電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與無功補(bǔ)償?shù)母拍钆c應(yīng)用

陳雪屏

【摘 要】無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是減少網(wǎng)損的有效途徑，在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率上發(fā)揮著積極作用，前者是指在一定的結(jié)構(gòu)中，適當(dāng)調(diào)節(jié)控制變量將損耗降到最低，后者屬于優(yōu)化的一種，主要是對無功補(bǔ)償裝置的容量或安裝位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以減少網(wǎng)損。本文分析了幾種無功優(yōu)化算法，并從概念和應(yīng)用上對無功補(bǔ)償進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)運(yùn)行；無功優(yōu)化；無功補(bǔ)償；應(yīng)用

0.引言

隨著人們用電量的增加，接入電源和輸配電線路越來越多，加大了電力系統(tǒng)的負(fù)荷。電力運(yùn)行中常有無功功率產(chǎn)生，使得供電效率下降，網(wǎng)損大幅增加，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，時間一久，必會給電力企業(yè)帶來重大損失。因此，如何減少網(wǎng)損、提高輸電效率、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是電力企業(yè)當(dāng)前重點(diǎn)考慮的問題。

1.無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

尋找合適的補(bǔ)償點(diǎn)是進(jìn)行無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)那疤釛l件，補(bǔ)償點(diǎn)的選擇往往要遵循幾個原則：①結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)固有的特性，選擇適宜的中樞點(diǎn)，能夠?qū)ζ溆喙?jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行有效控制；②按照就地平衡原則，選擇的節(jié)點(diǎn)應(yīng)以無功負(fù)荷較大者為先；③無功分層平衡原則，因無功功率的電壓等級可能不同，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)避免它們之間的相互流動；④對無功補(bǔ)償度有要求，不得低于部頒標(biāo)準(zhǔn)0.7的規(guī)定。

2.無功優(yōu)化

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，有很多變量、約束呈現(xiàn)多樣化，且具有非線性，加上計(jì)算困難，對無功優(yōu)化造成很大的阻礙。很多算法在計(jì)算時，都是先將非線性模型轉(zhuǎn)化為線性，然后求解，如具備綜合性的線性規(guī)劃內(nèi)點(diǎn)法，靈敏度較高的無功優(yōu)化潮流等。其計(jì)算原理是借助泰勒級數(shù)，將非線性規(guī)劃進(jìn)行展開，對二階及以上的項(xiàng)，通常要予以忽略，以保證建立起合適的線性化模型，最終求得優(yōu)化解。因?yàn)樵谟?jì)算中忽略了二階及以上的項(xiàng)，上述計(jì)算方法的收斂性較差。為此，有人提出利用罰函數(shù)思想和線性規(guī)劃相融合，便是帶懲罰項(xiàng)的無功優(yōu)化潮流算法，雖能起到一定的作用，卻仍難以徹底改變收斂性較差的情況。

因?yàn)榫€性算法存在著很多不足，又提出了一些運(yùn)用非線性算法，混合整數(shù)規(guī)劃、約束多面體法和非線性原-對偶算法等，雖然在理論上能夠求得最優(yōu)解，但計(jì)算量較大，甚是復(fù)雜，需要消耗大量時間和精力，且收斂性也沒有良好的保障。

在計(jì)算機(jī)計(jì)技術(shù)的推動下，人工智能技術(shù)有了很大進(jìn)步，以此為基礎(chǔ)開始了許多新的算法的研究，包括遺傳算法、模擬退火算法、Tabu搜索法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其中有些算法已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中，且效果很好。此類算法遵循尋優(yōu)原則，采用的是隨機(jī)搜索的方式，實(shí)現(xiàn)從局優(yōu)收斂到問題的全優(yōu)解，因?yàn)槟軌虮苓^局優(yōu)陷阱，最終求得全優(yōu)解，此類算法的作用日益凸顯，廣受重視。其不足之處主要有以下幾點(diǎn)：①無功優(yōu)化屬于非線性問題，其規(guī)劃多收斂于局部最優(yōu)解，而全局最優(yōu)解的求法還需要進(jìn)一步解決；②如今，電力系統(tǒng)多實(shí)現(xiàn)了自動化，并朝著智能化發(fā)展，因此，無功優(yōu)化必須具備良好的實(shí)時性，而在有限時間內(nèi)避免不收斂，仍需加強(qiáng)研究；③無功優(yōu)化的目的是減少網(wǎng)損，求解中可能會出現(xiàn)母線電壓接近電壓上限的情況，此時如果縮小電壓約束范圍，很容易造成不收斂，或經(jīng)過反復(fù)修正才能求出解。因此，如何在保證電壓質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是當(dāng)前要重點(diǎn)考慮的問題。

此外，有些問題過于復(fù)雜，若只采用一種方法，很難取得較好的效果，此時需考慮一些混合方法。在無功優(yōu)化中同樣如此，例如將具備全局搜索能力和局部搜索能力的算法有機(jī)結(jié)合，或許能有不一樣的收獲。也有人提到過分階段進(jìn)行優(yōu)化，即先借助隨機(jī)搜索法對性能較優(yōu)的變量進(jìn)行計(jì)算求解，再借助啟發(fā)式算法求最優(yōu)解。還有一些算法，則是根據(jù)各種算法的特點(diǎn)達(dá)到取長補(bǔ)短的效果，如模擬退火算法和遺傳算法相結(jié)合。

3.無功補(bǔ)償

3.1概念

在交流電的實(shí)際運(yùn)行過程中，必然會有電能消耗，流經(jīng)混合性負(fù)載時，不做功的那部分電能就是無功功率，其功率因數(shù)很小，電能要想得到充分利用，需進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，簡稱無功補(bǔ)償。在電力系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償裝置占據(jù)著很重要的地位，能夠提高功率因數(shù)，減少變壓器等各種損耗，從而營造良好的供電環(huán)境，使供電效率有所提升。補(bǔ)償裝置一旦選擇不當(dāng)，非但起不到降低損耗、提高電網(wǎng)質(zhì)量的作用，還有可能引起供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常。

3.2無功補(bǔ)償存在的問題

無功補(bǔ)償工作有很大的難度，如大量的無功潮流需要從發(fā)電廠傳至高壓輸電站，然后再傳輸給低壓變電站，傳輸距離較遠(yuǎn)；諧波過多，雖然電容器能夠抵消掉一部分，但電容壽命仍會受到影響。電容器自身具有放大作用，若不能減少諧波數(shù)量，極有可能增大諧波的強(qiáng)度；變電站因自身?xiàng)l件有限，難以通過負(fù)荷的變化調(diào)整相關(guān)的容量裝置，一旦負(fù)荷較高，則功率因數(shù)會大大降低，而負(fù)荷較低時，又很容易出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r。

3.3無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

①不管是變壓器還是輸電線路，一旦有負(fù)荷電流經(jīng)過，就會有電能耗損，產(chǎn)生一定的功率，當(dāng)功率因數(shù)較低時，說明需要的功率較多，相應(yīng)的線損程度也越嚴(yán)重。所以，應(yīng)注重?zé)o功補(bǔ)償裝備的安裝，應(yīng)將其裝在受電端，以實(shí)現(xiàn)降低無功功率損耗的目的。降低損耗，提高功率是最為常用的方法。一般而言，公用的變壓器負(fù)荷都很大，在配變低壓側(cè)安裝電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償時，需對此方法進(jìn)行全面的考慮。

②變電站應(yīng)具備足夠的對無功進(jìn)行調(diào)節(jié)的能力，負(fù)荷處于高峰時，保證功率因數(shù)能夠達(dá)到0.98，對容量的調(diào)節(jié)則需要具體而定。變電站產(chǎn)生的無功補(bǔ)償應(yīng)以變壓器和變低側(cè)負(fù)荷所產(chǎn)生的無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)，為有效避免無功倒送情況的發(fā)生，必須科學(xué)合理地對補(bǔ)償容量進(jìn)行配置。加大宣傳的力度，強(qiáng)化用戶的意識，使他們意識到無功補(bǔ)償?shù)闹卮笠饬x，即通過無功補(bǔ)償能夠減少耗損，從而節(jié)約開支費(fèi)用。

③利用電容器和電抗器組成一個簡單的諧濾波器，實(shí)際設(shè)計(jì)時，安裝人員需掌握其實(shí)際功率，確保運(yùn)行時能夠真正的提高功率因素，降低負(fù)序作用。真空斷路器容易操作，而且成本低，應(yīng)用范圍廣，但在使用中也有缺點(diǎn)，如當(dāng)工作人員合閘后，電容器上常會形成過高的電壓，以至于影響到整體效果。

4.結(jié)束語

隨著電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展，電力企業(yè)面臨著很大的供電壓力，無功優(yōu)化和補(bǔ)償技術(shù)就顯得尤為重要，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著積極作用，有利于減少損耗，提高運(yùn)行效率，進(jìn)而維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全。該技術(shù)具有很大的潛力，在未來發(fā)展中隨著高科技的進(jìn)步應(yīng)做進(jìn)一步改善。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]崔瑜.電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與無功補(bǔ)償研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2011，23（19）：213-215.

[2]鄭瑩.無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償在配電系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].廣東輸電與變電系統(tǒng)，2010，217（3）：121-122.

[3]王文平，馮詠梅.淺談電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償[J].內(nèi)蒙古石油化工，2008，26（11）：190-191.

[4]崔鵬.淺談無功補(bǔ)償?shù)闹匾訹J].中小企業(yè)管理與科技，2011，27（6）：219-221.