并联无功补偿项目节约电量验证方法及其不确定度评定

徐先勇，方璐，刘定国，徐湘沪

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；

2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082；

3.国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

并联无功补偿项目节约电量验证方法及其不确定度评定

徐先勇1，方璐2，刘定国3，徐湘沪1

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；

2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082；

3.国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

针对供配电系统中安装的并联无功补偿装置节约电力电量验证方法匮乏这一问题，提出了两种并联无功补偿装置投运后节约电力电量的验证方法:无功经济当量计算节约电力电量验证法和功率因数计算节约电力电量验证法。当并联无功补偿装置投运前后功率因数不宜测量时，可采用无功经济当量计算法对其节约的电力电量进行验证；当并联无功补偿装置投运前后功率因数可以测量时，可采用功率因数计算法对其节约的电力电量进行验证。本文还依据实例对采用功率因数计算并联无功补偿装置节约电力电量的验证方法进行了不确定度评定，评定结果表明所提出验证方法的准确度和置信水平合理、可靠。

并联无功补偿；节约电量；验证方法；不确定度评定

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务〔1〕。伴随着越来越突出的供需矛盾和越来越大的环境压力，我国已把节能环保制定成为一个重要的国策。电能的节约也备受社会各行业的关注，其中国家发改委印发的电力需求侧管理办法的通知强调要提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，保障用电秩序。

对于用户，节电量是关注的重点，因为它直接关系到用户的经济利益。对于电力企业，节约电量可以降低电网的损耗，提高电能的输送能力，减少经济损失〔2－4〕。电网常用的节约电量手段有更换/改造变压器、加装无功补偿装置、变压器经济运行和更换高效电机等方法〔5－11〕。目前，国内外尚未建立起关于节能量测量和计算的完善标准体系，仅有少数涉及节能量测量与验证的技术通则，例如国际能效测评组织编写的 “国际能效测量和验证规程”和我国的 “节能量测量与验证技术通则”。这些技术通则介绍了关于节能量测量与验证的一般方法学，并不是针对具体节能项目节能量测量的标准，缺乏可操作性〔12〕。国际能效测量和验证规程也只是笼统的提到了不确定度评定。

针对供配电系统中安装的并联无功补偿装置，在补偿装置正常和稳定运行条件下，因其连接系统中无功功率减少致使有功损耗降低所节约的电力电量缺少验证方法这一问题〔13〕。

1 并联无功补偿项目节约电量测量方案

并联无功补偿装置投运后，补偿点到上一级无功电源点间所有串接元件上流过的无功潮流均将减少。为了提高测量和验证操作的经济性，在假定上级无功电源点已完全补偿时 (即功率因数接近1)，项目的测量边界为补偿点 (包括并联无功补偿装置)至上一级无功电源点间的电力网络，如图1所示。图1中框图所示即为并联无功补偿项目的测量边界，测量点主要布置在变压器T1的出口以及并联补偿装置的接入点。图中BUS1、BUS2为母线，T1，T2为变压器，C1，C2为并联无功补偿装置的电容，RL为测量边界内线路的等值电阻，XL为测量边界内线路的等值电阻电抗。

在图1中的测量点1布置电能计量装置测量并联无功补偿装置发出的无功功率和补偿点的功率因数。在变压器T1的低压侧安装测量装置测量运行电压和无功功率。测量点测量仪器的准确度会影响到节约电量的不确定度评定结果。

图1 并联无功补偿项目测量示意图

2 并联无功补偿项目节约电量验证方法

图1中所示框图范围内的测量边界内的等效电路图如图2所示。图中RT为测量边界内变压器的等值电阻，XT为测量边界内变压器的等值电抗。P为线路的等值有功负荷，Q为线路的等值无功负荷，Qr为并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率。

图2 测量边界内的等效电路

依据电路定律，可以得出项目基期任一时刻的电力损耗ΔPb为:

或者为:

式中 UN为线路运行电压；cosφ为并联无功补偿装置投运前无功补偿点的功率因数。并联无功补偿装置投运后，项目报告期任一时刻的电力损耗ΔPr为:

或者为:

式中 P′为统计报告期线路的有功负荷；Q′为统计报告期线路的无功负荷；cosφ′为统计报告期无功补偿点的功率因数；U′N为统计报告期线路运行电压。将基期电力网络的运行工况调整至统计报告期的运行工况，则式 (1)和式 (2)修正为校准基准电力损耗ΔPa为:

将式 (3)减去式 (5)则得到并联无功补偿装置投运后节约的电力ΔΔP( )为:

或者为:

式中 K为无功补偿装置损耗率；C为测量边界内电力网络的无功经济当量。式 (7)中的C为式(8)所示:

式 (8)中R＝RL＋RT。或者将式 (4)减去式 (6)则得到并联无功补偿装置投运后节约的电力Δ ΔP( )为:

并联无功补偿装置投运后节约的电量为:

式中 Δ(ΔEi)并联无功补偿装置运行在第i种工况下节约的电量；Δ(ΔPi)并联无功补偿装置运行在第i种工况下节约的电力；Ti并联无功补偿装置运行在第i种工况下的运行时间。将式 (7)代入式 (10):

式中 EQi为并联无功补偿装置运行在第i种工况时段累计发出的无功电量，Ci为在第i种工况时测量边界内电力网络的无功经济当量。

3 并联无功补偿项目节约电量验证方法的不确定度评定〔13〕

3.1 测量不确定度来源

补偿前的功率因数cosφ的标准不确定度u1；补偿后的功率因数cosφ′的标准不确定度u2；无功补偿装置补偿容量Qr的标准不确定度u3；无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u4；统计报告期线路的有功负荷P′的标准不确定度u5。

3.2 标准不确定度分量评定

1)cosφ的标准不确定度u1

补偿前最大有功负荷时的功率因数cosφ测量装置有3台0.5级电流互感器，3个测量精度为0.5级电压通道、测量精度为0.5级电流通道，无功优化及协调控制器本身的功率因数计算精度为1级。

①无功优化及协调控制器本身的功率因数计算精度的允许误差为±1%，按均匀分布，产生标准不确定度为:

以交流0.4 kV，50 Hz低压配电系统的并联无功补偿为例。如图1所示，项目中单台并联无功补偿装置安装在台区变压器的出线侧。项目测量装置含电流互感器、无功优化及协调控制器，其中电流互感器为0.5级、共3台；无功优化及协调控制器的电压测量精度为0.5级、电流测量精度为0.5级，均为3个通道；无功优化及协调控制器的有功功率、无功功率、功率因数测量精度为1级；无功优化及协调控制器的时钟计时误差2 s/天。该示例以2015年实测数据为来源，不考虑A类不确定度评定。

本项目UN＝10 kV，R＝0.73Ω，K＝0.000 8，为常量，其它参数通过测量获得。式 (10)可以简化为式 (12)，其中T为无功补偿装置的投入时间。

②单个电压测量通道允许误差为±0.5%，按均匀分布，产生标准不确定度为:

③单个电流测量通道允许误差为±0.5%，产生标准不确定度为:

3个电压测量通道产生的标准不确定度为:

3个电流测量通道产生的标准不确定度为:

④单个电流互感器允许误差为±0.5%，产生标准不确定度为:

3个电流互感器产生的标准不确定度为:

⑤补偿前最大有功负荷时的功率因数cosφ的标准不确定度u1

uB11、uB12、uB13、uB14的灵敏系数均为1，uB11、uB12、uB13、uB14相互独立，cosφ的实测平均值为0.956 3，故补偿前最大有功负荷时的功率因数cosφ的标准不确定度u1为:

2)cosφ′的标准不确定度u2

按照本节1)相同的算法，cosφ′的实测平均值为0.997 3，补偿后最大有功负荷时的功率因数cosφ′的标准不确定度u2为: 3)Qr的标准不确定度u3

按照本节1)相同的算法，Qr的实测平均值为120 kvar，无功补偿装置补偿容量Qr的标准不确定度u3为:

4)无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u4

无功优化及协调控制器的时钟计时误差2 s/d，故允许误差为2.314 8×10－5，按均匀分布，T的实测值为2.45 h，故无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u4为:

5)统计报告期P′的标准不确定度u5

按照本节1)相同的算法，P′的实测平均值为518.825 kW，预期最大有功功率P′的标准不确定度u5为:

6)合成标准不确定度评定uc

①该项目节约电量的估计值:

②灵敏系数

③合成标准不确定度

7)扩展不确定度U

取k＝2，当项目节约电量最佳估计值为4.2×102kWh时:

4 结论

1)针对供配电系统中安装的并联无功补偿节约电力电量验证方法匮乏这一问题，提出了两种并联无功补偿装置投运后节约电力电量的验证方法:无功经济当量计算节约电力电量验证法和功率因数计算节约电力电量验证法。可结合实际场合与测量条件，采用不同的方法进行并联无功补偿装置节约电力电量的验证〔13〕。

2)依据实例的实测数据对采用功率因数计算节约电力电量的验证方法进行了不确定度评定，评定结果表明所提出验证方法的准确度和置信水平合理、可靠。

3)本文所提出的验证方法及其不确定度评定可操作性强，可以为变压器经济运行、线路升压改造等节电项目的节电量验证及不确定度评定提供借鉴。

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〔13〕徐先勇，徐湘沪，朱光明.一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法:201611042561.3〔P〕.[2016-11-24].

Verification Methods of Energy Savings for Parallel Reactive Power Compensation Project and Its Uncertainty Evaluation

XU Xianyong1，FANG Lu2，LIU Dingguo3，XU Xianghu1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China)

In order to solve the problem oflack of verification method of energy savings for parallelreactive power compensation device installed in power supply and distribution system，two verification methods of energy savings for parallel reactive power compensation are proposed in this paper:the reactive power economic equivalent calculation method and the power factor calculation method for energy saving verification.When the power factor of parallel reactive power compensation devices is not easy to be measured before and after operation，the reactive power economic equivalent calculation method can be used for the verification of energy saving.When the power factor of parallel reactive power compensation devices is easy to be measured before and after operation，the power factor calculation method can be used for the verification of energy saving.Based on the testexamples，the uncertainty evaluation of power factor calculation verification method for parallelreactive power compensation is carried out in this paper.The evaluation results illustrate that the accuracy and confidence level of the proposed method are reasonable and reliable.

parallel reactive power compensation；energy savings；verification methods；uncertainty evaluation

TM714.3

:A

:1008-0198(2017)02-0024-05

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.006

2016-08-09

专利项目:中国专利 (201611042561.3)

徐先勇(1981)，博士，主要从事电测技术、微网电能质量、特高

压试验电源、电力电子技术及其控制的研究。