配電網動態無功優化設計

摘要：本文對當前配電網動態無功優化的意義進行了總結，簡要介紹了無功優化的重要性，對電力系統無功優化的方法進行了簡要探討。

關鍵詞：配電網 動態無功 無功優化 電能質量 無功補償

第二次工業革命以來，電力工業也迅速發展開來。這也促進著電力系統不斷發展、壯大和完善。也正是這種發展前進的方向，決定了其經濟、安全、優質運行也尤為重要。隨著電力體制的不斷改革和電力市場的逐步市場化，其創造的經濟效益激發了電力部門越來越多地關注于電力系統資源配置的經濟性和安全性。電力系統，單單從其整個結構的機器配置和部門分布來看，便可知道其復雜度遠遠高于其他部門。然而，在眾多影響電能質量的因素中，電壓，無可厚非是衡量電能質量的重要標準。電壓質量對保持電網穩定、電力系統的安全、電力資源的合理利用、減低損耗，提高電力系統的輸電效率和確保電力系統運行的經濟性、保證社會各項生產活動的正常運行等都有直接而巨大的影響。而無功功率是影響電壓質量的主要因素，電力系統的無功優化是提高系統運行電壓，減小網損，提高電力系統穩定水平的有效手段。因此電力系統無功優化問題是電力系統優化問題研究的重要內容之一。

配電網指從輸電網或地區發電廠接受電能，通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網。在電力網中起重要分配電能作用的網絡系統。電力系統無功優化作為配電網系統中的重要議題，必然成為先進相關專業人員的探討，目前我國配電網中普遍存在著無功補償不足、布置不合理的情況，存在著城鄉電網與區域電網電容器容量倒置現象。用電需求與配電電網的分布不合理與不協調。表現之一：10KV電壓等級以上的配電電網用戶無功需求量遠遠大于供給量，這樣在很大程度上造成了供電現狀的浪費。因此，有效合理的優化動態無功，不僅可以達到節能降耗的目的，還可以減少用電裝置的損害及由諧波引起的事故。在這里，本文對電力系統無功優化的定義先進行解釋。

電力系統無功優化，即以保證電力系統電壓質量為前提，利用無功補償來改變全網潮流，使系統的有功損失和無功補償費用最小。通過對電力系統無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償，由于在實際電網系統中，實際電荷是動態運動的，有時候負荷變化會很大。而傳統的動態無功，也就是靜態無功優化，無法充分考慮各個動態電荷的動態聯系。再者，傳統的靜態無功優化利用當時或過去某一時刻的優化結果來指導下一時刻的電力系統設備，顯然缺乏科學性。這樣而言，動態無功優化便應運而生了。一般而言，無功優化主要包含兩個方面，一方面是無功補償裝置的優化規劃，另一方面是電壓無功優化控制，把電壓無功優化控制叫做AVC。

1 無功補償裝置優化

所謂無功補償指在電網中安裝發出無功功率的設備，從而使負荷所吸收的無功被就地平衡，避免大量無功電流的遠距離傳輸。由于實際系統的無功負荷主要是感性負荷，因此實際系統的無功電流主要是感性無功電流。感性無功電流的相位滯后電壓90度，容性無功電流的相位超前電壓90度，容性無功電流與感性無功電流的相位正好相反，因此容性無功電流可以抵消感性無功電流。在大部分情況下，可以用電容器來補償負荷產生的無功電流，這就是無功補償。簡單的說，就是電網發出來的有有功功率和無功功率，而無功功率太大會增大電能損耗，而一般負載如電機類的負載是感性的，工作時需要消耗無功功率，所以就需要給電網無功補償，目前常用的是電容補償，利用電容發出的無功給負載提供無功功率，這樣能減小電網的損耗，還能提高設備的使用效率。配電網無功補償裝置的研發成功，以及其真正的投入批量生產，可帶來較大的社會效益。在電力行業主要分為高壓配電網和中低壓配電網兩個部分。

1.1 高壓網——依據“分層分區、就地平衡”的無功補償原則，根據電網實際負荷水平或負荷預測數據，綜合考慮設備投資、降損及調壓效果，應用改進遺傳算法和快速潮流計算方法，規劃決策區域電網中各220kV、110kV及35kV變電所的并聯電容器、并聯電抗器的安裝地點、安裝容量和分組方式，用以解決高壓配網無功補償計算長期沿用經驗公式而帶來的配置不合理的問題，并且有效降低網損、提高電壓合格率、減少投資、改善電網的穩定性。

1.2 中低壓網——以電網有功網損和電容器的安裝購置費用之和最小為目標，綜合考慮各種典型負荷水平下的補償需求，對低壓配網的無功補償提出配置規劃決策方案，其中包括：無功補償設備的配置位置、配置容量、分組方式，并且指出配置前后的網損變化、補償方案的工程預算、預期效益及回收年數，用以改變中低壓配網無功補償配置計算繁雜、工作量大、配置管理不足等缺點，解決中低壓配網電容器的補償容量、補償地點和補償分組的難題。無功補償對改善電壓質量起著重要作用。可以提高功率因素，達到降低系統損耗和提高系統供電效率的目的。目前，電力系統無功補償主要采用以下幾種方式：

①同步調相機。同步調相機屬于早期無功補償裝置的典型代表，它不僅能補償固定的無功功率，對變化的無功功率也能進行動態補償。

②并補裝置。并聯電容器是無功補償領域中應用最廣泛的無功補償裝置，但電容補償只能補償固定的無功，電容器補償方式仍然屬于一種有級的無功調節，不能實現無功的平滑無級的調節。

③并聯電抗器。目前所用電抗器的容量是固定的，除吸收系統容性負荷外，用以抑制過電壓。

2 電壓無功優化控制

電壓無功優化運行閉環控制，即通過調度自動化系統采集各節點遙測、遙信等實時數據以各節點電壓合格、關口功率因數為約束條件，進行在線電壓無功優化分析與控制，實現主變分接開關調節次數最少和電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網損率最小的綜合優化目標，最終形成控制指令，通過調度自動化系統自動執行，實現了。國內在這部分的產品，主要分為網調級別、省網和地區網以及縣級電網幾種，在地區級和縣級電網，這個系統可以分為集中式模式和分布式模式。不僅可以維持電壓水平和提高電力系統運行的穩定性，而且可以降低有功網損和無功網損，使電力系統能夠安全經濟運行。無功優化是在系統網絡結構和系統負荷給定的情況下，通過調節控制變量（發電機的無功出力和機端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調節）使系統在滿足各種約束條件下網損達到最小。

通過無功優化，使電能質量、系統運行的安全性和經濟性完美地結合在一起，這也決定著無功優化的前景十分廣闊。因此，對電力系統的無功優化研究意義重大。

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