淺談電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化與無(wú)功補(bǔ)償控制

李忠良

摘要：在電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，為了有效降低電網(wǎng)運(yùn)行能耗，可以加強(qiáng)對(duì)無(wú)功優(yōu)化與補(bǔ)償?shù)目刂婆c管理，能夠使電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，但是就目前的情況看，電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)工優(yōu)化與補(bǔ)償存在較多嚴(yán)重問(wèn)題，亟需采取有效地控制策略予以解決。本文將分別兩個(gè)方面，對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行深入分析，在介紹現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出其存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)地優(yōu)化與補(bǔ)償措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無(wú)功優(yōu)化；無(wú)功補(bǔ)償；控制

近年來(lái)，得益于城市化進(jìn)程的進(jìn)步與發(fā)展，使得城市電網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)了低壓配電的形式，由于電力負(fù)荷及電源的不斷涌現(xiàn)，使得城市電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及電源分布因此受到重要影響，使得電力系統(tǒng)的無(wú)功分布缺乏合理性。導(dǎo)致低壓電線(xiàn)路中分布著大量無(wú)功電流，使得電網(wǎng)功率因數(shù)因此降低，線(xiàn)路損耗增加，末端電壓也明顯降低，對(duì)用戶(hù)用電質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。因此，分析和研究電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化

1.1無(wú)功優(yōu)化現(xiàn)狀

我國(guó)電力事業(yè)與電力系統(tǒng)的發(fā)展使電網(wǎng)電壓水平得到較大的提升，但是其中依然存在較多的問(wèn)題需要解決。部分電網(wǎng)進(jìn)行輕載運(yùn)行時(shí)常出現(xiàn)電壓過(guò)高的情況，一些用電量較大的地區(qū)電壓設(shè)置已經(jīng)超過(guò)相關(guān)部門(mén)的規(guī)定，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成巨大的隱患；在進(jìn)行重載運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓偏低，導(dǎo)致大部分工業(yè)生產(chǎn)以及居民的正常用電受到影響。此外，電力系統(tǒng)無(wú)功功率的流動(dòng)存在不合理性，這不僅會(huì)增加配電線(xiàn)路的損耗，還會(huì)降低電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

1.2無(wú)功優(yōu)化存在的問(wèn)題

當(dāng)前我國(guó)配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化存在以下幾項(xiàng)問(wèn)題有待解決：

（1）電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化屬于一種非線(xiàn)性問(wèn)題，非線(xiàn)性問(wèn)題的規(guī)劃一般在進(jìn)行局部收斂時(shí)可獲得最佳解決方案與效果，但是如何能夠跳脫出局部限制進(jìn)行全局最優(yōu)化有待研究；

（2）電力系統(tǒng)配電網(wǎng)線(xiàn)路損耗是無(wú)功優(yōu)化的最低目標(biāo)函數(shù)，這可能導(dǎo)致最后的母線(xiàn)電壓優(yōu)化求解值會(huì)更加接近電網(wǎng)電壓設(shè)置的上限，但是在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中有關(guān)部門(mén)并不希望出現(xiàn)該情況。但若縮小電網(wǎng)電壓的約束范圍，則會(huì)增大無(wú)功優(yōu)化收斂效果較差或不進(jìn)行收斂或反復(fù)修正的風(fēng)險(xiǎn)，因此如何統(tǒng)一電壓質(zhì)量與最佳經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是需要進(jìn)行解決的問(wèn)題；

（3）電力系統(tǒng)的發(fā)展以及自動(dòng)化水平的日漸提升均對(duì)無(wú)功優(yōu)化的實(shí)時(shí)性提出了較為嚴(yán)格的要求，怎樣在最短的時(shí)間內(nèi)，在不出現(xiàn)未收斂的基礎(chǔ)上求出優(yōu)化最佳值是當(dāng)前有關(guān)部門(mén)急需解決的問(wèn)題之一。

1.3無(wú)功優(yōu)化措施

傳統(tǒng)靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化過(guò)程中的優(yōu)化方法是采用過(guò)去某一時(shí)刻產(chǎn)生的最佳優(yōu)化結(jié)果給予電力系統(tǒng)設(shè)備下一步優(yōu)化指導(dǎo)，這種做法存在顯而易見(jiàn)的不合理性和不科學(xué)性。而采用動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化則能夠在最大程度上避免靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化的缺點(diǎn)，一般情況下動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化包括無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化以及電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化控制兩部分。

1.3.1無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化

無(wú)功功率的產(chǎn)生與配電變壓器、電機(jī)、加熱器等多種電力設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)，因此補(bǔ)償裝置選擇的合理性能夠有效減少電網(wǎng)線(xiàn)路的損耗，進(jìn)而提升電網(wǎng)的配電質(zhì)量。一般而言，可對(duì)負(fù)荷所致的無(wú)功電流使用電容器進(jìn)行補(bǔ)償，至此出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。將其進(jìn)行簡(jiǎn)化敘述則為，電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有功和無(wú)功功率，無(wú)功功率過(guò)大會(huì)增加電網(wǎng)線(xiàn)路的損耗，但是電機(jī)類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生的負(fù)載屬于感性負(fù)載，其需要消耗無(wú)功功率保證運(yùn)行，這就需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償以保證感性負(fù)載的水平。

1.3.2電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化控制

無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)控制首先需要使用調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的遙測(cè)數(shù)據(jù)、電壓合格數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集，并將其設(shè)置為優(yōu)化控制的約束條件，同時(shí)在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功優(yōu)化項(xiàng)目的分析以及控制措施設(shè)定，進(jìn)行主變電分接開(kāi)關(guān)最少次數(shù)的調(diào)整，對(duì)電容器進(jìn)行最為合理的投切控制，實(shí)現(xiàn)最高電壓合格率以及最小電網(wǎng)損耗率的優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)而以?xún)?yōu)化目標(biāo)為依據(jù)形成指令，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行指令執(zhí)行。

2電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償

2.1無(wú)功補(bǔ)償形式

無(wú)功補(bǔ)償屬于無(wú)功優(yōu)化的一部分，是無(wú)功優(yōu)化在實(shí)際生活中的具體操作實(shí)例，其通過(guò)對(duì)電容器安裝位置以及容量進(jìn)行不斷調(diào)整，進(jìn)而尋找出能夠滿(mǎn)足各個(gè)約束條件的電網(wǎng)線(xiàn)路損耗最小值。電容器安裝位置以及容量的合理設(shè)定能夠使電力系統(tǒng)的電壓水平保持在合理的范圍內(nèi)，保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，實(shí)際生活中常見(jiàn)的配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償形式包括：變電站集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上無(wú)功補(bǔ)償以及用電客戶(hù)終端補(bǔ)償四種。

2.2無(wú)功補(bǔ)償存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段我國(guó)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中存在較多急需解決的問(wèn)題，主要包括下述三個(gè)問(wèn)題：

2.2.1優(yōu)化

電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化配置的最終目的是基于電網(wǎng)電壓的正常水平最大幅度的減少電網(wǎng)損耗，在實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的過(guò)程中還需要對(duì)補(bǔ)償后電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)以及設(shè)備安裝經(jīng)費(fèi)進(jìn)行最小化計(jì)算，其過(guò)程十分復(fù)雜繁瑣，為解決該問(wèn)題曾有研究人員提出多種優(yōu)化計(jì)算方式的假設(shè)，但最終效果并不顯著。

2.2.2測(cè)量

當(dāng)前國(guó)內(nèi)10KV配電網(wǎng)線(xiàn)路負(fù)荷點(diǎn)無(wú)表計(jì)，加之工作人員的能力水平偏低，這就無(wú)法保證表計(jì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，導(dǎo)致優(yōu)化計(jì)算難上加難。

2.2.3諧波

電容器運(yùn)行能夠放大諧波，而這種副作用則會(huì)對(duì)電容器的使用期限造成不良影響，并且電容器的損壞會(huì)加重諧波對(duì)電力系統(tǒng)的干擾，因此在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)需要對(duì)諧波的治理進(jìn)行充分考慮，以此減少對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

2.3無(wú)功補(bǔ)償措施

相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)高、低壓電用電客戶(hù)的電網(wǎng)運(yùn)行功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)實(shí)際情況將功率因數(shù)法定值進(jìn)行合理的提升，保證能夠在規(guī)范化層面以及法律層面解決用電客戶(hù)的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題。此外，有關(guān)部門(mén)應(yīng)該為對(duì)電能流失漠然的客戶(hù)制定能夠提升其積極性的電力系統(tǒng)動(dòng)率因數(shù)，并且建立既具有節(jié)能意識(shí)，又存在投資回報(bào)的法律法規(guī)，研發(fā)各種小巧、高質(zhì)量以及高性?xún)r(jià)比的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)品，保證實(shí)現(xiàn)小功率用電客戶(hù)的無(wú)功補(bǔ)償，進(jìn)而減少無(wú)功功率的流動(dòng)，提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

3結(jié)語(yǔ)

節(jié)約型社會(huì)是我國(guó)未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)，節(jié)約資源也是我國(guó)的基本國(guó)策之一，這就需要我們從實(shí)際生活中的點(diǎn)滴做起，實(shí)施電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化，開(kāi)發(fā)電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，降低無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗，節(jié)約電力資源，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]程麗琴.我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（12）.

[2]崔巍.無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)在包頭電網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（21）.

[3]符樹(shù)雄.電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（11）.