電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)及其補(bǔ)償容量的確定

祁建懷　張昌麗　劉永江

摘要：無(wú)功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)運(yùn)行中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)于無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化問(wèn)題，是電力工作者需要面臨的課題之一。基于此，文章闡述了交流電路中電流和電壓的相關(guān)特點(diǎn)，利用對(duì)無(wú)功裕度的研究，明確了無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，并提出了無(wú)功補(bǔ)償容量的優(yōu)化措施，保證合理配置電力資源。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)；補(bǔ)償容量；無(wú)功裕度；電力資源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM714 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.025

在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)負(fù)荷與容量并不是無(wú)限制的，隨著電網(wǎng)負(fù)荷與容量呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題以及安全問(wèn)題也逐漸突出。為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低無(wú)功損耗，增強(qiáng)電能質(zhì)量，有關(guān)電力部門(mén)做出了多次的努力和嘗試。因此，電力工作者對(duì)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化問(wèn)題也越加重視，其作為確保供電質(zhì)量的主要方法之一，應(yīng)對(duì)補(bǔ)償容量與無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)進(jìn)行明確，采取有效合理的無(wú)功補(bǔ)償措施。

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t與內(nèi)容

在電力系統(tǒng)中，為確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，需要優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)功功率，無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)是否合理關(guān)乎到無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Чx取合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，以達(dá)到合理分配電力資源，保持電網(wǎng)供電水平，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。通過(guò)合理的選擇無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)以及實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)化措施，可防止無(wú)功功率傳輸距離過(guò)遠(yuǎn)，進(jìn)而有效控制無(wú)功損耗與有功損耗，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行起到促進(jìn)作用，確保電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)于電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化主要涉及的內(nèi)容有兩點(diǎn)：一為明確無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)；二為明確無(wú)功補(bǔ)償容量。電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性均與無(wú)功補(bǔ)償有著緊密的關(guān)系。

為達(dá)到優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，選擇無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)需要遵守以下三點(diǎn)原則：（1）按照電網(wǎng)本身特性，與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相結(jié)合，確立中樞點(diǎn)，可有效控制其他節(jié)點(diǎn)，并控制電網(wǎng)電壓處于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；（2）確定無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，需要遵守就地平衡原則，在電壓等級(jí)不相同的線路中，利用分層平衡可以有效防止電壓等級(jí)不同的無(wú)功功率流動(dòng)，減少無(wú)功損耗，增加電力企業(yè)的緊急效益；（3）在電網(wǎng)中，無(wú)功補(bǔ)償需要保持在0.7以上的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 確定無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)

2.1 電壓穩(wěn)定下的限制因素

假設(shè)潮流功率的方向是送端（S）→受端（R），簡(jiǎn)化電路后，交流支路情況如圖1所示：

在靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，其兩個(gè)功率圓采用以下公式表示：

兩個(gè)圓心坐標(biāo)可用如下公式表示：

半徑則為：

則圓心距以G表示，可用如下公式來(lái)表示：

圖2為兩個(gè)圓相切和相交的狀況：

2.2 無(wú)功裕度

按照電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到一定規(guī)范值的時(shí)候，電網(wǎng)電壓近乎崩潰，需要以電壓穩(wěn)定為基礎(chǔ)上，且滿足rQ+rP≥G、rQ≥0、rP≥0要求。由此得知，無(wú)功裕度定義概括來(lái)說(shuō)，在靜態(tài)電壓穩(wěn)定的情況下，臨近崩潰電壓點(diǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)兩者之間存在的電氣距離可采用下式表達(dá)：

圖3為電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，依照有關(guān)理論知識(shí)，可采用下式來(lái)表示節(jié)點(diǎn)i等效無(wú)功裕度：

式中：j為節(jié)點(diǎn)i連接的節(jié)點(diǎn)；Ni為節(jié)點(diǎn)i所連接的支路數(shù)量。

2.3 無(wú)功裕度值的計(jì)算

計(jì)算無(wú)功裕度值的方法可分成如下步驟：（1）按照電網(wǎng)線路參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)算出電網(wǎng)中潮流功率，并獲得各節(jié)點(diǎn)的功率以及電壓；（2）依照本文第二章第一小節(jié)內(nèi)提出的公式來(lái)完成計(jì)算，可得到各節(jié)點(diǎn)的G、rQ、rP；（3）通過(guò)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、無(wú)功裕度公式和概念，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)無(wú)功裕度值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)律來(lái)完成組合排列；（4）通常情況下，應(yīng)根據(jù)由小到大的次序來(lái)排列計(jì)算出來(lái)的無(wú)功裕度值，以此數(shù)據(jù)作為依據(jù)，采用合理有效的無(wú)功補(bǔ)償方法。

3 確定無(wú)功補(bǔ)償量

一般情況下，無(wú)功補(bǔ)償容量是采用混合改進(jìn)遺傳算法來(lái)確定的，此算法主要可分為兩個(gè)算法：一種是一階算法；另一種是二階算法。

在對(duì)無(wú)功優(yōu)化特點(diǎn)進(jìn)行充分考慮的基礎(chǔ)上，將二階算法、遺傳算法兩者有機(jī)結(jié)合之后，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化如下：（1）編碼。通過(guò)浮點(diǎn)數(shù)碼來(lái)完成編碼工作，表示方式采用基因變量值范圍，以編碼長(zhǎng)度來(lái)控制變量數(shù)量；（2）選擇。構(gòu)建完善的評(píng)價(jià)體系之后，采用競(jìng)爭(zhēng)的方式，達(dá)到優(yōu)勝劣汰的目的；（3）變異和交叉。在常規(guī)算法中，影響性能的主要因素為變異率和交叉率，此兩者與收斂性有著直接聯(lián)系，若變異率和交叉率的指標(biāo)適當(dāng)提高，那么說(shuō)明種群趨于局部?jī)?yōu)化或者一致；（4）算法終止。結(jié)合最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)值、最大遺傳代數(shù)，在最大遺傳代數(shù)范圍之內(nèi)，留下達(dá)到要求的最優(yōu)個(gè)體以及輸出最優(yōu)值。當(dāng)一階算法終止之后，可以采用二階算法逐漸縮小搜索領(lǐng)域，為使計(jì)算結(jié)果的精確度得以提高，二階算法初始值采用一階算法獲得的最優(yōu)值，然后直接開(kāi)始優(yōu)化搜索。二階算法比一階算法更具有優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在局部搜索方面，其中二階算法的局部搜索能力更強(qiáng)，進(jìn)而獲取全局最優(yōu)值更加容易。

4 無(wú)功補(bǔ)償方法以及相關(guān)設(shè)備分析

電力系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償為電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性提供了有效的保障，所以需要優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃，采取有效措施和相關(guān)設(shè)備確保順利實(shí)施，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供技術(shù)支持。

根據(jù)接線方式與無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，可將無(wú)功補(bǔ)償分成3種類(lèi)型，分別為就地補(bǔ)償、分組補(bǔ)償以及集中補(bǔ)償。在實(shí)際運(yùn)行中，主要采用的補(bǔ)償設(shè)備有靜止無(wú)功補(bǔ)償器、電抗器、并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)等。這其中同步調(diào)相機(jī)指的是一種同步電動(dòng)機(jī)，與常規(guī)同步電動(dòng)機(jī)不同的是，它不存在機(jī)械負(fù)載。早期所采用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備為同步調(diào)相機(jī)，隨著并聯(lián)電容器被廣泛應(yīng)用，同步調(diào)相機(jī)地位逐漸降低，

目前并聯(lián)電容器作為最常用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，占整體電網(wǎng)設(shè)備大約90%左右，并聯(lián)電抗器可將余下的無(wú)功功率吸收，進(jìn)而防止電網(wǎng)出現(xiàn)電壓過(guò)載現(xiàn)象。

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，電網(wǎng)技術(shù)在不斷完善，靜止補(bǔ)償器的出現(xiàn)使電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工作達(dá)到了理想化的效果，此設(shè)備對(duì)加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有著重要意義，提高了電力企業(yè)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及安全效益。

在使用上述這些設(shè)備的時(shí)候，無(wú)論同步調(diào)相機(jī)、電抗器還是電容器，它們對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償都是處于靜態(tài)條件下，但靜止補(bǔ)償器的出現(xiàn)使電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)，這得益于設(shè)備自身內(nèi)部構(gòu)造，利用2個(gè)晶閘管采用反并聯(lián)接線方式，直接控制電抗器、電容器的開(kāi)關(guān)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

目前隨著電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大規(guī)模，電網(wǎng)復(fù)雜性也隨之提高，無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題逐漸變得越加復(fù)雜，然而為確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，就需要不斷去深入研究無(wú)功補(bǔ)償課題，找到科學(xué)有效的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，明確補(bǔ)償容量，加強(qiáng)電路系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保供電質(zhì)量，從而提高電力企業(yè)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯樹(shù)文，曾浩，雷校省，錢(qián)俊良，趙臣鵬.斬控式交流調(diào)壓無(wú)功補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（5）.

[2] 侯勇.農(nóng)網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓芾硖轿雠c思路[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（8）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）