趙曉芳 張旭敏

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們用電量的增加，接入電源和輸配電線路越來越多，加大了電力系統(tǒng)的負(fù)荷，使電力運(yùn)行中常有無功功率產(chǎn)生，電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行，電壓減小，網(wǎng)損提高，系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。為了作好降損節(jié)能的作用，改善電能的質(zhì)量，提高輸變電設(shè)備的有功出力，使電氣設(shè)備在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行，使有限的電力更好的為社會主義建設(shè)事業(yè)服務(wù)，因此做好無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償工作勢在必行。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);無功優(yōu)化;無功補(bǔ)償

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實(shí)行，輸電公司通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、配電網(wǎng)無功優(yōu)化的目的及意義

無功補(bǔ)償是指在配電系統(tǒng)中安裝并聯(lián)電容器等容性設(shè)備。這些設(shè)備可供給感性負(fù)荷所消耗的部分無功功率，對電網(wǎng)中的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低線路的電能損耗并提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件。提高功率因數(shù)有著重要的意義，它可以提高設(shè)備出力，降低電網(wǎng)中輸電線路上的有功損耗和電能損耗，同時(shí)還可以降低配電系統(tǒng)的線損電壓，減少電壓波動，改善供電質(zhì)量。無功優(yōu)化是指在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，調(diào)度人員如何在有功功率分配這一條件下，利用無功控制手段來調(diào)整系統(tǒng)的無功潮流分布，使得電力系統(tǒng)既能滿足各種約束條件，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功損耗最小等預(yù)定目標(biāo)。電能的質(zhì)量及其生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性是供電部門高度重視的問題，開展無功優(yōu)化工作將在工程實(shí)踐中產(chǎn)生重要的作用和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

二、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>

無論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷，大多數(shù)均為感性。所有電感負(fù)載均需要補(bǔ)償大量的無功功率，提供這些無功功率有兩條途徑：一是輸電系統(tǒng)提供;二是補(bǔ)償電容器提供。如果由輸電系統(tǒng)提供，則設(shè)計(jì)輸電系統(tǒng)時(shí)，既要考慮有功功率，也要考慮無功功率。由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。而由補(bǔ)償電容器就地提供無功功率，就可以避免由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，從而降低無功損耗，提高系統(tǒng)的傳輸功率。

三、配電網(wǎng)無功優(yōu)化的方法

由于無功優(yōu)化模型的處理不同以及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的選擇不同，所使用的優(yōu)化方法也有差異。目前主要兩大類優(yōu)化方法：一類傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，這類算法從某個(gè)初始點(diǎn)出發(fā)，按照一定的軌跡不斷改進(jìn)當(dāng)前解，最終收斂于最優(yōu)解。這類優(yōu)化算法主要有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、混合整數(shù)規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法;該類方法經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一是僅考慮等式約束的基于拉格朗日函數(shù)的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則概念清楚、簡捷快速，在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度和方式制訂上作用顯著，尤其是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的決策;第二是考慮不等式約束的各類優(yōu)化算法，如梯度類算法、線性規(guī)劃法、二次規(guī)劃法及混合整數(shù)規(guī)劃法等;第三是障礙函數(shù)類算法，如內(nèi)點(diǎn)法，該類算法具有計(jì)算速度與求解問題規(guī)模不大相關(guān)等特殊優(yōu)點(diǎn)，因而成為優(yōu)化研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。

另一類是智能優(yōu)化算法，它們從一個(gè)初始解群體開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采集某種方式自適應(yīng)地搜索最優(yōu)解人工智能算法是一種以一定的直觀基礎(chǔ)而構(gòu)造的算法。近年來，基于對自然界和人類本身的有效類比而獲得啟示的智能算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用受到了人們的關(guān)注，具有代表性的有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、模擬退火法、遺傳算法等。智能方法是無須解析表達(dá)就能進(jìn)行優(yōu)化的方法，包括具有不同智能程度的一系列搜索優(yōu)化算法。它們以一個(gè)初始解群開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采用某種方式搜索最優(yōu)解。以遺傳算法、模擬退火法等為代表的智能搜索算法，對于搜索空間基本上不需要什么限制性假設(shè)，因而具有全局尋優(yōu)能力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的不足，在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中得到了成功的應(yīng)用。

四、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償及經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)化

（1）變電站集中補(bǔ)償方式

針對輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)變電站的電壓控制，通常采用并聯(lián)電容器組結(jié)合變壓器有載調(diào)壓共同調(diào)節(jié)。利用電壓九區(qū)圖控制法配合調(diào)節(jié)來進(jìn)行電壓無功控制，是一種變電站電壓無功控制的有效方法。然而操作上較為麻煩，因?yàn)橛捎谙拗敌枰S不同運(yùn)行方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，會在某些區(qū)上產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象;而且由于實(shí)際操作中變壓器有載分接頭的調(diào)節(jié)和電容器組的投切次數(shù)是有限的，而電壓九區(qū)圖控制法沒有相應(yīng)的判斷。因此，現(xiàn)行電壓九區(qū)圖控制法的調(diào)節(jié)效果還有待進(jìn)一步改善。

（2）低壓集中補(bǔ)償方式

在配電網(wǎng)中，目前國內(nèi)較普遍采用的無功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)木偷仄胶?，對配電網(wǎng)和配電變的降損有積極作用，同時(shí)也有助于保證該用戶的電壓水平。

（3）桿上補(bǔ)償方式

采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上進(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等問題。因此，桿上無功優(yōu)化補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來進(jìn)行：補(bǔ)償點(diǎn)宜少、桿上補(bǔ)償不設(shè)分組投切、補(bǔ)償容量不宜過大、保護(hù)方式應(yīng)簡化。桿上無功補(bǔ)償主要是針對10kV饋線上的公用變所需無功進(jìn)行補(bǔ)償，因其具有投資小，回收快，補(bǔ)償效率較高，便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動而該補(bǔ)償方式是長期固定補(bǔ)償，故其適應(yīng)能力較差，應(yīng)積極開發(fā)應(yīng)用電容器組能自動投切的桿上無功補(bǔ)償技術(shù)。

（4）用戶終端分散補(bǔ)償方式

直接對用戶末端進(jìn)行無功補(bǔ)償，將最恰當(dāng)?shù)亟档团潆娋W(wǎng)的損耗和維持配電網(wǎng)的電壓水平的有效措施。對于企業(yè)和廠區(qū)中的電動機(jī)，應(yīng)該進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償;針對小區(qū)用戶終端，地點(diǎn)分散，應(yīng)積極開發(fā)應(yīng)用一種新型的低壓終端無功補(bǔ)償裝置，并滿足要求：智能型控制、易安裝、功能完善、造價(jià)較低。與前面三種補(bǔ)償方式相比，用戶終端分散補(bǔ)償方式更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：線損率可減少約20%;減小電壓損失，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動和運(yùn)行條件;釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力。缺點(diǎn)是由于低壓無功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動的不同時(shí)性造成大量電容器在負(fù)荷較輕時(shí)出現(xiàn)閑置，設(shè)備利用率不高。

結(jié)束語

綜上所述：無功優(yōu)化已是配網(wǎng)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心問題之一，它的目標(biāo)是在滿足約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某個(gè)指標(biāo)或多個(gè)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，在現(xiàn)代化的能量管理系統(tǒng)中占有重要地位。配網(wǎng)系統(tǒng)電壓，無功優(yōu)化在保證滿足運(yùn)行約束的同時(shí)，用盡量少的無功投入，最大限度地改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損。隨著電力科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)必定會再上新臺階，滿足新需求。

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