配電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化方法分析

張家德

摘 要：在配電網(wǎng)運(yùn)行時，變壓器和用電設(shè)備、輸配路等都會吸收一定數(shù)量的無功功率，從而造成整個配電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，同時使線路的電壓壓降上升，電能損耗增加同時，還會使電力設(shè)備遭到破壞，從而給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，做好優(yōu)化措施至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；無功電壓；優(yōu)化

1 配電網(wǎng)無功電壓問題分析

電力無功電壓存在的問題具有多樣性，既有技術(shù)與設(shè)備方面的，也有管理方面的問題，技術(shù)與設(shè)備方面的問題主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

第一，無功補(bǔ)償容量過小。在350KV及以下電壓等級的變電所中配置無功補(bǔ)償設(shè)備時，要將容量設(shè)置為主變壓器容量的0.1～0.3倍。目前，大多數(shù)配電網(wǎng)電壓偏高，因此大多數(shù)電力工程中都沒有設(shè)置電容器或容量偏小，有的部門甚至不惜犧牲電容器來提高設(shè)備的檔次。

第二，電容器配置缺乏合理性。部分變電所只在低壓設(shè)置并聯(lián)電容器，這就導(dǎo)致中壓所缺無功得不到補(bǔ)償，導(dǎo)致變壓器損耗增大；此外，單組電容器的容量普遍偏大，必須要一次性配置電容器并全部投入運(yùn)行，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，受負(fù)荷及其它因素的影響，一般電容器都無法正常投入運(yùn)行，難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。

第三，變壓器額定電壓不合理。隨著目前電力網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)，供電半徑逐漸縮小，因而配電網(wǎng)電壓無法滿足基本要求，電容器無法正常投入使用。

無功電壓優(yōu)化是指在滿足配網(wǎng)電壓質(zhì)量及潮流的情況下，對投切電容器、變壓器可調(diào)分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓需求，減少配網(wǎng)電能損耗，提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，為用戶的安全用電提供保障，下面對配電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行管理進(jìn)行分析。無功優(yōu)化計(jì)算是一種有效的供電調(diào)度計(jì)算工具，其在指定的配電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，可以對發(fā)電機(jī)的幾段電壓水平、無功出力水平、電容器組、變壓器的分接頭實(shí)施有效的調(diào)節(jié)功能。也就是在能夠正常供電、不影響用戶正常使用的條件，通過對全網(wǎng)實(shí)施無功優(yōu)化，相對地保持配電網(wǎng)的電壓處于一個可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定值，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的成效，以便能夠最大幅度地降低配電網(wǎng)運(yùn)行時產(chǎn)生的損耗，為配電網(wǎng)企業(yè)提供更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2 配電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化方法

2.1 完善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠提高電壓質(zhì)量及供電可靠性，所以在電力系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)過程中，要能夠?qū)ω?fù)荷集中地區(qū)的最高電壓網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)電壓支持與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系；優(yōu)化低一級電壓網(wǎng)絡(luò)并實(shí)行分層供電，采用環(huán)形布置、開環(huán)運(yùn)行等方式來提高供電的可靠性，保障網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運(yùn)行方式能夠滿足電壓質(zhì)量要求；根據(jù)電壓損失允許值、負(fù)荷大小等，來保障供電半徑的合理性；維持無功電源與無功負(fù)荷之間的平衡。

2.2 電容器投切

在配電網(wǎng)優(yōu)化中，電容器投切的主要作用是降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電能質(zhì)量，因此，電容器投切對配電網(wǎng)的優(yōu)化有十分重要的意義。在中低壓配電網(wǎng)中，三相負(fù)荷是隨機(jī)變化的，難以達(dá)到平衡狀態(tài)，大多數(shù)電容器投切優(yōu)化是建立在三相負(fù)荷不平衡狀態(tài)上的，因?yàn)槿嘭?fù)荷不平衡會導(dǎo)致供電點(diǎn)三相電流、三相電壓不平衡，就會增加線路的損耗，同時還會對配電設(shè)備的安全狀態(tài)造成影響，因此，可以優(yōu)化電容器投切，進(jìn)行配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)荷補(bǔ)償，從而達(dá)到優(yōu)化配電網(wǎng)的作用。

2.3 綜合優(yōu)化措施

將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切有效地結(jié)合起來，就能實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)綜合優(yōu)化。由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是一個約束整數(shù)規(guī)劃問題，而配電網(wǎng)電容器投切優(yōu)化是一個非線性整數(shù)規(guī)劃問題，單獨(dú)考慮其中一個問題都比較復(fù)雜，如果將兩者綜合起來進(jìn)行考慮，就會更加復(fù)雜，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)對電容器的投切會產(chǎn)生影響，而電容器投切又會對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)造成影響，因此，可以將綜合優(yōu)化問題分解成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切兩個子問題，逐步交替迭代這兩個子問題，從而得到最優(yōu)效果。在配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法中對于得到的每一個重構(gòu)方案，加入電容器投切過程，得到該方案的綜合優(yōu)化，然后根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，交替迭代，逐漸得到最優(yōu)解，最終得到可行的綜合優(yōu)化方案。這種配電網(wǎng)無功優(yōu)化管控方法常用于離線運(yùn)行規(guī)劃、配電網(wǎng)安全性分析、配電網(wǎng)調(diào)度等過程中。電容器投切是采用遺傳算法進(jìn)行計(jì)算的，在當(dāng)前的補(bǔ)償設(shè)備上，以降低網(wǎng)損為目標(biāo)，在滿足配電網(wǎng)電壓的基礎(chǔ)上，優(yōu)化整個配電網(wǎng)，使得網(wǎng)損降到最低；而重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是通過仿真配電網(wǎng)潮流計(jì)算，對網(wǎng)絡(luò)損耗進(jìn)行評估，從而確定最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果以網(wǎng)絡(luò)損耗當(dāng)作衡量指標(biāo)，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)效果最差，綜合優(yōu)化方式比較好，電容器投切計(jì)算方法最好，但從配電網(wǎng)整體優(yōu)化的角度看，綜合優(yōu)化方式也比較好，因此，要根據(jù)實(shí)際情況，確定配電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化管控措施。

2.4 充分發(fā)揮無功優(yōu)化系統(tǒng)的作用

無功優(yōu)化系統(tǒng)的自動控制能夠在一定程度上減輕調(diào)度及運(yùn)行人員的工作負(fù)擔(dān)，自動控制也更科學(xué)合理、更精確。為了使無功電壓滿足運(yùn)行要求，無功優(yōu)化系統(tǒng)需要滿足以下幾項(xiàng)條件：

第一，需要在保障配電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，優(yōu)化無功電壓控制，確保無功補(bǔ)償設(shè)備配置的合理性及無功分層的平衡性，有效減少主變分接開關(guān)的調(diào)節(jié)次數(shù)，降低輸配電網(wǎng)的損率，最終提高配電網(wǎng)調(diào)度自動化水平、電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性及電壓質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)損耗的最小化。

第二，需要保障全網(wǎng)電能損耗的最小化，減少全網(wǎng)設(shè)備動作次數(shù)，保障操作的科學(xué)合理性。

第三，需要保障母線電壓、調(diào)壓開關(guān)動作次數(shù)及電容器投切次數(shù)不越限，保證供電電源關(guān)口力率合格。

第四，要想確保無功優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的作用，需要科學(xué)技術(shù)無功電壓，收集無功電壓的相關(guān)信息并發(fā)送到各工作站，再交給SCADA系統(tǒng)執(zhí)行。當(dāng)配電網(wǎng)內(nèi)各級電壓合格時，該系統(tǒng)能夠保障本級配電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向的合理性，保障無功分層平衡。

3 結(jié)語

總之，在實(shí)際操作過程中，要重視對無功電壓的管理，全面認(rèn)識當(dāng)前無功電壓管理中存在的問題，選擇科學(xué)有效的方法進(jìn)行治理，從而不斷提高無功電壓的管理水平，保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，只有做到這些，才能不斷提高電力部門的經(jīng)濟(jì)效益，幫助其實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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