電力系統無功補償點及其補償容量的確定

祁建懷　張昌麗　劉永江

摘要：無功補償是電力系統運行中不可缺少的一個環節，關于無功補償優化問題，是電力工作者需要面臨的課題之一。基于此，文章闡述了交流電路中電流和電壓的相關特點，利用對無功裕度的研究，明確了無功補償點，并提出了無功補償容量的優化措施，保證合理配置電力資源。

關鍵詞：電力系統；無功補償點；補償容量；無功裕度；電力資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2017）11-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.025

在電力系統中，電網負荷與容量并不是無限制的，隨著電網負荷與容量呈現出上升趨勢，電網經濟性問題以及安全問題也逐漸突出。為提高電力系統運行效率，降低無功損耗，增強電能質量，有關電力部門做出了多次的努力和嘗試。因此，電力工作者對無功補償優化問題也越加重視，其作為確保供電質量的主要方法之一，應對補償容量與無功補償點進行明確，采取有效合理的無功補償措施。

1 無功補償的原則與內容

在電力系統中，為確保電網運行的安全性和穩定性，需要優化無功補償和無功功率，無功補償點是否合理關乎到無功補償的效果，選取合理的無功補償點，以達到合理分配電力資源，保持電網供電水平，保證電網運行的穩定性和安全性。通過合理的選擇無功補償點以及實施相應的優化措施，可防止無功功率傳輸距離過遠，進而有效控制無功損耗與有功損耗，對電網安全運行起到促進作用，確保電力企業的經濟效益。

關于電網無功補償優化主要涉及的內容有兩點：一為明確無功補償點；二為明確無功補償容量。電網的穩定性、安全性和經濟性均與無功補償有著緊密的關系。

為達到優化無功補償的目的，選擇無功補償點時需要遵守以下三點原則：（1）按照電網本身特性，與電力系統網絡結構特點相結合，確立中樞點，可有效控制其他節點，并控制電網電壓處于相關標準范圍內；（2）確定無功補償點，需要遵守就地平衡原則，在電壓等級不相同的線路中，利用分層平衡可以有效防止電壓等級不同的無功功率流動，減少無功損耗，增加電力企業的緊急效益；（3）在電網中，無功補償需要保持在0.7以上的標準要求。

2 確定無功補償點

2.1 電壓穩定下的限制因素

假設潮流功率的方向是送端（S）→受端（R），簡化電路后，交流支路情況如圖1所示：

在靜態電壓穩定的基礎上，其兩個功率圓采用以下公式表示：

兩個圓心坐標可用如下公式表示：

半徑則為：

則圓心距以G表示，可用如下公式來表示：

圖2為兩個圓相切和相交的狀況：

2.2 無功裕度

按照電力系統運行的特點，在電力系統負荷達到一定規范值的時候，電網電壓近乎崩潰，需要以電壓穩定為基礎上，且滿足rQ+rP≥G、rQ≥0、rP≥0要求。由此得知，無功裕度定義概括來說，在靜態電壓穩定的情況下，臨近崩潰電壓點、系統運行點兩者之間存在的電氣距離可采用下式表達：

圖3為電網網絡拓撲圖，依照有關理論知識，可采用下式來表示節點i等效無功裕度：

式中：j為節點i連接的節點；Ni為節點i所連接的支路數量。

2.3 無功裕度值的計算

計算無功裕度值的方法可分成如下步驟：（1）按照電網線路參數與結構特點，計算出電網中潮流功率，并獲得各節點的功率以及電壓；（2）依照本文第二章第一小節內提出的公式來完成計算，可得到各節點的G、rQ、rP；（3）通過電網網絡拓撲、無功裕度公式和概念，對所有節點無功裕度值進行計算，同時根據相關規律來完成組合排列；（4）通常情況下，應根據由小到大的次序來排列計算出來的無功裕度值，以此數據作為依據，采用合理有效的無功補償方法。

3 確定無功補償量

一般情況下，無功補償容量是采用混合改進遺傳算法來確定的，此算法主要可分為兩個算法：一種是一階算法；另一種是二階算法。

在對無功優化特點進行充分考慮的基礎上，將二階算法、遺傳算法兩者有機結合之后，計算過程簡化如下：（1）編碼。通過浮點數碼來完成編碼工作，表示方式采用基因變量值范圍，以編碼長度來控制變量數量；（2）選擇。構建完善的評價體系之后，采用競爭的方式，達到優勝劣汰的目的；（3）變異和交叉。在常規算法中，影響性能的主要因素為變異率和交叉率，此兩者與收斂性有著直接聯系，若變異率和交叉率的指標適當提高，那么說明種群趨于局部優化或者一致；（4）算法終止。結合最優個體適應值、最大遺傳代數，在最大遺傳代數范圍之內，留下達到要求的最優個體以及輸出最優值。當一階算法終止之后，可以采用二階算法逐漸縮小搜索領域，為使計算結果的精確度得以提高，二階算法初始值采用一階算法獲得的最優值，然后直接開始優化搜索。二階算法比一階算法更具有優勢，主要表現在局部搜索方面，其中二階算法的局部搜索能力更強，進而獲取全局最優值更加容易。

4 無功補償方法以及相關設備分析

電力系統中，無功補償為電網運行的穩定性和安全性提供了有效的保障，所以需要優化無功補償的規劃，采取有效措施和相關設備確保順利實施，為電力系統運行提供技術支持。

根據接線方式與無功補償點，可將無功補償分成3種類型，分別為就地補償、分組補償以及集中補償。在實際運行中，主要采用的補償設備有靜止無功補償器、電抗器、并聯電容器、同步調相機等。這其中同步調相機指的是一種同步電動機，與常規同步電動機不同的是，它不存在機械負載。早期所采用的無功補償設備為同步調相機，隨著并聯電容器被廣泛應用，同步調相機地位逐漸降低，

目前并聯電容器作為最常用的無功補償設備，占整體電網設備大約90%左右，并聯電抗器可將余下的無功功率吸收，進而防止電網出現電壓過載現象。

隨著科學技術水平的不斷提高，電網技術在不斷完善，靜止補償器的出現使電網無功補償工作達到了理想化的效果，此設備對加強電網運行的穩定性有著重要意義，提高了電力企業的社會效益、經濟效益以及安全效益。

在使用上述這些設備的時候，無論同步調相機、電抗器還是電容器，它們對電力系統無功補償都是處于靜態條件下，但靜止補償器的出現使電力系統無功補償實現了動態，這得益于設備自身內部構造，利用2個晶閘管采用反并聯接線方式，直接控制電抗器、電容器的開關，達到了動態補償的效果。

5 結語

目前隨著電力系統不斷擴大規模，電網復雜性也隨之提高，無功補償問題逐漸變得越加復雜，然而為確保電力系統運行的安全性和穩定性，就需要不斷去深入研究無功補償課題，找到科學有效的無功補償點，明確補償容量，加強電路系統穩定性，確保供電質量，從而提高電力企業的社會效益與經濟效益。

參考文獻

[1] 侯樹文，曾浩，雷校省，錢俊良，趙臣鵬.斬控式交流調壓無功補償電路的設計[J].華北水利水電學院學報，2013，（5）.

[2] 侯勇.農網無功補償的管理探析與思路[J].科技創業家，2014，（8）.

（責任編輯：黃銀芳）