一种发用电系统无功功率平衡调节的方法

摘要

本发明涉及一种发用电系统无功功率平衡调节的方法，以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率统一平衡、综合利用的经济调节平衡基点，按变电站的功率因数调整目标和要求，分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各段母线用电系统的功率因数大小、大型同步机组的分布及系统的运行方式等整体情况，计算无功功率总体需量、无功功率可用的调节量和最经济的补偿量，而后再根据系统不同的无功功率需求量选用不同的动态平衡调节及补偿方法，来统一平衡整个发用电系统的无功功率分布，本发明适用于所有大型企业有二次能源综合利用发电机组并网、发电用电系统并存的变电站无功功率调节平衡、功率因数控制。

说明书

技术领域：

本发明专利涉及所有大型企业有二次能源综合利用发电机组并网、发电用电系统并存的变电站无功功率调节平衡、功率因数控制等，属于电力系统无功调节技术领域。

背景技术：

功率因数是各个变电站和整个电力系统的一个非常重要的经济技术指标，功率因数过低，不但增加了供电线路损耗，降低了设备的利用率，功率因数若低于0.85还会受到供电公司的考核，增加一笔数额不小的功率因数调整电费，所以功率因数的调节控制对每个变电站来说都很重要。尤其是目前各大钢铁公司几乎都有二次能源综合利用发电项目，而这些发电项目基本上都是就近在企业的总降变电站并网，这就使得这些钢铁企业总降变电站的发用电系统无功功率平衡、功率因数调节控制变得比较复杂，不再是简单的投退电容器了，而是需要全面的考虑各个变电站每段母线的功率因数大小、大型同步机组分布、发电机并网、集中补偿电容器的补偿容量及变电站的运行方式等等。

因此针对这种发电、用电系统并存的变电站无功功率控制和功率因数调节，需要找出一种简单明了、便于操作、合理有效的无功功率调节与平衡的方式方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种发用电系统无功功率平衡调节的快捷操作方法，以解决现有监控系统中的问题，现有监控系统中缺少无功平衡调节数据，在监测过程中需要由人工手动来完成数据的计算，人力耗费大，对发用电系统无功监测平衡调节不便，而值班人员因技术技能水平和专业知识参差不齐，有些人甚至不知道该怎么去做好无功平衡调节，有可能会造成长时间的功率因数偏低而受到供电公司的惩罚，造成功率因数调整电费的支出，这对二次能源综合利用非常不利。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种发用电系统无功功率平衡调节的方法，对于具有二次能源综合利用的变电站，以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率统一平衡、综合利用的经济调节平衡基点，按各个变电站的功率因数调整目标和要求，通过分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各段母线用电系统的功率因数大小、大型同步机组的分布及发用电系统的运行方式，来计算无功功率总体需量、无功功率可用的调节量和所需补偿无功容量，而后再根据发用电系统不同的无功功率需求量选用不同的动态平衡调节及补偿方法，来统一平衡调节整个发用电系统的无功功率分布，以此来整体提高各变电站每路进线的功率因数，提高变电设备的利用率，降低供电线路的损耗，从而提高变电站的经济运行指标。

变电站的各段母线上发电机组发出的有功（P）、无功功率（Q）大小、各段母线用电系统运行时的有功（P）、功率因数(cosφ1)大小、大型同步机组的分布及发用电系统的运行方式都是变电站的后台监控系统的实时监测数据，而变电站的集中无功补偿装置——并联电容器的补偿容量是在建站时按各母线段的平均有功负荷及最大有功计算负荷提前设计好的，现在变电站内每组电容器额定容量为4800 Kvar，其补偿量就在4000~4500Kvar之间，且只能进行有级调节而不能随着各母线段感性无功功率的变化而进行无级调节。

在自动计算公式表格中研发人员利用了“功率因数与补偿容量查询表”，将平时变电站经常运行时的几组功率因数作为补偿前功率因数值（cosφ

功率因数与补偿容量查询表见附表1，其中倒数第六列取值为0.9。

附表1： 功率因数与补偿容量查询表

本发明技术方案的进一步改进在于，具体操作为：

S1、首先将变电站内某台变压器或某一段母线现有的有功功率（P）、当前功率因数（cosφ

在实际应用中，由于含有四种方式，上述四种方式操作不同、查找不便，所以将表中相同方式的内容标注为同样的颜色，比如第一种方式为黄色，第二种方式为绿色、第三种方式为蓝色、第四种方式为粉色，这样有效区分，便于工作人员查看、不易发生看偏数据的可能。

并且在“补偿前功率因数值（cosφ1）”这一列时，为了区分更醒目，将0.75、0.8、0.85的取值进行标红处理，也是为了更加有效区分各个数值，避免看错或看漏的情况发生。

S2、然后当值班人员发现当前功率因数不合格时，将现有的有功功率和当前功率因数分别输入对应的表格内，则就会自动算出所需补偿无功容量，所需补偿无功容量的计算公式为：Q

S3、最后根据S2获得的计算结果，采取相应的调节方式，依靠电力调度、集控中心执行无功功率统一平衡调节，正常运行情况下是按需要补偿无功量的多少为依据调整功率因数。

本发明技术方案的进一步改进在于：在S3中，具体可采用的调节方式为：

（1）调节小容量发电机组无功功率或提高二级厂功率因数：当110KV进线当前功率因数低于0.9，所需补偿无功容量小于3500Kvar时，采取此方法，此为第一种方式；

（2）投切站内一组电容器：因变电站内每组电容器额定容量为4800 Kvar，根据运行数据分析，投运一组电容器因母线运行电压和负荷大小的不同，其无功补偿量在4000~4500Kvar，当110KV进线功率因数低于0.9，所需补偿无功容量在4000~4800Kvar的范围内时，则选择投运行一组站内电容器，此为第二种方式；

（3）调节小容量发电机组无功功率和投运行一组电容器相结合的方式：当110KV进线功率因数低于0.9，所需补偿无功容量在4800~9000Kvar时，此为第三种方式；

（4）调节大容量发电机组无功功率和投电容器相结合的方式：当110KV进线功率因数低于0.9，所需补偿无功容量在9000Kvar以上时，此为第四种方式；

（5）改变运行方式：检修时造成10KV负荷不均衡，110KV进线功率因数低于0.9时，首先选择通过10KV母联并列或解列，调整变压器负荷，使110KV进线有功负荷和无功负荷平衡，再根据情况选择上面调节方法的某一种。

本发明技术方案的进一步改进在于：本调节方法适用于所有大型企业有二次能源综合利用发电机组并网、发电用电系统并存的变电站无功功率调节平衡、功率因数控制。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：本发明利用了发电机组及大型同步机的无功功率作为调节控制功率因数的手段；适用于所有大型企业有二次能源综合利用发电机组并网、发电用电系统并存的变电站无功功率调节平衡、功率因数控制等，并有效解决了职工因不会计算、不会平衡调节无功功率的技术问题。

本发明巧妙合理的以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率统一平衡、综合利用的经济调节平衡基点，按两个变电站的功率因数调整目标和要求，通过分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各段母线用电系统的功率因数大小，来计算无功功率总体需量、无功功率可用的调节量和最经济的补偿量，再综合考虑大型同步机组的分布及系统的运行方式等整体情况及系统不同的无功功率需求量选用不同的无功动态平衡调节及功率因数补偿方法，来统一平衡调节整个发用电系统的无功功率分布，以此来整体提高各变电站每路进线的功率因数，提高变电设备的利用率，降低供电线路的损耗，从而提高变电站的经济运行指标，用此方法平衡调节发用电系统的无功功率，快速、准确，操作简单、方便，适用范围广。

本发明很好的利用了需补偿无功量的表格，将变电站每台变压器或某段母线现有的有功功率、当前功率因数、拟达到的功率因数目标值及需补偿的无功量（万kVar）及可采用的调节方法等制作成一个需补无功量的自动计算公式表格。放在值班室的办公电脑桌面上，让职工操作起来，一目了然、简单易行，对各变电站的功率因数控制非常有效及时。很好的解决了职工不会计算、不会调节的技术问题。本发明使发用电系统的无功功率平衡调节及功率因数控制变得快速、准确，操作简单、方便，适用范围广。

本无功功率平衡调节方法自2016年元月在各变电站实施以来，各变电站的进线功率因数一直保持在0.93～0.95左右，不仅满足了电力部门对电能指标的管理要求，还使整个电力系统一直运行在经济状态下，大大提高了站内变压器的供电能力，减少了整个电力系统线路损耗，提高了现有供电线路的供电能力。仅功率因数调整电费每年可以少交0.75%，以2017年为例，铁前变电站和炼钢变电站平均每月外购电为9064万度，110KV每度电按平均0.5613元，则两个站合计每月电费为：9064*0.5613=5087万，则每月可少交电费为：5087*0.0075=38.15万元，每年可减少损失约457.83万元。

附图说明

图1为本发明实施例一的综合利用电厂1＃、2＃机并至炼钢变电站一次系统简图；

图2为本发明实施例二的综合利用电厂3＃机、烧结余热发电4＃机、干熄焦发电5＃机、干熄焦发电6＃机及7＃TRT发电并至铁前变电站一次系统简图；

图3为本发明的110KV进线有功和无功负荷平衡示意图；

其中，1、常炼Ⅰ线；2、常炼Ⅱ线；3、110KV母线Ⅰ；4、110KV母线Ⅱ；5、厂钢母线Ⅰ；6、厂钢母线11；7、1＃变压器；8、2＃变压器；9、3＃变压器；10、电厂1＃变压器；11、电厂2＃变压器；12、电厂1＃机；13、电厂2＃机；14、1＃电容器；15；2＃电容器；16、3＃电容器；17、4＃电容器；18、5＃电容器；19、6＃电容器；20、常铁Ⅰ线；21、常铁Ⅱ线；23、厂前母线III；24、电厂3＃变压器；25、铁原II线；26、铁原Ⅰ线；27、厂前母线V；28、厂前母线VI；29、电厂3＃机；30、原料站7＃TRT发电机；31、干熄焦发电6＃机；32、干熄焦发电5＃机；33、原料站烧结余热发电4＃机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

操作方法概要：

一种发用电系统无功功率平衡调节的方法，见图1-图3，是研发人员整理了西区铁前、炼钢两个变电站长时间的维护数据和参数，认真分析了各个变电站每段母线的功率因数大小、大型同步机组分布、发电机并网、集中补偿电容器的补偿容量及变电站的运行方式等等，发现这两个变站的无功功率调节平衡与那些没有发电机组并网的变电站完全不同，因它同时存在着发电机组发出的无功功率、用电系统可补偿的无功功率、大型同步机组的不同分布及三台主变带10KV单母线4分段的灵活运行方式等多种调节平衡的方式方法，该如何合理发挥并利用好这些无功功率调节方式，研发人员发明了这套完整的、灵活可靠、便于操作且又科学合理的无功功率动态平衡调节的方法。

研发人员以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率统一平衡、综合利用的经济调节平衡基点（见图1、图2），按两个变电站的功率因数调整目标和要求，通过分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各段母线用电系统的功率因数大小、大型同步机组的分布及发用电系统的运行方式等整体情况，来计算无功功率总体需量、无功功率可用的调节量和最经济的需补偿无功量，而后再根据系统不同的无功功率需求量选用不同的动态平衡调节及补偿方法，来统一平衡调节整个发用电系统的无功功率分布，以此来整体提高各变电站每路进线的功率因数，提高变电设备的利用率，降低供电线路的损耗，从而提高变电站的经济运行指标。

变电站的各段母线上发电机组发出的有功（P）、无功功率（Q）大小、各段母线用电系统运行时的有功（P）、功率因数(cosφ1)大小、大型同步机组的分布及发用电系统的运行方式都是变电站的后台监控系统的实时监测数据，而变电站的集中无功补偿装置——并联电容器的补偿容量是在建站时按各母线段的平均有功负荷及最大有功计算负荷提前设计好的，现在变电站内每组电容器额定容量为4800 Kvar，其补偿量就在4000~4500Kvar左右，且只能进行有级调节而不能随着各母线段感性无功功率的变化而进行无级调节。

在自动计算公式表格中研发人员巧妙利用“功率因数与补偿容量查询表”，将平时变电站经常运行时的几组功率因数作为补偿前功率因数值（cosφ

从“功率因数与补偿容量查询表”中查出每KW负荷所需的无功补偿容量(KVar)，再将变电站各母线段的经常实际运行的几组有功功率P（万kW）列入表格，计算出现运行有功功率P（万kW）时所需补偿的无功容量Qc（kVar）大小，

再将变电站各母线段的经常实际运行的几组有功功率P（万kW）列入表格，计算出现运行有功功率P（万kW）时所需补偿的无功容量Qc（kVar）大小，而后根据各发电机组发出的无功功率大小和各母线段无功功率总体需量等，测算出无功功率可用的调节量和最经济的需补偿的无功容量Q

而后根据各发电机组发出的无功功率大小和各母线段无功功率总体需量等，测算出无功功率可用的调节量和最经济的需补偿的无功容量Q

最后再根据发用电系统不同的无功功率需求量选用不同的动态平衡调节及补偿方法，来统一平衡调节整个发用电系统的无功功率分布，以此来整体提高各变电站每路进线的功率因数，提高变电设备的利用率，降低供电线路的损耗，从而提高变电站的经济运行指标。

具体操作方法是：为便于每位值班员操作，研发人员将变电站每台变压器现有的有功功率、当前功率因数、拟达到的功率因数目标值及需补偿的无功量（万kVar）及可采用的调节方法等制作成一个需补无功量的自动计算公式表格（如下表）。放在值班室的办公电脑桌面上，让职工操作起来，一目了然、简单易行，对各变电站的功率因数控制非常有效及时。

步骤1：当值班人员发现功率因数不合格时，将目前的有功和功率因数分别输入上表对应的表格内，则就会自动算出需补的无功量，简单明了，便于操作。

再根据步骤1的计算结果，采取下列相应的调节方法。正常运行情况下是按需要补偿无功量的多少为依据调整功率因数：

（1）调节小容量发电机组无功功率或提高二级厂功率因数：当110KV进线当前功率因数低于0.9，计算出的最经济需补偿无功量小于4000Kvar时，采取此方法，此为第一种方式；

（2）投切站内一组电容器：因变电站内每组电容器额定容量为4800 Kvar，根据运行数据分析，知道投运一组电容器因母线运行电压和负荷大小的不同，其无功补偿量大约在4000~4500Kvar左右，当110KV进线功率因数低于0.9，最经济的需补偿无功量在4000~4800Kvar范围内时，则选择投运行一组站内电容器，此为第二种方式；

（3）调节小容量发电机组无功功率和投运行一组电容器相结合的方式：当110KV进线功率因数低于0.9，最经济的需补偿无功量在4800~9000Kvar时，此为第三种方式；

（4）调节大容量发电机组无功功率和投电容器相结合的方式：当110KV进线功率因数低于0.9，最经济的需补偿无功量在9000Kvar以上时，此为第四种方式；

（5）改变运行方式：检修时造成10KV负荷不均衡，110KV进线功率因数低于0.9时，首先选择通过10KV母联并列或解列，调整变压器负荷，使110KV进线有功和无功负荷基本平衡（见附图3），再根据情况选择上面调节方法的某一种。

3、选择好调节方法后，依靠电力调度、集控中心执行无功功率统一平衡调节。

本发明的关键技术创新点：

本发明适用于所有大型企业有二次能源综合利用发电机组并网、发电用电系统并存的变电站无功功率调节平衡、功率因数控制等；

巧妙合理的以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率统一平衡、综合利用的经济调节平衡基点，按两个变电站的功率因数调整目标和要求，通过分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各段母线用电系统的功率因数大小、大型同步机组的分布及系统的运行方式等整体情况，来计算无功功率总体需量、无功功率可用的调节量和最经济的补偿量，而后再根据系统不同的无功功率需求量选用不同的动态平衡调节及补偿方法，来统一平衡调节整个发用电系统的无功功率分布，以此来整体提高各变电站每路进线的功率因数，提高变电设备的利用率，降低供电线路的损耗，从而提高变电站的经济运行指标，用此方法平衡调节发用电系统的无功功率，快速、准确，操作简单、方便，适用范围广。

很好的利用了需补偿无功量的表格，将变电站每台变压器现有的有功功率、当前功率因数、拟达到的功率因数目标值及需补偿的无功量（万kVar）及可采用的调节方法等制作成一个需补无功量的自动计算公式表格。放在值班室的办公电脑桌面上，让职工操作起来，一目了然、简单易行，对各变电站的功率因数控制非常有效及时。很好的解决了职工不会计算、不会调节的技术问题。

下面举例说明

实施例一为综合利用电厂1＃、2＃机并至炼钢变电站一次系统简图，实施例一中，利用两机三变两进线的110KV开关分别流入110KV两条母线的I、P、Q做基本的潮流分析监测，对发用电系统进行无功功率的调节平衡与控制

实施例二为综合利用电厂3＃机、烧结余热发电4＃机、干熄焦发电5＃机、干熄焦发电6＃机及7＃TRT发电并至铁前变电站一次系统简图，实施例二中，利用一机三变两进线的110KV开关分别流入110KV两条母线的I、P、Q和三变10KV四段母线及四台10KV并网的发电机组做基本的无功分布分析监测，对发用电系统进行无功功率的调节平衡与控制。

通过这两个例子可看出，本发明以变电站的两路进线作为发用电系统无功功率动态平衡、综合利用的调节平衡基点，按变电站所需的功率因数调整目标和经济运行要求，通过分析变电站的各段母线上发电机组发出的无功功率大小、各用电系统的功率因数大小，利用“功率因数与补偿容量查询表”，将平时变电站经常运行时的几组功率因数作为补偿前功率因数值（cosφ