ETAP無功補償（4）如何在ETAP中進行最佳電容器位置分析

1、概述

1.1、安裝電容器組的好處

一般來說，電力系統(tǒng)中安裝電容器組是為了電壓支持、校正功率因數(shù)、無功功率控制、降低損耗、增加系統(tǒng)容量和降低計費費用。

這個過程包括確定電容大小、位置、控制方法和連接類型Y或△)。

主要的努力通常是為了電壓支持和功率因數(shù)校正確定電容器的大小和位置的。

次要考慮的是諧波和暫態(tài)切換。

1.2、確定電容器大小和位置的方法

（1）最常見的方法(直觀的)是基于經(jīng)驗法則，通過運行多個潮流分析來微調(diào)大小和位置。 這種方法可能不會產(chǎn)生最優(yōu)解，而且對大型系統(tǒng)來說非常耗時和不實用。

（2）第二種方法是根據(jù)工程師選擇的候選位置，利用最優(yōu)潮流(OPF)對電容器尺寸進行優(yōu)化。 這個方法需要每個選擇的位置，因為OPF可以優(yōu)化電容大小，但不能優(yōu)化位置。

（3）最有效的方法是使用最優(yōu)電容器位置(OCP)來優(yōu)化電容器的大小和位置，并考慮成本因素。 OCP采用遺傳算法，這是一種基于自然選擇理論的優(yōu)化技術(shù)。 OCP使用“現(xiàn)值法”進行替代比較。 它考慮了初始安裝和運行成本，其中包括維護、折舊和利率。

1.3、問題優(yōu)化

一天中，負載是不斷地變化的，電容器應(yīng)該滿足所有的這些負載變化情況的組合。

需要列出我們的問題，那么可以把問題表達為2個方面：定義目標函數(shù)和定義約束。

（1）我們的目標是最小化的系統(tǒng)成本和最大化系統(tǒng)電壓分布，減少無功損耗。

（2）我們的約束是，負荷是不斷變化，電壓分布范圍，最大、最小損耗，電容器位置。

1.4、舉例：

假設(shè)大部分時間，負荷保持在設(shè)計負荷的55%之內(nèi)（正常負荷）；

25%的時間里，負荷會增加到最大負荷（設(shè)計負荷的110%）；

20%的時間里，負荷會減小到最小負荷（設(shè)計負荷的90%）。

我們有這樣一個不斷變化的負荷情況，需要一個能處理所有負荷運行情況的電容器，計劃使用10年，以及采購、安裝、運行成本的考慮。

2、工業(yè)系統(tǒng)最佳電容器位置演示

2.1、示例1

（1）下面是一個工業(yè)示例系統(tǒng)，我們想知道為了維持系統(tǒng)電壓，多少電容器才夠。本例僅考慮電壓約束，設(shè)置電容器滿足運行電壓在約束范圍之內(nèi)。

首先進行潮流分析，現(xiàn)在開關(guān)配置是Island，不是最大系統(tǒng)。

（2）讓我們選擇最保守的運行情況，開關(guān)配置選擇為：Max_Sys（最大系統(tǒng)）。

Max_Sys配置，假設(shè)一切都是連接到了系統(tǒng)。

（3）運行潮流分析后，發(fā)現(xiàn)母線電壓水平較高，結(jié)果如下：

實際上變壓器T3、T4、T5、T6的一次分接頭都是-2.5%位置。

我們把一次分接頭全部恢復(fù)為0位置。然后運行潮流分析。發(fā)現(xiàn)有些母線電壓較低。

（4）我們使用最優(yōu)電容器放置的方法，把電壓調(diào)節(jié)到較高水平。進入最佳電容器位置模式，如下圖所示：

（5）然后點擊編輯分析案例。

（6）優(yōu)化電容器位置分析案例編輯器，“Info，信息”頁，確定“Objective，目標”，我們的目標是保持電壓，想要電容器的電壓支持，所以選擇“Voltage Support，電壓支持”，這里在“General Parameter，通用參數(shù)”，選擇了“Average Energy Cost，平均能量成本”，填入成本、計劃周期、利率，下面圖中數(shù)據(jù)是我們假設(shè)。其它默認。

（7）切換到“Loding，負荷”頁：

“Loading Category，負荷種類”，這里的案例選擇“設(shè)計”；

“Load Diversity Factor，負荷調(diào)整系數(shù)”選擇全局因數(shù)；

“Time Distribution of Load，負荷的時間分配”，輸入最大最小負荷百分數(shù)負荷持續(xù)時間，小時/年。平均負荷小時數(shù)由計算得出，因為總的時間百分數(shù)為100。你可以使用負荷持續(xù)時間來調(diào)查電網(wǎng)中電容器放置效果。（本處請參考幫助），以及充電負荷。

（8）切換到“Voltage Constraint，電壓約束”頁。默認情況下，電壓約束為90%-110%。，這里默認是母線是全局約束，沒有對單個母線的特別約束。

先讓我們保守一點，把電壓改為98%-102%，會發(fā)生什么。

（9）切換到“Power Factor Constraint，功率因數(shù)約束”頁，這次不考慮，默認不改。

（10）切換到“Capacitor，電容器”頁。在“Capacitor Info，電容器信息”查看和對照本次用于安裝電容器母線的電壓。

發(fā)現(xiàn)電容器信息“Max.kV，最大電壓”沒有我們需要的母線電壓4.16kV，就增加這一個等級電壓的電容器，和尺寸，組數(shù)，造價數(shù)據(jù)。

這里“Buses，母線”列表框列出了所有可用母線，“Candidates，候選母線”列表框是安裝電容器的候選母線。那么，這里候選母線我們沒有選擇任何母線，看看會發(fā)生什么。

最大組數(shù)(Max#Banks)，輸入可以安裝在母線上該種電容器的最大組數(shù)。默認值最大值為30。但是，通過ETAP參數(shù)選擇的 MaxCapOCP設(shè)置該限制可以獲得增加。運行分析時如果需求的電容器容量超過這個表格的設(shè)置時，會出錯，需要修改。

（11）“Adjustment，調(diào)整”頁，不考慮阻抗容差和溫度校正。

（12）運行優(yōu)化電容器位置。

輸出報告取名為“Max_Sys_Convervative”。

這里，出現(xiàn)計算錯誤對話框。因為沒有候選母線。

重新回到分析案例編輯器的“電容器”頁，添加候選母線，OK退出。如下：

（13）運行優(yōu)化電容器位置，結(jié)果如下，發(fā)現(xiàn)一大堆母線都要布置一大堆電容器。這是因為原先我們電壓約束的設(shè)置范圍。

那么回到案例分析編輯器的“電壓約束”頁，修改如下：

再一次執(zhí)行最優(yōu)電容器位置分析，少了好多電容器，結(jié)果如下：

（14）查看結(jié)果。

報告管理器，摘要

報告管理器，OCP結(jié)果

2.2、示例2

（1）上一個例子的目的是保持電壓，本例目的是考慮功率因數(shù)，設(shè)置電容器滿足功率因數(shù)在約束范圍之內(nèi)。

（2）這是一個配電系統(tǒng)，由2臺40MVA主變連接到電網(wǎng)。

（3）先運行潮流分析

（4）進入最佳電容器位置模式。

（5）然后點擊編輯分析案例。

（6）在優(yōu)化電容器位置分析案例編輯器，“Info，信息”頁中，確定“Objective，目標”，這里我們選擇“Power Factor Correction，功率因數(shù)修正”，在“General Parameter，通用參數(shù)”，選擇如下。其它默認。

（7）切換到“Loding，負荷”頁，如下：

（8）切換到“Voltage Constraint，電壓約束”頁，這里，我們不擔(dān)心電壓限制，因為這次分析不考慮這一點，而是希望功率因數(shù)是95%。

（9）切換到“Power Factor Constraint，功率因數(shù)約束”頁。

功率因數(shù)修改為95%，這里默認是母線是全局約束，沒有對單個母線的特別約束。

（10）切換到“Capacitor，電容器”頁。在“Capacitor Info，電容器信息”查看和對照本次用于安裝電容器母線的電壓。假設(shè)我們把所有母線進入候選母線。

（11）“Adjustment，調(diào)整”頁，不考慮阻抗容差和溫度校正。

（12）運行優(yōu)化電容器位置。

（13）運行優(yōu)化電容器位置，發(fā)現(xiàn)，我們?yōu)榱?5%的功率因數(shù)，需要大量的電容器，結(jié)果如下：

（14）查看結(jié)果，進入報告管理器，摘要

本案例只是演示了如何布局和優(yōu)化電容器設(shè)置，在實際工程中，電容器的設(shè)置數(shù)量將遠遠少于這個演示。