1、概述

1.1、安裝電容器組的好處

一般來(lái)說(shuō)，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(wú)功功率控制、降低損耗、增加系統(tǒng)容量和降低計(jì)費(fèi)費(fèi)用。

這個(gè)過(guò)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(jiàn)的方法(直觀的)是基于經(jīng)驗(yàn)法則，通過(guò)運(yùn)行多個(gè)潮流分析來(lái)微調(diào)大小和位置。 這種方法可能不會(huì)產(chǎn)生最優(yōu)解，而且對(duì)大型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常耗時(shí)和不實(shí)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(duì)電容器尺寸進(jìn)行優(yōu)化。 這個(gè)方法需要每個(gè)選擇的位置，因?yàn)镺PF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(lái)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(jìn)行替代比較。 它考慮了初始安裝和運(yùn)行成本，其中包括維護(hù)、折舊和利率。

1.3、問(wèn)題優(yōu)化

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

需要列出我們的問(wèn)題，那么可以把問(wèn)題表達(dá)為2個(gè)方面：定義目標(biāo)函數(shù)和定義約束。

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

（2）我們的約束是，負(fù)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(shí)間，負(fù)荷保持在設(shè)計(jì)負(fù)荷的55%之內(nèi)（正常負(fù)荷）；

25%的時(shí)間里，負(fù)荷會(huì)增加到最大負(fù)荷（設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%）；

20%的時(shí)間里，負(fù)荷會(huì)減小到最小負(fù)荷（設(shè)計(jì)負(fù)荷的90%）。

我們有這樣一個(gè)不斷變化的負(fù)荷情況，需要一個(gè)能處理所有負(fù)荷運(yùn)行情況的電容器，計(jì)劃使用10年，以及采購(gòu)、安裝、運(yùn)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(gè)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(yùn)行電壓在約束范圍之內(nèi)。

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

（2）讓我們選擇最保守的運(yùn)行情況，開(kāi)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(yùn)行潮流分析后，發(fā)現(xiàn)母線電壓水平較高，結(jié)果如下：

實(shí)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(yùn)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(jìn)入最佳電容器位置模式，如下圖所示：

（5）然后點(diǎn)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(yè)，確定“Objective，目標(biāo)”，我們的目標(biāo)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(jì)劃周期、利率，下面圖中數(shù)據(jù)是我們假設(shè)。其它默認(rèn)。

（7）切換到“Loding，負(fù)荷”頁(yè)：

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

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

“Time Distribution of Load，負(fù)荷的時(shí)間分配”，輸入最大最小負(fù)荷百分?jǐn)?shù)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間，小時(shí)/年。平均負(fù)荷小時(shí)數(shù)由計(jì)算得出，因?yàn)榭偟臅r(shí)間百分?jǐn)?shù)為100。你可以使用負(fù)荷持續(xù)時(shí)間來(lái)調(diào)查電網(wǎng)中電容器放置效果。（本處請(qǐng)參考幫助），以及充電負(fù)荷。

（8）切換到“Voltage Constraint，電壓約束”頁(yè)。默認(rèn)情況下，電壓約束為90%-110%。，這里默認(rèn)是母線是全局約束，沒(méi)有對(duì)單個(gè)母線的特別約束。

先讓我們保守一點(diǎn)，把電壓改為98%-102%，會(huì)發(fā)生什么。

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

（10）切換到“Capacitor，電容器”頁(yè)。在“Capacitor Info，電容器信息”查看和對(duì)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(méi)有我們需要的母線電壓4.16kV，就增加這一個(gè)等級(jí)電壓的電容器，和尺寸，組數(shù)，造價(jià)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(méi)有選擇任何母線，看看會(huì)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(rèn)值最大值為30。但是，通過(guò)ETAP參數(shù)選擇的 MaxCapOCP設(shè)置該限制可以獲得增加。運(yùn)行分析時(shí)如果需求的電容器容量超過(guò)這個(gè)表格的設(shè)置時(shí)，會(huì)出錯(cuò)，需要修改。

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

（12）運(yùn)行優(yōu)化電容器位置。

輸出報(bào)告取名為“Max_Sys_Convervative”。

這里，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤對(duì)話框。因?yàn)闆](méi)有候選母線。

重新回到分析案例編輯器的“電容器”頁(yè)，添加候選母線，OK退出。如下：

（13）運(yùn)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?yàn)樵任覀冸妷杭s束的設(shè)置范圍。

那么回到案例分析編輯器的“電壓約束”頁(yè)，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(bào)告管理器，摘要

報(bào)告管理器，OCP結(jié)果

2.2、示例2

（1）上一個(gè)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(gè)配電系統(tǒng)，由2臺(tái)40MVA主變連接到電網(wǎng)。

（3）先運(yùn)行潮流分析

（4）進(jìn)入最佳電容器位置模式。

（5）然后點(diǎn)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(yè)中，確定“Objective，目標(biāo)”，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(rèn)。

（7）切換到“Loding，負(fù)荷”頁(yè)，如下：

（8）切換到“Voltage Constraint，電壓約束”頁(yè)，這里，我們不擔(dān)心電壓限制，因?yàn)檫@次分析不考慮這一點(diǎn)，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(yè)。

功率因數(shù)修改為95%，這里默認(rèn)是母線是全局約束，沒(méi)有對(duì)單個(gè)母線的特別約束。

（10）切換到“Capacitor，電容器”頁(yè)。在“Capacitor Info，電容器信息”查看和對(duì)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(jìn)入候選母線。

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

（12）運(yùn)行優(yōu)化電容器位置。

（13）運(yùn)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(jìn)入報(bào)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(shí)際工程中，電容器的設(shè)置數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于這個(gè)演示。