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，電力系統中安裝電容器組是為了電壓支持、校正功率因數、無功功率控制、降低損耗、增加系統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)是基于經驗法則，通過運行多個潮流分析來微調大小和位置。 這種方法可能不會產生最優解，而且對大型系統來說非常耗時和不實用。

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

（3）最有效的方法是使用最優電容器位置(OCP)來優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化技術。 OCP使用“現值法”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、問題優化

一天中，負載是不斷地變化的，電容器應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：定義目標函數和定義約束。

（1）我們的目標是最小化的系統成本和最大化系統電壓分布，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：

假設大部分時間，負荷保持在設計負荷的55%之內（正常負荷）；

25%的時間里，負荷會增加到最大負荷（設計負荷的110%）；

20%的時間里，負荷會減小到最小負荷（設計負荷的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、工業系統最佳電容器位置演示

2.1、示例1

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

首先進行潮流分析，現在開關配置是Island，不是最大系統。

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

Max_Sys配置，假設一切都是連接到了系統。

（3）運行潮流分析后，發現母線電壓水平較高，結果如下：

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為0位置。然后運行潮流分析。發現有些母線電壓較低。

（4）我們使用最優電容器放置的方法，把電壓調節到較高水平。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”，選擇了“Average Energy Cost，平均能量成本”，填入成本、計劃周期、利率，下面圖中數據是我們假設。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“設計”；

“Load Diversity Factor，負荷調整系數”選擇全局因數；

“Time Distribution of Load，負荷的時間分配”，輸入最大最小負荷百分數負荷持續時間，小時/年。平均負荷小時數由計算得出，因為總的時間百分數為100。你可以使用負荷持續時間來調查電網中電容器放置效果。（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%，會發生什么。

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

發現電容器信息“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，造價數據。

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，看看會發生什么。

最大組數(Max#Banks)，輸入可以安裝在母線上該種電容器的最大組數。默認值最大值為30。但是，通過ETAP參數選擇的 MaxCapOCP設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置時，會出錯，需要修改。

（11）“Adjustment，調整”頁，不考慮阻抗容差和溫度校正。

（12）運行優化電容器位置。

輸出報告取名為“Max_Sys_Convervative”。

這里，出現計算錯誤對話框。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）運行優化電容器位置，結果如下，發現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：

再一次執行最優電容器位置分析，少了好多電容器，結果如下：

（14）查看結果。

報告管理器，摘要

報告管理器，OCP結果

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，設置電容器滿足功率因數在約束范圍之內。

（2）這是一個配電系統，由2臺40MVA主變連接到電網。

（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，功率因數修正”，在“General Parameter，通用參數”，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，而是希望功率因數是95%。

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

功率因數修改為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。假設我們把所有母線進入候選母線。

（11）“Adjustment，調整”頁，不考慮阻抗容差和溫度校正。

（12）運行優化電容器位置。

（13）運行優化電容器位置，發現，我們為了95%的功率因數，需要大量的電容器，結果如下：

（14）查看結果，進入報告管理器，摘要

本案例只是演示了如何布局和優化電容器設置，在實際工程中，電容器的設置數量將遠遠少于這個演示。