探究低压配电网无功补偿分散配置优化方法

配电网无功补偿技术应用

【摘要】采用无功补偿可以提高功率因数，降低线损，减少线路末端电压降落，提高设备利用率，是一项投资少、收益快的节能措施。本文根据无功补偿的原则提出了配电网络进行无功补偿配置的方法。

【关键词】无功补偿，配电网，实例计算，补偿配置。

一、前言

随着社会经济的发展，电网负荷增长迅速，网络结构日益复杂，新电源的不断投入，改变了整个电网的电源分布，其中无功功率分布不合理，造成线路损耗过大，尤其是配电网络功率因数过低、配电线路末端电压水平不高的现象普遍存在。因此，降低电网损耗，提高配电网电压水平，具有重要的现实意义。无功补偿作为电网安全、经济运行的一个重要调整手段，其作用是显著的。

二、无功补偿的作用

2.1、提高功率因数，降低线路损耗

线路中感性负荷电流相位滞后于电压一个角度φ，并联电容器接入电网后，产生容性电流，该电流相位超前电压90°，由于同一时刻容性电流与感性电流相位相反，使得电网功率因数角φ较补偿前减小了，从而使功率因数值 得到了提高。

三相负荷电流的有功功率损耗为：

（1）

式中： ——有功功率损耗；

——线电压； ——线电流； ——电阻；

——输送有功功率； ——功率因数。

从式（1）中可以看出，有功功率损耗与功率因数的平方成反比，无功补偿使得功率因数提高后， 将会降低。当功率因数从0.70提高到0.97时，有功功率损耗降低了一半，降损效果非常明显。

2.2、改善电能质量，提高线路电压水平

电网负荷经过线路时产生的电压损失 简化计算如下：

（2）

式中： ——线路额定电压，kv； ——线路电阻， ；

——输送的有功功率，kw； ——线路电抗， ；

——输送的无功功率，kvar。

安装补偿设备容量 后，线路电压降为 ，如下式所示：

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农村配电网的无功优化问题

作者：谢允贞

来源：《神州·中旬刊》2013年第06期

摘要：农村配电网是社会主义新农村建设重要的基础设施，其发展水平直接影响到新农村建设步伐，因此，农村配电网建设必须根据新农村建设要求科学规划、超前发展，使之成为新农村建设的助推器。同时，农村配电网的建设和运行，涉及到大量的资金投入，必须根据农村用电实际情况，综合考虑社会和经济效益进行优化设计，才能使农村电网发挥最大效益。

关键词：农村电网 无功优化

一.引言

电压质量是衡量电品质的一项重要指标，对电力设备安全运行、线路损失有着直接的影响。随着农村经济社会的快速发展，农村用电量不断增高，农村居民对电压质量的要求也越来越高。目前，大部分农村配电网已经实现了变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿、用户终端分散补偿等多级无功补偿模式。然而，现有的补偿模式只能在局部地区实现无功平衡和电压稳定，未能考虑局部与全网的协调控制。由于这种模式往往会出现用户端电压偏低而用户端的调压手段已全部用完以及线路或变电站端有调压幅度却不进行调压的情况。

二.农村电网无功优化的现状

中国目前大多数地区电网采用分散调整的方式实施无功电压控制，即在各变电站内利用本身所具有的无功资源实施对变电站电压无功控制。比较常用的方法是根据系统当前的运行状态所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数。这种方法相对简单，但是难以完全实现全范围的无功电压最优控制。随着农村配网的不断扩大，越来越多的电网中的有载调压分接开关和电容器补偿装置投入使用。为了充分发挥此类设备的作用，必须从当前的人工调节方式转变为利用专家决策系统进行自动调节的方式。以所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数。

分布式电源的配电网无功补偿优化配置　

郭卫江　

天津开发区泰达电力公司　天津３０００００　

【摘要】配电网无功补偿优化配置在电力系统规划设计中有着重要的地位，其在改善电压水平的同时还能降低系统的网损，减少电能成本。分布　

式发电是一种利用可再生能源的发电方式，它清洁无污染，对环境影响小，是现在电力主要的发展方向之一。本文建立了含分布式电源的１　０ｋＶ配　

电网的无功补偿优化配置的数学模型。该模型把分布式电源处理成ＰＱ节点，用电网年电能损失费用与折合为等年值的无功补偿设备的投资费用之　

和最小为目标函数，以功率平衡，电压合格等为约束条件，既能保证系统的电能质量，又能使其经济性达到最好。由于系统负荷是时时变化的，模　

型还考虑了最大，一般和最小三种负荷运行方式的情况，同时分布式电源也分别为三种出力，使计算更加精确、简单，避免了只考虑单一负荷运行　

方式的片面性，更符合实际情况。在求解方法上，采用了粒子群算法，利用粒子群收敛性好的特点，提高了无功补偿优化配置问题的求解速度。通　

过１２节点和２２节点两个含分布式电源的配电网无功优化算例的验证，表明本文提出的算法能够有效地解决含分布式电源的配电网无功补偿优化配　

置问题，补偿效果明显，该方法有很好的可行性、实用性和经济性。　

【关键词】分布式电源配电网　无功补偿优化配置粒子群算法　

中图分类号：ＴＭ７１４＿３文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７（２０１３）１７．８１—０１　

一、分布式电源简介　．　

分布式发电（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，简称ＤＧ）是相对于传统的集　

中式供电方式而言，指发电功率在几千瓦至５Ｏ千瓦，小型模块化且分　

散布置在用户附近的高效、可靠的发电技术。更广泛的说，分布式发电　指的是任何安装在用户附近的发电设施，包含热电联产、热电联产以及　

各种蓄能技术等，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的使用类　

型。分布式发电根据技术类型可分为较小内燃机发电、风力发电、太阳　能光伏发电、燃料电池、微型燃气轮机、生物质发电等。　二、分布式电源对配电网的影响　

科１技ｅ论ｊ坛　科　电力系统无功优化与无功补偿研究　尹德强　（哈尔滨电业局，黑龙江哈尔滨１５００００）　摘要：电力系统的无功优化和无功补偿是减小网损、提高系统运行电压和系统稳定水平的有效手段，因此也是电力系统研究的主要方向之　一。对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，并对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。　关键词：无功优化；无功补偿；分散补偿；电压质量　１概述　随着现代化进程的加快，城市低压配电网　正在迅猛发展。由于负荷的不断增加，以及电源　的大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，　也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分　布不尽合理，大量的无功在低压线路中流动。这　不仅导致电网功率因数降低，线损增大，引起末　端电压低，使客户的用电质量受到影响，而且使　配电变压器和配电线路的供电能力降低。因此，　降低网损、提高电力系统输电效率和电力系统　运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际　问题，也是电力系统研究的主要方向之一。　２无功优化　２．１无功源最佳配置　无功电源规划是一个非线性的混合整数　规划问题，它的特点是既保持了原变量的整数　性质，又完整地包括了对潮流的物理模拟，可以　在对电网投资进行优化的同时优化运行方式。　广义Ｂｅｎｄｅｒ分解法改变了以往无功电源　规划中采用的对每种预想方式分别求解，并选　取最大值作为最终解的方法，而是将所考虑的　各种预想方式同列于一个模型中，然后用分解　法进行求解。该方法对各种负荷方式、故障方式　进行综合求解，所得出的无功电源配置能满足　系统运行要求，并使系统拥有一个合理的电压　水平。　先导节点的概念应用于电力系统无功配　置，该方法可使无功源得到最有效地配置，通　过对少量先导节点的监测和控制，无需建立复　杂的系统监视全网所有节点的电压，即可实现　对系统电压的控制。使得从全网的角度看，各　节点电压偏移最小。　２．２无功优化　无功优化计算是在系统网络结构和系统　负荷给定的情况下，通过调节控制变量（发电机　的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装　及投切和变压器分接头的调节）使系统在满足　各种约束条件下网损达到最小。无功优化能使　电能质量、系统运行的安全性和经济性很好的　结合在一起。　无功优化常见的模型有经典的数学模型　和电力市场下的数学模型。经典的数学模型可　以表示如下：　ｍｉｎ　ｆ（１１，ｘｊ；ｓ．ｔ．ｇ（ｕ，Ｘ）＝Ｏ；ｈ（ｕ，Ｘ）≤０　其中：ｕ为控制变量，它包括可人为调节　的变量包括发电机节点无功功率、可调变压器　的抽头位置、无功补偿设备的容量及ＰＶ和平　衡节点的电压模值；Ｘ为状态变量。　无功优化仍有以下一些问题需要解决：　２．２．１无功优化是非线性问题，而非线性　规划常常收敛在局部最优解，如何求出其全局　最优解仍需进一步研究和探讨。　２．２．２由于以网损为最小的目标函数，最终　求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上　限，而在实际运行部门又不希望电压接近于上　限运行。如果将电压约束范围变小，可能造成无　功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才　能求出解。如何将电压质量和经济运行指标相　统一仍需进一步研究。　２．２．３无功优化的实时性问题。伴随着电力　系统自动化水平的提高，对无功优化的实时性　提出了很高的要求，如何在很短的时间内避免　不收敛，求出最优解仍需进一步研究。　３无功补偿　无功补偿可看作是无功优化中的应用实例　部分，它通过调节电容器的安装位置和电容器　的容量，使系统在满足各种约束条件下网损达　到最小。合理的无功补偿点的选择以及补偿容　量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提　高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离　传输。　现有的配电网无功补偿方案有４种：　变　电站集中补偿方式．ｂ．低压集中补偿方式；ｃ．杆　上无功补偿方式；ｄ．用户终端补偿方式。　３．１变电站集中补偿：其主要目的是改善　输电网的功率因素、提高终端变电所的电压和　补偿主变压器的无功损耗，这些补偿装置一般　连接在变电站的１０ＫＶ母线上，因此具有管理　容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网　的降损作用很小。　３．２低压集中补偿：它是目前国内比较普　遍采用的一种方式，它是在配电变压器３８０Ｖ　侧进行集中补偿，其主要目的是提高专用变压　器用户的功率因素，实现无功就地平衡。这种方　案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力　系统并不可取，因为虽然线路的电压的波动主　要由无功量的变化引起，但线路的电压水平是　由系统线路的电压等级决定的，当线路电压基　准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需　求相差甚远，出现无功过补偿或欠补偿。　３．３杆上无功补偿：主要是针对１０ｋＶ馈线　上沿线的公用变压器所需无功进行补偿，因其　具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理　和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较　重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补　偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主　要是补偿了无功基荷，在线路重载情况下补偿　度一般是不能达到Ｏ．９５。　３．４用户终端分散补偿就是在用户负荷所　在的位置就地补偿，这种方式较前三种方式能　大大的减少线损、改善电压质量、提高系统供电　能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变　压所低　侧最大无功需求来确定安装容量，而　各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量　电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。　４配电网无功补偿遇到的问题　４．１优化问题：无功优化配置的目标是在　保证配网电压水平的同时尽可能降低网损。由　于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成　本同时达到最小化，计算过程相当复杂。为此曾　采取了许多的假设，比如固定负荷水平、统一线　径、把树状配电网简化成梳状网，显然这样的结　果并不理想。　４．２量测问题：目前１０ＫＶ配电网的线路　上的负荷点一般无表计，且人员的技术水平和　管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时　性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优　化计算带来很大困难。　４．３谐波问题：由于电容器有放大谐波的　副作用，当谐波含量过大时会对电容器的寿命　产生影响。甚至造成电容器的过早损坏且将使　系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必　须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰、又需要补　偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。　４．４无功倒送问题：无功倒送会增加配电　网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所　不允许的。很多厂家为了节约成本，往往只选择　一相做采样和无功分析。于是在三相负荷不平　衡的时候，就有可能造成无功倒送。至于采用固　定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷　时造成无功倒送，这应引起充分考虑。　结论　在电力系统的实际运行中，电力系统的负　荷是动态连续变化的，因此无功优化和无功补　偿应根据实际情况动态补偿。这种思想也符合　柔性交流输电系统的理论，其本质就是将高压　大功率的电力电子技术应用于电力系统中，以　增强对电力系统的控制能力，提高原有电力系　统的输电能力。同时伴随着电力市场的实行，无　功定价理论的逐渐成熟。无功优化及其动态补　偿理论也将相应改变并进一步完善。　一