浅析电力系统无功补偿优化

王晓

王晓（许昌职业技术学院河南许昌461000）

中图分类号：F840.67文献标识码：A

摘要：近年来,随着电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。电力的供不应求迫使人们在降损节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度，推行了无功补偿。

关键词：电力系统；无功补偿；优化选择

在电力系统中，电压质量和无功功率的分布有着不可分割的关系，电力系统的运行电压取决于无功功率的平衡。如果系统内无功功率不足，将使电压水平低，系统有扰动时，就有可能使电压低于临界电压，产生电压崩溃，从而导致系统瓦解，产生灾难性事故。在超高压电网中由于线路充电功率很大，有可能使电压过高，危及电力系统的安全及系统运行的稳定。如1978年12月19日法国大停电，1983年12月27日瑞典大停电，1987年7月23日东京大停电都是由于高峰负荷使无功功率不足造成电压崩溃，从而造成系统重大事故。以及2003年发生的美国加州大停电，无一不向我们敲响警钟。因此加强电压无功功率控制，降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司(电网公司)通过有效的手段，降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。

一、无功补偿的原则

全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体内容如下：

总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。

集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。

高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。

降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。这是针对线路长，分支多，负荷分散，功率因数低的线路，这种线路最显著的特点是：负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。

二、根据补偿原则，确定无功补偿容量

按照上述的基本原则，根据无功在电力系统中的去向，确定几种主要的补偿方式及其容量。

变电站高压集中补偿：这种补偿是在变电站10（6）kV母线上集中装设高压并联电容器组，用以补偿主变的空载无功损耗和线路漏补的无功功率。目前，在农网上，除了大宗用户外，县局基本上采用这种补偿。比如：涉县各变电站在未进行人工补偿以前cosφ=0.85，根据功率因数（0.85）调整电费标准，每月罚款为月总电费的2.5%，经过各站装设了电容器补偿后，平均cosφ=0.9，每月电费减少0.5%，一年下来，功率因数奖电费约为60万元，为企业增加了效益。

三、随器补偿

将电容器安装在配电变压器低压侧，主要补偿配电变压器的空载无功功率和漏磁无功功率。一般情况下，农网配变负载率较低，轻载或空载时，无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，因此配变无功补偿容量不易超过其空载无功，否则，在配变接近空载时可能造成过补偿，所以应按式Qb≤10%Se/100(其中：10%是空载电流百分数，从手册中可查出，Se是变压器的额定容量)，但对于用户的变压器补偿，因其负荷率高，补偿时应从提高变压器出力的角度考虑。

四、随电动机补偿

将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据运行统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。一般对7.5kW以上电动机进行补偿时，确定容量应按QC≤3UeI0。另外，对于排灌所带机械负荷较大的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功，但要小于额定无功负荷，即Q0≤QC≤Qe。

五、动态无功补偿

电压是电能质量的重大指标之一，网损是电力企业的一项重要综合性技术经济指标。提高电压质量，降损措施是供电企业当前的工作重点。长期以来，电力系统网络损耗问题突出，而无功补偿是降低线损的有效手段。在电力系统中，电压无功控制可以分为集中控制和就地控制两种模式。随着电力系统调度自动化程度的提高，随着无人值班变电所的增多，使得集中控制成为可能和更有必要。本文以一个子系统为研究对象，展开了一系列的研究，其方法可推广至配电网。通过本文工作，可以得到以下结沦:

l、针对无功优化的特点及各种算法的分析比较基础上，采用线性无功优化模型。并用潮流雅可比矩阵直接变换求取灵敏度系数建立了改正的无功优化模型，其原理清楚、过程简单、没有任何简化处理，在较大规模系统的优化中有石二突出的优点。

2、针对无功优化中不可行的问题，提出了带模糊约束函数的原对偶路径跟踪法。通过对运行中软约束的模糊化，可获得接近最优解。计算量增加很少，迭代方程仅增加一阶，保持了原问题良好的稀疏技术，保留了内点法良好的收敛性能和数值鲁棒性。并对算法进行了详细地推导，讨论了算法的实现。

3、由于可投切的电容器/电抗器和有载可调变压器的分接头都是离散的，因此无功优化问题是一个混合整数规划。本文对分枝定界法进行了详细的介绍，并提出了一种改进的分枝定界法。通过对分枝变量(变压器分接头与电容/电抗器投切组数)进行基于启发式规则的合理排序，可以提高其计算精度，减少求解时间并获得满意的结果。

六、结语

总之，无功补偿不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高农网的经济运行水平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好事，我们应下决心去抓，真正让用户得到实惠。

参考文献：

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