電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與無功補償控制策略

劉清平　鄒清源　周錦麗

摘 要

在電力系統(tǒng)運行過程中，無功補償和優(yōu)化的良好控制能夠有效減少電網(wǎng)運行的損耗，同時還可提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。但是現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)無功優(yōu)化和補償?shù)膯栴}日漸突出，這對其控制策略也提出了更加嚴格的要求。本文針對我國當前電力系統(tǒng)無功優(yōu)化和補償應(yīng)用等方面的不足進行分析，并提出相應(yīng)控制措施予以改善。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 無功優(yōu)化 無功補償 控制策略

城市化進程的加快促進現(xiàn)代化進程的發(fā)展，城市電網(wǎng)逐漸走向低壓配電的形式，隨著電力負荷與電源的涌現(xiàn)，其對城市電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與電源分布產(chǎn)生了一定的影響，這就導致電力系統(tǒng)的無功分布變得不合理化。在低壓電的線路中涌動著大量的無功電流，降低了電網(wǎng)功率因數(shù)，增加線路損耗，降低末端電壓，使用電客戶的用電質(zhì)量出現(xiàn)問題。因此電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和補償是現(xiàn)階段電力部門研究的主要課題之一。

1 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化

1.1 無功優(yōu)化現(xiàn)狀

我國電力事業(yè)與電力系統(tǒng)的發(fā)展使電網(wǎng)電壓水平得到較大的提升，但是其中依然存在較多的問題需要解決。部分電網(wǎng)進行輕載運行時常出現(xiàn)電壓過高的情況，一些用電量較大的地區(qū)電壓設(shè)置已經(jīng)超過相關(guān)部門的規(guī)定，對電網(wǎng)的安全運行造成巨大的隱患；在進行重載運行時，電網(wǎng)電壓偏低，導致大部分工業(yè)生產(chǎn)以及居民的正常用電受到影響。此外，電力系統(tǒng)無功功率的流動存在不合理性，這不僅會增加配電線路的損耗，還會降低電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。

1.2 無功優(yōu)化存在的問題

當前我國配電網(wǎng)無功優(yōu)化存在以下幾項問題有待解決：

（1）電力系統(tǒng)無功優(yōu)化屬于一種非線性問題，非線性問題的規(guī)劃一般在進行局部收斂時可獲得最佳解決方案與效果，但是如何能夠跳脫出局部限制進行全局最優(yōu)化有待研究；

（2）電力系統(tǒng)配電網(wǎng)線路損耗是無功優(yōu)化的最低目標函數(shù)，這可能導致最后的母線電壓優(yōu)化求解值會更加接近電網(wǎng)電壓設(shè)置的上限，但是在電網(wǎng)的實際運行中有關(guān)部門并不希望出現(xiàn)該情況。但若縮小電網(wǎng)電壓的約束范圍，則會增大無功優(yōu)化收斂效果較差或不進行收斂或反復修正的風險，因此如何統(tǒng)一電壓質(zhì)量與最佳經(jīng)濟指標是需要進行解決的問題；

（3）電力系統(tǒng)的發(fā)展以及自動化水平的日漸提升均對無功優(yōu)化的實時性提出了較為嚴格的要求，怎樣在最短的時間內(nèi)，在不出現(xiàn)未收斂的基礎(chǔ)上求出優(yōu)化最佳值是當前有關(guān)部門急需解決的問題之一。

1.3 無功優(yōu)化措施

傳統(tǒng)靜態(tài)無功優(yōu)化過程中的優(yōu)化方法是采用過去某一時刻產(chǎn)生的最佳優(yōu)化結(jié)果給予電力系統(tǒng)設(shè)備下一步優(yōu)化指導，這種做法存在顯而易見的不合理性和不科學性。而采用動態(tài)無功優(yōu)化則能夠在最大程度上避免靜態(tài)無功優(yōu)化的缺點，一般情況下動態(tài)無功優(yōu)化包括無功補償設(shè)備的優(yōu)化以及電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制兩部分。

1.3.1 無功補償設(shè)備優(yōu)化

無功功率的產(chǎn)生與配電變壓器、電機、加熱器等多種電力設(shè)備的運行有關(guān)，因此補償裝置選擇的合理性能夠有效減少電網(wǎng)線路的損耗，進而提升電網(wǎng)的配電質(zhì)量。一般而言，可對負荷所致的無功電流使用電容器進行補償，至此出現(xiàn)無功補償。將其進行簡化敘述則為，電網(wǎng)運行過程中會產(chǎn)生有功和無功功率，無功功率過大會增加電網(wǎng)線路的損耗，但是電機類設(shè)備產(chǎn)生的負載屬于感性負載，其需要消耗無功功率保證運行，這就需要對電網(wǎng)進行無功補償以保證感性負載的水平。

1.3.2 電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制

無功優(yōu)化閉環(huán)控制首先需要使用調(diào)度自動化設(shè)備和系統(tǒng)對各個節(jié)點的遙測數(shù)據(jù)、電壓合格數(shù)據(jù)等進行采集，并將其設(shè)置為優(yōu)化控制的約束條件，同時在線實現(xiàn)電壓無功優(yōu)化項目的分析以及控制措施設(shè)定，進行主變電分接開關(guān)最少次數(shù)的調(diào)整，對電容器進行最為合理的投切控制，實現(xiàn)最高電壓合格率以及最小電網(wǎng)損耗率的優(yōu)化目標，進而以優(yōu)化目標為依據(jù)形成指令，通過自動控制系統(tǒng)進行指令執(zhí)行。

2 電力系統(tǒng)無功補償

2.1 無功補償形式

無功補償屬于無功優(yōu)化的一部分，是無功優(yōu)化在實際生活中的具體操作實例，其通過對電容器安裝位置以及容量進行不斷調(diào)整，進而尋找出能夠滿足各個約束條件的電網(wǎng)線路損耗最小值。電容器安裝位置以及容量的合理設(shè)定能夠使電力系統(tǒng)的電壓水平保持在合理的范圍內(nèi)，保證電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。現(xiàn)階段，實際生活中常見的配電網(wǎng)無功補償形式包括：變電站集中補償、低壓集中補償、桿上無功補償以及用電客戶終端補償四種。

2.2 無功補償存在的問題

現(xiàn)階段我國配電網(wǎng)無功補償過程中存在較多急需解決的問題，主要包括下述三個問題：

2.2.1 優(yōu)化

電力系統(tǒng)無功優(yōu)化配置的最終目的是基于電網(wǎng)電壓的正常水平最大幅度的減少電網(wǎng)損耗，在實現(xiàn)該目標的過程中還需要對補償后電網(wǎng)運行經(jīng)費以及設(shè)備安裝經(jīng)費進行最小化計算，其過程十分復雜繁瑣，為解決該問題曾有研究人員提出多種優(yōu)化計算方式的假設(shè)，但最終效果并不顯著。

2.2.2 測量

當前國內(nèi)10KV配電網(wǎng)線路負荷點無表計，加之工作人員的能力水平偏低，這就無法保證表計數(shù)據(jù)的實時性和準確性，導致優(yōu)化計算難上加難。

2.2.3 諧波

電容器運行能夠放大諧波，而這種副作用則會對電容器的使用期限造成不良影響，并且電容器的損壞會加重諧波對電力系統(tǒng)的干擾，因此在進行無功補償時需要對諧波的治理進行充分考慮，以此減少對電力系統(tǒng)的影響。

2.3 無功補償措施

相關(guān)部門應(yīng)對高、低壓電用電客戶的電網(wǎng)運行功率因數(shù)進行計算，并根據(jù)實際情況將功率因數(shù)法定值進行合理的提升，保證能夠在規(guī)范化層面以及法律層面解決用電客戶的無功補償問題。此外，有關(guān)部門應(yīng)該為對電能流失漠然的客戶制定能夠提升其積極性的電力系統(tǒng)動率因數(shù)，并且建立既具有節(jié)能意識，又存在投資回報的法律法規(guī)，研發(fā)各種小巧、高質(zhì)量以及高性價比的自動無功補償產(chǎn)品，保證實現(xiàn)小功率用電客戶的無功補償，進而減少無功功率的流動，提升電網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

節(jié)約型社會是我國未來發(fā)展的目標，節(jié)約資源也是我國的基本國策之一，這就需要我們從實際生活中的點滴做起，實施電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化，開發(fā)電力系統(tǒng)的無功補償，降低無功功率對電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗，節(jié)約電力資源，促進社會發(fā)展。

參考文獻

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作者單位

國網(wǎng)江西省電力公司培訓中心 江西省南昌市 330032