集和补偿电容的投切控制,实现配变监测功能。同时本文通过分析GPRS无线通信网络的组成和特点,同时针对10kV配电网的无功产生以及补偿方式、补偿的及时性等特定,设计出一套以GPRS无线通信为数据通道的无功补偿及优化的方案,以此来解决中低压配电网网损过高等缺点,极大的提高供电质量,实现电能传输的经济效益。
3、关键词:无功补偿 GPRS通信 优化 Distribution network based on GPRS communication and optimization of reactive power compensationMajor: Electrical EngineeringGradute:Chen Xiaodong Advisor:Zhou BuxiangWith the size of the daily power consumption continued to expand, increasing peoples electricity consumption and t
4、he changing power structure, as well as transformers and electric motors and other inductive load equipment, a large number of widely used, making the electrical equipment of the significant increase in reactive power demand, lead to an imbalance of reactive power grid. Never the case of reactive po
5、wer consumption point of view, at all levels of the power grid, low-voltage power grid in the proportion of reactive power consumption of a large market share, so do the power low-voltage reactive power compensation for work-place of great significance.In this paper, the generation of reactive power
6、 distribution network, distribution network reactive power balance and the current voltage and reactive power optimization based on the theory elaborated, combined with the reactive power compensation areas of new technology and new product applications, the transformer location status, on-line moni
7、toring of integrated management history and current status of the system, to introduce a comprehensive measurement and control instrument as a distribution to distribution transformer monitoring and reactive power compensation of the core components of intelligent, responsible for distribution trans
8、formers operating parameters of the acquisition and compensation capacitor switching control, distribution transformer monitoring functions to achieve . This paper analyzes both GPRS wireless communication network through the composition and characteristics, and 10kV distribution network for reactiv
9、e power generation and compensation, compensation and other specific time, to design a set of GPRS wireless communication channel for data and optimization of reactive power compensation program, in order to solve the low voltage distribution network net loss is too high and other shortcomings, grea
10、tly improved quality of power supply to achieve the economic benefits of energy transfer.Keywords: Reactive power compensation;GPRS communication ;Optimization目录1 绪论11.1 研究目的与意义11.2 国内外研究现状21.3 本文所做的主要工作62 配电网无功补偿理论82.1配电网的无功功率82.1.1 无功功率负荷82.1.2 输电线路82.1.3 电力变压器92.2配电网无功电源102.3无功补偿的原理及补偿方式132.3.1无功
11、补偿的原理142.3.2变电站集中补偿172.3.3配变低压侧补偿172.3.4 配电线路无功补偿182.3.5用电设备就地补偿182.4无功平衡与无功补偿192.4.1无功功率平衡202.4.2补偿容量不足时的无功功率平衡202.4.3系统无功功率电源充足时的无功功率平衡212.5无功补偿的主要作用222.5.1 补偿无功功率,提高功率因数222.5.2 提高设备出力232.5.3降低功率损耗和电能损失232.6无功补偿的经济效益232.6.1无功补偿经济当量232.6.2无功补偿对电压质量的改善242.6.3释放发供电设备容量252.7线路无功补偿遵循的原则262.8 线路补偿安装位置的选
12、择272.8.1线路无功负荷均匀分布282.8.2单点补偿282.8.3两点补偿282.8.4无功负荷沿线路递增分布282.8.5无功负荷沿线路递减分布282.8.6无功负荷沿线路等腰分布282.9无功补偿容量的确定292.9.1按提高功率因数确定补偿容量292.9.2 按提高电压确定补偿容量342.9.3按降低线损确定补偿容量342.9.4按配电变压器容量确定补偿容量342.9.5按感应电动机空载电流确定补偿容量353 GPRS无线通信的基本原理383.1 GPRS的主要特点383.1.1GPRS的优势393.1.2 GPRS网络的缺点393.2 GPRS网络结构393.2.1 GPRS网络
13、结构393.3监控中心与GPRS网络接入方式比较423.3.1 GPRS数据传输的组网结构423.3.2监控中心和GPRS网络接入方式的四种方案424 配电网在线式无功自动补偿装置484.1在线式线路无功补偿装置的组成484.2线路无功补偿测控装置的主要元件484.3线路无功补偿装的采用控制策略534.3.1 延时投切方式544.3.2. 瞬时投切方式564.4在线式线路无功补偿方案564.5基于GPRS的县级配网无功优化系统594.5.1 GPRS通信软件/硬件平台594.6基于GPRS 在电力系统中的监控软件实例614.6.1 GPRS 在配网无功优化系统应用中的可靠性654.6.2 GP
14、RS 在配网电压无功优化系统中的应用优势675 结论与展望685.1 结论685.2 展望69参考文献71声 明76致 谢7777四川大学工程硕士学位论文(2011)1 绪论1.1 研究目的与意义近年来,随着国民经济的快速发展以及建设社会主义新农村的高速推进,电力用户对电力负荷的需求以及供电可靠性、电压质量和客户服务水平等,都提出了更高的要求。经过两次电网改造,县级电网供电能力和电网结构都有了显著的提高和加强,但是随着各地招商引资工作的大力发展及“家电下乡”等一系列政策的扶持,农村及城镇居民用电负荷不断增长,负荷的峰谷差也越来越大,供配电系统的调压问题变得越来越困难,电压过高或过低的问题时有出
15、现,无功负荷在电网上的传输越来越大,如何合理地调整电压,提高电网的电压质量,降低线损促使电网安全、经济运行,是摆在我们面前的一项重要任务。电力系统的无功优化,可以改善电压质量,降低线路损耗,使电网能安全、稳定、经济地运行,对保证工农业的正常生产、提高产品质量和改善人民生活都具有重大的意义。电压质量差,既对用户造成危害,同时也影响电力企业本身。应力求使电力系统运行电压接近电力设备的额定电压,通过合理分配无功来进行电压调节,从而降低线损,获得显著的经济效益和社会效益。各地电力部门在加大对配电网建设投资的同时,对现有配电网络进行无功优化及对配网运行情况进行实时在线监测显得日益重要。配电网络主要由10
16、kV中压配电线路和10/0.4kV配电变压器以及两大部分组成,这两部分也是电网中线路最长,所占比重更高的部分,如何对低压配电台区和中压配电线路进行无功补偿关是节能降损的关键所在,也是实现无功功率就地平衡最为理想的状态。减小了无功电流在线路上的传输,从公式可以看出由于线路上无功电流的减小,线路所消耗的有功损失也大大减小,减少线路的发热,提高设备的输配电能力,提高末端(或用户端)电压。如何对配变台区及10kV配电线路进行无功补偿及补偿效果监测成为当前电力系统降低配电网损的重要任务之一,将配电变压器无功补偿和线路无功补偿运行情况及补偿效果进行在线监测成为当前无功及线损管理的重要手段之一,本文以GPR
17、S作为通信手段将无功补偿的数据进行实时在线监测的运行工况,完成传统电压表、电能表、功率因数表、以及负荷指示仪、无功补偿装置状态监测和电压监视仪等的功能。使之与后台通讯软件接口,还原变压器台区的运行状况,远程停送电操作所有的监测数据及SOE信息通过GPRS公用网络传输至电力公司专用数据服务器,供运行人员分析、管理、决策之用。1.2 国内外研究现状1.2.1 无功补偿的发展特点近三十年来,随着超高压远距离输电系统迅速发展,电网中的无功功率消耗也不断增大。因此,利用无功补偿技术开始成为当前世界电力设计者及决策人员的共识,无功补偿装置的资金投入已经被纳入电力投资整体规划中,成为一个不可或缺的环节。提高
18、电力网的功率因数,以降低线路损耗、节约能源、挖掘发供电设备的潜在能力,是当前各国电力网发展的趋势。 现在,美国在主网设备上的功率因数已接近于1,原苏联的法律中规定主网功率因数应大于0.92,日本等国还成立了全国性的管理无功优化问题的委员会,制定出了无功补偿方面的技术及经济政策。从世界情况看,一些世界上工业比较发达的国家,并联电容器需要量成直线上升增加。容性无功补偿容量与发电设备容量之比,即补偿度K,日本在0.56以上,美国电网补偿度一般约在0.5以上。有的系统的补偿度为0.82,而我国仅为0.451。 电力网的无功补偿技术可采用并联电容器装置、同期跳相机、静止无功补偿装置等设备,另外还可采取同
19、步电动机进相运动同时和一部电动机同步化运行等补偿方式。但因为并联电容器装置具有:(1)适合分散安装,能满足就地补偿的要求;(2)分组投切的并联电容器装置有很好的无功调节性能。虽然只能进行非连续的有级调节,但因为调节级差通常可满足“小于不动作范围”的要求,并且满足电压和无功调整的需要,(3)投资省,能耗低,运行维护方便可得到广泛应用。到1992年年底,全国总容性无功容量中并联电容器已占90%以上。因此,为了满足电网稳定运行和冲击负荷等特殊要求而考虑采用同步调相机和静止无功补偿装置外,一般采用并联电容装置进行各级电网的无功补偿。无功补偿装置有:低压无功就地补偿装置,低压并联电容器装置,高压并联电容
20、器装置(包括集合式并联电容器装置)。由于调压的需要,电网集中装置的并联电容器装置的容量越来越大,电压等级越来越高。在美国并联电容器装置已经直接和230、162、132及116kV网络连接上了,装置的最大容量已达到200MVar,33kV及以上电压等级的可以就地安装,66和77kV的需要安装在用绝缘子支撑的平台上;澳大利亚的500kV输电线的中间专门设置有高压大容量的无功补偿站,电压为230kV,容量为60MVar;ABB公司制造的积木框架式并联电容器装置有占空间少、安装起来很方便的优点,在各个国家得到广泛的应用。目前,国内的并联电容器装置大多安装在110kV及以上电压等级的变电所主变上,其电压
21、等级为66kV及以下,框架式单组容量最大的为30MVar,集合式单台的容量为5MVar。在配电线路的电杆上分散的安装一些并联电容器装置,在美国已经得到了广泛的应用。部分容量达12002400kVar,用断路器或者跌落式熔断器来保护。包括固定电容器组和可控电容器组两个部分。而在日本电业部门装设容量的比例一般在10%左右。在东南亚地区,采用线路补偿的方法范围愈来愈广。在我国,因为过去电容器的损坏率很高,没有合适的户外投切电容器断路器以及自动控制装置的可靠性很差等原因,只有少数地区才采用固定式的杆式并联电容器。伴随着电容器质量的逐渐提高,分批户外柱上用断路器的问世,自动控制装置性能的稳定以及控制功能
22、的完善,国内已研制成一些适合农网10kV以及城网0.38kV配电线路自动投切的并联电容器装置。除此之外,应用和推广无功功率就地补偿技术,早在70年代国外就开始,所以不少引进的设备和机组都有附设装置。据相关文献介绍美英日等发达国家都主张在配电网络及感应负荷的无功缺额主要依靠“就地补偿”来解决,该技术得到了西方工业发达的国家的普遍应用。近年来,我国机械工业部不断制定了、和等标准,并开发出了一批无功就地补偿装置,使电力系统的无功补偿问题走上了一条有章可循的规范管理道路。我国电力电容器方面的行业引进了发达国家的高压全膜电容器以及低压自愈式电容器制造技术,经过消化、吸收、国产化,现在已经形成了稳定的生产
23、能力,产品质量水平达到或超过了引进技术的水平,开发出一大批高科技的低压并联电容器和成套装置,为无功补偿提供了强大的物质保障。尽管如此,由于观念和经济条件的制约,无功补偿还是没能引起足够的关注。无功的不足,是导致我国电压质量上不去和电能浪费严重的重要因素。据统计,我国现在装有的容性无功补偿容量还远远不够,至少缺2000多万kVar,部分主网电压偏低的问题仍然十分显著,城市电网电压合格率仅在80%左右,电力企业和电力用容性补偿设备都不足;同时现有无功补偿装置的利用率仍然不高,占总容量中的8.2%的调相机以及占1.4%的静止补偿装置,并不能充分发挥在轻载的时侯吸收无功功率的潜力,使许多电网后半夜的电
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