淺談農村電網的無功優化補償
科學研究
作者：袁西強 黃啟哲 劉隆華 鄒建山
電力係統無功分布的合理與否直接影響著電力係統的安全和穩定，與經濟效益緊密相關。一方麵，無功不足將導致係統電壓降低，用電設備不能合理使用，甚至會引發電壓崩潰等一係列事故；另一方麵，無功過剩也會導致係統電壓質量惡化，危害係統和設備的安全，而且過多的無功備用也會浪費不必要的投資。因此，無功問題在電力係統日益受到關注。
1 配電網全網無功優化思想
1.1配電網全網無功優化思想
農網全網無功優化是一個多變量多約束的混合非線性問題，需要綜合考慮農網全網運行情況，以各節點電壓合格、網絡關口功率因數等為約束條件，根據給定的目標值（提高功率因數、全網網損最小、年運行費用最小或年支出費用最小），進行全網無功優化計算，確定係統的最優補償點和最佳補償容量，無功優化補償就是根據全網無功優化計算結果，調節有載調壓變壓器分接頭，投切靜止補償器和並聯電容器，實現跟蹤負荷變化的電壓和無功動態調節，滿足電網安全、經濟運行目標。農網全網無功優化補償策略主要體現在：高壓網以變電站集中補償為重點，中壓網以10kV線路補償和配電變壓器低壓側集中補償為重點，低壓網及以下以用戶側分散補償為重點。
農網無功優化補償應遵循“集中補償與分散補償相結合，高壓補償與低壓補償相結合，調壓與降損相結合”的補償原則，具體應因地製宜，全麵考慮電網、負荷、經濟條件等綜合因素，在進行農網全網無功優化計算的基礎上，采用科學合理的無功優化補償模式，依據無功優化結果確定無功補償容量，使農村電網能夠真正實現優化補償。
配電網無功優化補償結合各區負荷情況，通過全網無功優化計算來確定係統的最佳補償點和最佳補償容量，並選擇合理的無功補償裝置類型。
配電網無功優化補償與全網經濟運行實現一體化，提高功率因數和電壓質量，有效降低損耗。
1.2 配電網無功優化分析的實現
某供電局采用中國電力科學研究院農電與配電研究所開發的“農網全網無功優化及管理係統”（以下簡稱“無功優化係統”）對所轄電網進行了全網無功優化分析。該係統總體上以縣級電網無功優化補償“集中補償與分散補償相結合，高壓補償與低壓補償相結合，調壓與降損相結合”的補償原則為指導，以采集到的配網各節點運行電壓、無功功率和有功功率等實時運行數據和各設備實際運行狀態為無功優化計算的依據；以無功、電壓不越限，有載調壓開關每天動作次數不越限，無功補償裝置動作次數不越限，功率因數在合格範圍內為約束條件；根據實際情況以電壓質量、係統有功損耗、變壓器分接頭和電容器投切次數為目標進行無功優化分析計算。
可實現對高壓電網、中低壓電網的無功優化分析，顯示出設備運行狀態所處區域，給出改善運行狀況的建議。
可實現對高壓電網、中壓電網的無功補償規劃，自動選出最優的補償點及補償位置，給出補償前後的運行數據對比，顯示節能降損的效果。
係統在優化分析時，運行數據來源支持多種：可與調度自動化係統和營銷信息管理係統接口，可自動讀取實時運行數據；可采取數據批量導入方式獲取數據；支持人工錄入，修補運行數據。
2 高壓配電網無功優化補償
2.1高壓配電網無功優化方法與原理
采用中國電力科學研究院農電所開發的農網全網無功優化及管理係統，打破傳統的按主變壓器容量的10%～30%容量設計無功補償裝置容量的方式，從高壓配電網整體出發，進行無功優化計算，按照確定的目標函數給出最佳補償點和補償容量。
無功優化問題中的變量可分為控製變量和狀態變量。在高壓配電網中分接頭可調變壓器變比T、補償電容量C和發電機機端電壓Ug 為控製變量；節點電壓U 和發電機注入無功Q 為狀態變量。
（1）
其中，Ti max、Ti min分別為變壓器變比的上下限；Cj max、Cj min分別為並聯補償電容量的上下限；Ugk max、Ugk min分別為發電機機端電壓的上下限；i、j、k 分別在係統中變壓器台數、無功補償點數和發電機台數範圍內取值。
（2）
其中，Ui max、 Ui min分別為節點電壓的上下限；Qgk max、Qgk min分別為發電機無功輸出的上下限；i、k 分別在節點總數和發電機總數範圍內。
（3）
分別為電壓越界和無功越界罰係數；c為補償設備安裝地點數；μ為無功補償容量的等值係數；目標函數中第1項為網損，第2項為電壓越界罰函數，第3項為無功越界罰函數，第4項為無功補償容量。