基于配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的饋線無功優(yōu)化補(bǔ)償

劉艷英

【摘 ?要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，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，使電力運(yùn)行中常有無功功率產(chǎn)生，電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行，電壓減小，網(wǎng)損提高，系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。為了作好降損節(jié)能的作用，改善電能的質(zhì)量，提高輸變電設(shè)備的有功出力，使電氣設(shè)備在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下用運(yùn)行，使有限的電力更好的為社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)服務(wù)，因此做好無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償工作勢(shì)在必行。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng);無功優(yōu)化;無功補(bǔ)償

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場(chǎng)的實(shí)行，輸電公司通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。通過對(duì)電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對(duì)無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。無功優(yōu)化計(jì)算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。

1.配電網(wǎng)無功優(yōu)化的目的及意義

無功補(bǔ)償是指在配電系統(tǒng)中安裝并聯(lián)電容器等容性設(shè)備。這些設(shè)備可供給感性負(fù)荷所消耗的部分無功功率，對(duì)電網(wǎng)中的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低線路的電能損耗并提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件。提高功率因數(shù)有著重要的意義，它可以提高設(shè)備出力，降低電網(wǎng)中輸電線路上的有功損耗和電能損耗，同時(shí)還可以降低配電系統(tǒng)的線損電壓，減少電壓波動(dòng)，改善供電質(zhì)量。無功優(yōu)化是指在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，調(diào)度人員如何在有功功率分配這一條件下，利用無功控制手段來調(diào)整系統(tǒng)的無功潮流分布，使得電力系統(tǒng)既能滿足各種約束條件，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功損耗最小等預(yù)定目標(biāo)。電能的質(zhì)量及其生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性是供電部門高度重視的問題，開展無功優(yōu)化工作將在工程實(shí)踐中產(chǎn)生重要的作用和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>

無論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷，大多數(shù)均為感性。所有電感負(fù)載均需要補(bǔ)償大量的無功功率，提供這些無功功率有兩條途徑：一是輸電系統(tǒng)提供;二是補(bǔ)償電容器提供。如果由輸電系統(tǒng)提供，則設(shè)計(jì)輸電系統(tǒng)時(shí)，既要考慮有功功率，也要考慮無功功率。由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。而由補(bǔ)償電容器就地提供無功功率，就可以避免由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，從而降低無功損耗，提高系統(tǒng)的傳輸功率。

3.配電網(wǎng)無功優(yōu)化的方法

由于無功優(yōu)化模型的處理不同以及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的選擇不同，所使用的優(yōu)化方法也有差異。目前主要兩大類優(yōu)化方法：一類傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，這類算法從某個(gè)初始點(diǎn)出發(fā)，按照一定的軌跡不斷改進(jìn)當(dāng)前解，最終收斂于最優(yōu)解。這類優(yōu)化算法主要有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、混合整數(shù)規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法;該類方法經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一是僅考慮等式約束的基于拉格朗日函數(shù)的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則概念清楚、簡(jiǎn)捷快速，在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度和方式制訂上作用顯著，尤其是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的決策;第二是考慮不等式約束的各類優(yōu)化算法，如梯度類算法、線性規(guī)劃法、二次規(guī)劃法及混合整數(shù)規(guī)劃法等;第三是障礙函數(shù)類算法，如內(nèi)點(diǎn)法，該類算法具有計(jì)算速度與求解問題規(guī)模不大相關(guān)等特殊優(yōu)點(diǎn)，因而成為優(yōu)化研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。

另一類是智能優(yōu)化算法，它們從一個(gè)初始解群體開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采集某種方式自適應(yīng)地搜索最優(yōu)解人工智能算法是一種以一定的直觀基礎(chǔ)而構(gòu)造的算法。近年來，基于對(duì)自然界和人類本身的有效類比而獲得啟示的智能算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用受到了人們的關(guān)注，具有代表性的有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、模擬退火法、遺傳算法等。智能方法是無須解析表達(dá)就能進(jìn)行優(yōu)化的方法，包括具有不同智能程度的一系列搜索優(yōu)化算法。它們以一個(gè)初始解群開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采用某種方式搜索最優(yōu)解。以遺傳算法、模擬退火法等為代表的智能搜索算法，對(duì)于搜索空間基本上不需要什么限制性假設(shè)，因而具有全局尋優(yōu)能力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的不足，在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中得到了成功的應(yīng)用。

4.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償及經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)化

4.1變電站集中補(bǔ)償方式

針對(duì)輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)變電站的電壓控制，通常采用并聯(lián)電容器組結(jié)合變壓器有載調(diào)壓共同調(diào)節(jié)。利用電壓九區(qū)圖控制法配合調(diào)節(jié)來進(jìn)行電壓無功控制，是一種變電站電壓無功控制的有效方法。然而操作上較為麻煩，因?yàn)橛捎谙拗敌枰S不同運(yùn)行方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，會(huì)在某些區(qū)上產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象;而且由于實(shí)際操作中變壓器有載分接頭的調(diào)節(jié)和電容器組的投切次數(shù)是有限的，而電壓九區(qū)圖控制法沒有相應(yīng)的判斷。因此，現(xiàn)行電壓九區(qū)圖控制法的調(diào)節(jié)效果還有待進(jìn)一步改善。

4.2低壓集中補(bǔ)償方式

在配電網(wǎng)中，目前國內(nèi)較普遍采用的無功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動(dòng)投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)木偷仄胶?，?duì)配電網(wǎng)和配電變的降損有積極作用，同時(shí)也有助于保證該用戶的電壓水平。

4.3桿上補(bǔ)償方式

采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上進(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等問題。因此，桿上無功優(yōu)化補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來進(jìn)行：補(bǔ)償點(diǎn)宜少、桿上補(bǔ)償不設(shè)分組投切、補(bǔ)償容量不宜過大、保護(hù)方式應(yīng)簡(jiǎn)化。桿上無功補(bǔ)償主要是針對(duì)10kV饋線上的公用變所需無功進(jìn)行補(bǔ)償，因其具有投資小，回收快，補(bǔ)償效率較高，便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長(zhǎng)配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)而該補(bǔ)償方式是長(zhǎng)期固定補(bǔ)償，故其適應(yīng)能力較差，應(yīng)積極開發(fā)應(yīng)用電容器組能自動(dòng)投切的桿上無功補(bǔ)償技術(shù)。

5.結(jié)束語

綜上所述：無功優(yōu)化已是配網(wǎng)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心問題之一，它的目標(biāo)是在滿足約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某個(gè)指標(biāo)或多個(gè)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，在現(xiàn)代化的能量管理系統(tǒng)中占有重要地位。配網(wǎng)系統(tǒng)電壓，無功優(yōu)化在保證滿足運(yùn)行約束的同時(shí)，用盡量少的無功投入，最大限度地改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損。隨著電力科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)必定會(huì)再上新臺(tái)階，滿足新需求。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）