电力市场下配电补偿法的对比透析

作者：肖健 田铭兴 单位：兰州交通大学自动化与电气工程学院

固定成本第一部分固定成本可以用折算到设备的运行成本［单位：元/（Mvar•h）］来表示，也可以用折算到每一年的年度固定成本来表示。两种方法的区别是折算到每年度的固定成本考虑了资金回报率的要求，而折算到设备的只是静态的考虑了如何将总成本平均分摊到每一年。折算到这个成本的并联电容器的运行成本表达式（式略）同步调相机是一种特殊的发电机，由于它不生产有功功率，因此其投资成本都应算入无功生产成本中。一般将调相机的无功生产成本近似认为是电容器无功生产成本的m倍，即（式略）如果考虑到还要折算到单位容量成本，则上述得到的数据除以电容器的总容量即可以得到。除了电容器以外，其他的无功补偿装置，如电抗器、同步调相机、静止无功补偿器（SVC）及STATCOM的固定成本都可以用上述方法折算到预期寿命中的每一年。（式略）可变成本文献中很少提到那些只发出或吸收无功的设备的可变成本。有的文献提到并联电容器和电抗器的可变成本只包括能量损耗及由开关次数引起的折旧。但是另外还有文献不认为折旧是可变成本的部分，因为折旧是投资成本的折旧，而这已经包含在固定成本中了，因此如果这里再包括的话，就是重复计算。因为可变成本是除去固定成本后，再生产无功功率时所额外导致的成本，所以应该包括能量损耗和相应的维护成本。

无功补偿设备的成本分析

1.基本比较电力系统中的几种设备都可以通过注入、吸收无功或改变无功潮流的方向和大小来控制系统各点的电压在可以接受的范围内。发电机、同步调相机、SVC、静止同步补偿器（SVG）都能够提供快速、连续的可管理的无功支持和电压控制。有载调压变压器能够提供稍微慢一些然而仍然是连续的电压控制，电容器和电抗器的无功输出不可连续调节，只能提供离散的电压控制。一般来说，就电压控制特性来说，倾向于选择发电机和同步调相机，因为它们能响应变化的系统电压而提供动态变化的无功输出，可以在电压降低时增发无功来预防电压崩溃事故。而就成本来说，倾向于选择电容器。发电机需要相当高的资金成本，发电机是被设计用来生产有功功率的，而非无功功率，当获取无功功率时，发电机的运行成本也比较高。SVC和SVG也是高成本的设备，但是这两种设备的运行成本与发电机和同步调相机相比要低很多，但比电容器高一些。选择何种无功补偿设备依赖于负荷的时变特性，较慢变化的负荷对无功的需求可由变化较慢的或静态的无功支持设备，如：电容器、电抗器来满足；对于剧烈变化的负荷。如电弧炉，则需要使用时变的或动态的无功支持设备，如SVC、同步调相机和发电机等。前两种装置（即SVC、同步调相机）能够快速地发出和吸收无功，发电机也能够连续调节无功输出，但其无功调速稍微慢一些。2.电容器组电容器组是电容器的组合，一般安装在变电站内。电容器组中的电容器能够分批投切。开关电容器不能平滑地调节它们的无功输出，因为它们依靠机械开关并且需要几个周波来开动。当电容器切除后，在重合之前需要先放电，一般的放电时间在2～15min不等。电容器组的投资成本从6800万元（115kV时的50Mvar）到3400万元（500kV时的200Mvar）不等。电容器组及其开关的维护成本相当低廉，并且其有功损耗非常小。3.同步调相机那些不经济的、不适合用来发电的同步发电机可以改造为同步调相机，整个改造成本大约在1360～2040万元之间。同步调相机大约需要从网络中消耗其额定容量3%左右的有功功率。当发电机运行于同步调相机状态，在系统轻负荷时，需要系统中某些发电机改为同步调相机以吸收系统中多余的无功。同步调相机拥有和发电机相似的响应速度和控制特性，因为其主要部分和辅助系统都是旋转的电动机，因此比那些静态的无功源设备需要更高的维护成本，和发电机的维护成本差不多。4.SVC和SVG（STATCOM）SVC和SVG都是通过微处理器自动调节母线电压的。一旦安装好，SVC和SVG基本上不需要燃料消耗，但是需要从网络中消耗很少量的电能，这种消耗可以认为是SVC和SVG的可变成本。在110～220kV等级，SVC通常运行于0～100Mvar感性和100～200Mvar容性范围内，投资成本为3400～6800万元。在更高电压等级，SVC通常运行于0～300Mvar感性和300～500Mvar容性范围内，投资成本为6800～10200万元。SVC的输出是连续可调的。SVC和SVG的维护成本高于电容器组，但比发电机要低很多。下表中对电力系统中一些主要无功设备的成本信息作了总结。

各种补偿方法的经济比较

以湖南某地区的配电网为例说明，该地区共有500kV变电站1座，变压器1台，容量750MV•A；220kV变电站4座，变压器7台，容量840MV•A；110kV变电站33座，变压器56台，容量1440.5MV•A。35kV变电站31座，变压器45台，容量190.85MV•A。220kV线路10条，长度403.64km，110kV线路40条，长度759.394km，35kV的输电线路56条，长度812.64km。用电结构大致为：大工业29.54%、非普工业用电9.95%、农业用电15.33%、居民生活用电20.6%、商业用电0.94%、非居民用电1.89%、泵用电占18.55%。1）变电站集中补偿。全区31座35kV变电站，45台35kV变压器，总容量190.85MV•A，按变压器总容量的30%左右配置电容器，应安装电容器63台，每台900kvar，总容量56.7Mvar，若每台真空断路器1.5万元，每组刀开关3000元，每套保护装置1.2万元，电缆3000元，450kvar电容器8万元，则一个电容器间隔投资11.3万元，总投资711.9万元。35kV变电站功率因数从0.77提高至0.9以上，线路损耗率下降26.8%，节约电量11.506GW•h，按0.5元/kW•h，可节省电费575万元，投资回收期一年半。2）配电变压器低压补偿。由于公用配变已有补偿设备，所以只对部分公用配变和专用配变进行补偿。根据各型号平均补偿比例计算得补偿总容量30.203Mvar，按50元/kvar计算，则总投资为151万元。10kV功率因数在0.92基础上再提高至0.967，线损降低率从补偿后29.95%提高至36.59%，可再减少电量损失10.386GW•h；按0.5元/kW•h计算，每年节省电费518万元，投资回收期四个月左右。3）配电线路分布补偿。按每组柱上高压VQC自动补偿电容器每套6万元，882套总投资为5292万元。按10kV功率因数从0.77提高至0.9计算，10kV线损下降34.3%，因10kV电容器只能降低安装点前的线损，所以按线损率下降率按17%计算，因而可节约电量26.52GW•h；35kV变电站功率因数从0.84提高至0.95，35kV线损率下降21.82%，节约电量9.367GW•h，每年共节约电量35.887GW•h，按0.5元/kW•h计算，共节省电费1794万元。4.低压用户分散补偿因照明电量占低压电量的20%左右，所以认为其他电量均为电动机电量，若低压用户电动机最大负荷利用小时为1000h，低压用户电动机容量为400GW•h/1000h，即400MW，若10kV高压用户电量全部为电动机电量，其最大负荷利用小时为1000h，则高压用户电动机总容量为（1600GW•h～500GW•h）/1000h，等于1.1GW。按平均补偿比例42.82%补偿，低压用户补偿容量为171Mvar，高压用户补偿容量为471Mvar，补偿总容量642Mvar，按50元/kvar计算，则总投资为3210万元。低压功率因数从0.77提高到0.9，线损降低26.78%，减少电量损失13.258GW•h；10kV功率因数从0.77提高到0.92，线损降低29.95%，节约电量46.722GW•h；35kV功率因数从0.84提高到0.92，线损降低16.64%，节约电量7.144GW•h，共节约电量67.124GW•h，按0.5元/kW•h计算，每年节省电费3356万元，投资回收时间一年左右。

结束语

从上述比较可以看出配电变压器低压补偿电容器利用率最高，经济效益最好，投资回收期最短，还可以降低10kV及35kV线路的损耗，应首先推广使用；低压用户分散补偿的经济效益较高，投资回收期较短，它不但可以限制配电网的无功峰荷，还可以降低用户的低压线路损耗，能达到双重效果，应大力推广。配电线路分布补偿可跟踪无功负荷的变化，限制10kV线路上的无功峰荷，但投资费用高，且易损坏；变电站集中补偿经济效益高，投资回收期短，能够减少部分电费支出，减轻主变压器的损耗，降低输电网的电能损耗，但对降低配电网的电能损耗效果不是很好，节能效果没有用户分散补偿好。因此无功补偿应尽量按照就地补偿的原则，进行综合补偿，用配电变压器低压补偿限制配电网的无功基本负荷，用低压用户分散补偿降低配电网的无功峰荷，再用变电站集中补偿对大负荷进行适量补偿，则投资少，见效快，经济效益高，有效地为国家和用户带来巨大的经济效益和良好的社会效益。