10 kV農(nóng)村配網(wǎng)無功功率補償技術(shù)探究

郭苑冰

（國網(wǎng)徐州市銅山區(qū)供電公司，江蘇 徐州 221009）

0 引 言

根據(jù)近幾年的電網(wǎng)損耗分析數(shù)據(jù)可知，10～220 kV電力系統(tǒng)的網(wǎng)損率大約是10%，其中10 kV電力系統(tǒng)網(wǎng)損率達(dá)到60%左右，無功功率帶來的有功損耗也占據(jù)了極大的比例。因此，本文的10 kV農(nóng)村配網(wǎng)無功功率補償技術(shù)分析中主要考慮10 kV配電網(wǎng)的無功補償處理，這對降低網(wǎng)損非常關(guān)鍵。

1 無功功率補償原理及原則

在交流電路中，純電阻元件中的負(fù)載電流與電壓是同相位的，純電感負(fù)載中，電流相位要比電壓滯后90°，純電容負(fù)載中，電流相位比電壓超前90°?？梢?，純電容負(fù)載中的電流與純電感負(fù)載中的電流相位之差為180°，能夠相互抵消。也就是說，電網(wǎng)中的大多數(shù)電力負(fù)荷，如電動機和變壓器，都是感性負(fù)載，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備后，可提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，即無功補償。無功功率補償原則主要包括如下3個方面。

第一，分析線路流動中無功功率造成的有功損耗，根據(jù)就近原則進行無功功率補償。第二，用戶屬于感性負(fù)荷用戶，實行無功補償可以實現(xiàn)對變壓器繞組與感性負(fù)荷無功損耗的補償處理，同時無功負(fù)荷出現(xiàn)變化后會自動投切電容器組?；陂L期的經(jīng)濟運行角度分析，其無功功率補償因數(shù)越高越好。第三，對于配變勵磁無功損耗，應(yīng)分析固定補償方式、電容器自身的性能以及運行維護等因素，將配變無功補償點控制在3處以內(nèi)，一般選擇兩處。通過統(tǒng)籌配變無功補償，滿足線路感抗損耗無功功率處理要求[1]。

2 10kV農(nóng)網(wǎng)無功補償方式的應(yīng)用

以某村10 kV農(nóng)網(wǎng)的實際情況為例，進行了現(xiàn)狀分析，配置無功補償裝置TCR+FC，成功解決了電壓偏低的問題，取得了良好的效果。

2.1 現(xiàn)狀分析

該10 kV線路為一條農(nóng)村配網(wǎng)線路，長度達(dá)到24.5 km，負(fù)責(zé)為沿途的多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電。本線路一共擁有70臺配電變壓器，總?cè)萘窟_(dá)到17 765 kVA，還存在諸多支線，線路末端的負(fù)荷涵蓋村內(nèi)公用變壓器、一般工業(yè)用戶以及工商業(yè)用戶。通過潮流計算模擬線路潮流，基于實際的線路圖折算處理支線與節(jié)點，然后分析線路的阻抗和負(fù)荷，最后將其折算為理論線路圖[2]。模擬潮流如圖1所示，按照潮流進行分析和計算，在線路正常運行的情況下分析各個支點的電壓情況。

圖1 模擬潮流圖

2.2 基于外點罰函數(shù)的SVC優(yōu)化配置

外點罰函數(shù)是通過一系列罰因子{Ci}，從可行域外部向約束邊界逐步靠攏，求罰函數(shù)的極小點來逼近約束問題的最優(yōu)點。外點罰函數(shù)法算法步驟為：

（1）給定線路狀況初始點x(0)，罰參數(shù)列{Ci}及精度ε＞0，設(shè)k=1。

（2）構(gòu)造罰函數(shù)F(x)=Ci+|kx-ε|。

（3）用某種無約束非線性規(guī)劃，以xk-2為初始點求解F(x)。

（4）設(shè)最優(yōu)解為xK，若xK滿足某種終止條件，則停止迭代輸出xK，否則令K=k+1，再次進行罰函數(shù)構(gòu)造，繼續(xù)分析下一個線路狀況。

分析該線路現(xiàn)狀后，按照配置步驟明確不同節(jié)點的無功補償裝置的容量。SVC優(yōu)化配置情況如表1所示。經(jīng)過優(yōu)化配置仿真模擬節(jié)點3、5以及10的電壓情況，具體結(jié)果如圖2所示。

2.3 實際取得的效果

基于外點罰函數(shù)的SVC優(yōu)化配置分析，其效果如下。

2.3.1 月度越限時間

在使用10 kV線路電壓無功補償裝置之后，月度電壓越限時間結(jié)果如表2所示。

由表2可知，當(dāng)裝置投運之后月度平均電壓越限時間縮短了71.6%，在2019年7月到9月的夏季高峰期月度平均電壓越限時間為11.33 min，大幅度縮短越限時間[3]。

表1 SVC優(yōu)化配置情況

圖2 SVC接入后的電壓波動情況

2.3.2 線路末端電壓

10 kV線路中使用無功補償裝置前后的電壓月度運行情況，如表3所示。由表3可知，在裝置投入運行之后平均運行電壓從9.77 kV上升到10.32 kV，實際電壓質(zhì)量有了明顯的提升。

2.3.3 功率因數(shù)檢查

10 kV線路無功補償裝置投入運行前后的功率因素月度情況，如表4所示。由表4可知，在裝置投入運行后平均功率因數(shù)從原本的0.84直接提升到0.95，大幅度降低了功率損耗[4]。

2.4 經(jīng)濟效益

10 kV線路無功補償裝置成本統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。經(jīng)過統(tǒng)計分析，裝置成本為10 500元。

2018年和2019年7月到9月由于電壓越限擴大了停電范圍，造成了電量損失，具體情況如表6所示。通過分析可以看出，在裝置投入運行之后，2018年7月到9月的供電超出量達(dá)到54 899.3 kW·h，本地的平均購電價格為0.35元/（kW·h），平均售電價格為0.7元/（kW·h），經(jīng)濟效益為：

表2 實施前后的對照情況分析

表3 實施前后的電壓對照表

表4 實施前后功率因數(shù)對照表

表5 裝置成本

表6 停電造成的電量損失

2.5 社會效益

目前，裝置主要用于8條10 kV線路，運行情況如表7所示。分析表7可知，使用無功補償裝置提升了線路末端電壓，滿足質(zhì)量需求[5,6]。

表7 薄弱線路的運行情況分析

3 結(jié) 論

在配電網(wǎng)的運行中，無功消耗會影響供電質(zhì)量和效益，而使用配網(wǎng)無功補償后能改善系統(tǒng)電壓，提升電壓質(zhì)量，控制并減少線路損耗。希望通過本文對無功功率補償技術(shù)的合理分析，可以提高配電網(wǎng)經(jīng)濟效益和社會效益。