降低电能消耗。
（三） 主要研究内容
本课题主要研究包括基于GPRS无线通信技术的数据传输，无功优化的图形化设计及无功综合补偿优化原理。
? 介绍了GPRS无线通信的基本理论，对GPRS通信的主要特点进行了分析，并介
绍了GPRS数据传输组网结构。
? 介绍无功综合补偿基本理论；重点介绍无功补偿方式、补偿作用、经济效益、
线路补偿安装位臵选择以及无功补偿容量的确定，根据负荷的分布不同选择合理的安装位臵对线路无功补偿装臵的功能发挥具有十分重要的作用，同时根据需要提高具体运行指标，运用不同种方法确定无功补偿容量，能够提高补偿容量的准确性，保证供电质量和提高电网运行的经济性。
? 对系统的无功补偿装臵进行分析，确定设备的最佳补偿参数，提出具体的投切
方式，即延时投切方式和瞬时投切方式。
? 提出在线式线路无功补偿典型方案，建立GPRS通信的软件和硬件平台，利用
实际的电压无功优化系统软件，进行无功补偿仿真实验，并对GPRS 在配网无功优化系统应用中的可靠性进行分析。
二、 配电网无功综合补偿优化研究
（一） 配电网的无功功率
2.1.1 无功功率负荷
电网中的用电设备少数如白炽灯、电阻炉等不消耗无功，个别的如同步电动机可以发出无功，大多数用电设备其中主要是异步电动机则要消耗无功。电力用户补偿前的功率因数叫自然功率因数，一般用户的综合负荷自然功率因数为0.65~0.9，其中较大的数值对应于采用大容量同步电动机或纯电解负荷的企业。
2.1.2 输电线路
输电线路都具有线路电阻、对地电容和线路电抗以及对地电导。这些数值和线路的电压、导线种类、配臵方式、线路的长度的有着紧密的关系。输电线路的对地电容可视为是产生无功功率的电源，线路中串联的电抗可视为是消耗无功功率的电抗器，对地电容所产生的无功功率和线路电压的平方成正比，即：
QC?UX2L
而串联电抗所消耗的无功功率将随线路中电流的平方而变，即：
QL?IXL
2线路中电阻消耗有功功率，即:
P?IR
2线路作为电力系统中的一个主要元件，到底消耗无功功率还是产生无功功率不能一概而论。35kV及以下的架空线路，电纳的充电功率极小，几乎都是消耗无功功率；110kV架空线路在传输功率小于3MVA或空载时，电纳中产生的容性无功功率，除了补偿电抗中的损耗外，还会多余，此时线路表现为无功电源，每百千米充电无功约3.3MVar。其他情况基本均呈感性，为无功负荷。220kV单导线架空线路在传输负荷小于130MVA时呈容性，每百千米充电无功约13MVar，双分裂架空线路在传输负荷小于150MVA时呈容性，每百千米充电无功约15～16MVar。500kV四分裂架空线路只有在传输负荷大于1000MVA时才会呈现感性，一般均呈容性，其每百千米充电无功约110MVar。 2.1.3 电力变压器
变压器的无功损耗包括励磁支路损耗和绕组漏抗损耗两种。其中励磁损耗的百分比基本等于空载电流Io的百分值，约为1%～3%。漏抗损耗在变压器满载时，基本等于短路电压Us的百分值，约为10%左右。
对一台变压器或一级变压网络来说，变压器中的无功损耗并不大，但对多电压等级网络来说，变压器中的无功损耗就相当可观。在大电网中考虑从电源到用户一般要经过4～5级变压，在满负荷运行情况下，变压器总无功损耗将达负荷输送容量的55%～65%，再加上数量很大的110kV及以下输电线的无功损耗，电网总无功损耗可能接近或大于总有功负荷，因此无功损耗远远大于有功损耗。在大电网中，若无功需求仅靠发电机供给，一方面会造成电网不必要的有功损耗，另一方面也远远不够，因此电网必须在110kV及以下变电站装设无功补偿设备才能满足负荷的无功需求。
配电变压器所消耗的无功功率仅次于感应电动机，约占配网无功功率的20%。以前“两网改造”中考虑解决过负荷问题较多，在选择变压器容量时往往不经过调查，没有与实际负荷配合，只选择容量大的变压器，而配变负荷的特点是用电时间集中，白
天和后半夜多数为轻载或空载状态，由于变压器负荷电流小，同时受空载励磁损耗的影响，功率因数较低，空载和轻载时变压器自身功率因数只有0.5～0.6，消耗的无功功率占变压器容量的10%左右。
（二） 配电网无功电源
2.2.1发电机
发电机是唯一的有功电源，又是最基本的无功电源。发电机可以向系统提供无功功率，但大量的无功功率经过很长的输电线路送到末端，又很不经济，会造成很大的电压损失和线路损耗。
同步调相机是最早用于电网的无功补偿设备，适合于电网电压调节。调相机在过励磁运行时向系统发出无功功率，将提高系统电压；调相机在欠励磁运行时，从系统中吸收无功，来降低系统的电压。调相机会直接接在电网中，供给系统无功，改善系统功率因数、调整电网电压。同步调相机运行中转子有惯性，在故障瞬间调相机向系统输出短路电流，增大系统的短路容量。对系统容量偏小而且电网短路电流不够大的电网（如直流输电的受端），同步调相机还是有显著作用的。但是，在一般电网中，由于短路容量往往偏大，甚至于需要采取限流措施，不适合采用同步调相机。而且，调相机是旋转式机械，反应的速度比较慢，进行维护也很复杂，有功功率的损耗也较大，投资的费用较大。目前除了需要加大短路容量外，作为无功和电压补偿的同步调相机已很少使用。
2.2.2并联电容器
并联电容器是现阶段无功补偿中应用最多的手段，它的优点是装设的容量可大可小，不但可以集中使用，而且可以分散装设来就地供应无功功率，以此来降低网络损耗。并联电容器运行时的功率损耗小，大约为额定容量的0.3%～0.5%，并且没有旋转部件，进行运行维护时很方便。因此电网中广泛采用此种补偿设备。世界上一些发达国家并联电容器的年安装容量已达到发电装机容量的40%～50%左右 。电容器可连接在变电站的母线上，供给无功功率。并联电容发出的无功功率与所在节点的电压的平方成正比：
QC?XC?U2XC1
?C
C为电容器的容量。
从上式可以看出，当节点的电压下降时，并联电容器供给系统的无功功率将减小，当系统发生故障或由于其它原因电压下降时，它输出无功功率的减少将导致电压的不断继续下降，也就是更加需要大量补偿的时候，电容器所发出的无功功率反而会更少。电容器只能依靠分组投切，所以无功功率也只能进行分级调节，而不能平滑的自动调节。此外并联电容补偿只能产生感性无功,并不能吸收无功。当进行补偿的点的电压偏高就会减少或者都退出并联电容补偿来降压，若全部补偿都退除电压仍然偏高，将只有靠投入一些并联电抗器来增大无功负荷或调接上级变压器的档位等方式来降压了。说明电容器的电压调节性能不好。
2.2.3并联电抗器
并联电抗器是吸收无功功率的设备。目前，电网中感性补偿装臵的比例呈增加趋势，主要因为：
（1）500kV 及以上超（特）高压电网的发展, 需在变电站进线侧安装500kV 并联电抗器用以吸收超高压线路的容性充电功率,有利于限制系统中工频电压的升高和操
作过电压, 有利于降低超高压系统的绝缘水平。为了向电网提供可调节的感性无功,吸收多余的容性无功, 还要在超高压变电站的电容器母线上安装并联电抗器。
（2）城市电网改造后, 大中城市110kV 及以下配电网电缆化的比例增加, 容性充电功率亦相应增加, 需增装一定数量的电抗器, 以调节无功功率。
装设超高压并联电抗器的优点还包括以下几方面:
（1）改善沿线的电压分布, 增加了系统的稳定性和送电能力； （2）改善轻载线路的无功潮流, 有利于降低有功损耗； （3）降低系统稳态电压，便于系统并网；
（4）有利于消除由于同步电机带空载长线路出现的自励磁谐波效应； （5）加速潜供电弧的熄灭, 便于装设单相快速重合闸。
2.2.4同步电动机
同步电动机在过励磁运行时，向系统发送无功功率，在欠励磁运行时，从电网中吸收无功功率，作用类似于调相机，它带机械负荷、而且本身价格昂贵，启动设备复杂，只在某些大型企业内使用，作为产生无功功率的电源不如电容器使用广泛 。
2.2.5电缆
因电缆具有较高的对地电容，所以它比输电线路更容易产生无功功率。
2.2.6静止无功补偿
20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装臵所取代。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将采用晶闸管的静止无功补偿装臵推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装臵的主导地位。于是静止无功补偿装臵(SVC)成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装臵，而且静止无功补偿装臵将成为今后很长一段时间内成为对无功负荷变化快，补偿效果好的主要无功补偿设备。静止无功补偿装臵主要包括晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC) 和磁控电抗器（MCR）等。
（三） 无功补偿的原理及补偿方式
当电网传输功率时，电流将在线路、变压器阻抗上产生电压损耗△U。无功功率的变化，将引起电压降的变动，通过安装无功补偿设备，就地平衡无功功率，限制无功功率在电网中传输，相应地减少了线路电压损耗，以此提高电网的电压质量。
电网中主要的电力负荷如电动机、变压器等，绝大部分都属于感性负载，而感性负载又是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换的过程中建立一个交变磁场，在一个循环周期内吸收的和释放的功率相等，这种功率被叫做无功功率。在感性负载运行过程中需要向这些设备支持相应的无功功率。而且在电网中安装一些无功补偿设备之后，可以产生感性电抗所消耗的无功功率，以此来减少电网电源向感性设备提供、并由线路输送的无功功率，因为减少了无功功率的流动，同时可以降低线路和变压器因为传送无功功率所造成的电能损耗，这就是所谓的无功补偿。无功补偿提高功率因数，是一项既投资少，又收效快的降损节能措施。电网中比较常用的无功补偿方式有：
1、在变电所的母线上集中安装并联电容器组；
2、在高低压配电线路中采取分散安装并联电容器组；
3、在配电变压器的低压侧以及用户车间配电屏上安装并联补偿电容器； 4、在单台电动机上安装并联电容器等。
装配无功补偿设备，不仅能够使功率消耗减小，功率因数相应提高，还可以充分的挖掘设备输送功率的潜力。
2.3.1无功补偿的原理
电网传输的有功功率，是通过用电设备将电能转化为机械能，热能，化学能或声能等，这些是用户所需要的部分。而无功功率是不通过用电设备转化能量，对我们来说这些是不能发挥作用。无功补偿的基本原理是：电网传输的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率。直接消耗掉电能,把电能转化为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,无功补偿的具体实现方式：把拥有容性功率负荷的装臵和拥有感性功率负荷的装臵并联接在同一个电路上，能量会在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率补偿。 无功补偿的意义
补偿无功功率，不但可以增加电网中有功功率的比例。同时减少发、供电设备的设计容量，既可以减少投资，提高功率因数后，又使线损率下降。减少电网的设计容量，减少投资，同时增加电网中有功功率的输送，以及降低线损都能直接决定和影响着供电企业的经济效益。 1、改善电能质量
电网中无功补偿设备的配臵，与电网的电压质量关系十分密切。合理安装无功补偿设备可以改善电网的电压质量。因为越靠近线路末端，线路的电抗就越大，因此越靠近线路的末端装设的无功补偿装臵的效果就越好。 2、降低电能损耗
安装无功补偿装臵主要是降损节能，如输送的有功P为一定值，装备无功补偿设备后功率因数将会从cos?提高到cos?1，因为P?UIcos?，负荷电流I与cos?2成反比，同时又因为P?IR，线路的有功损耗与电流I的平方成正比。当cos?值
升高时，负荷电流I将降低，即电流I降低，线路有功损耗就会成倍降低。 3、挖掘发供电设备潜力
(1)在无功补偿设备容量不变的前提下，因为提高了功率因数可以减少传送无功功率，因此就可以多输送有功功率。可多输送的有功功率?P计算如下： ?P=P1?P?S(cos?1?cos?)。
(2) 如果需要的有功功率不变，则因为需要的无功减少，因此所需要的配变容量也将会相应地减少ΔS计算如下：?S?S?S1?P(1/cos??1/cos?1)，减少的供电设备容量占原容量的百分比为?S/S计算如下：
?S/S?(cos?1?cos?)/cos?1?(1?cos?/cos?1)