電網無功優化的研究與實用程序的分析應用

鄭珉 內蒙古電力（集團）有限責任公司包頭供電局

電網無功優化的研究與實用程序的分析應用

鄭珉 內蒙古電力（集團）有限責任公司包頭供電局

隨著我國電力行業的迅猛發展，有諸多因素致使我國的電源(發電廠)分布不均衡，要保證系統的穩定和優良的電能質量，就必須解決遠距離輸電、電壓調節及無功補償等問題。配電網合理的無功補償方式，能夠有效地維持系統的電壓水平，降低有功網損,提高網絡輸送容量，減少發電費用，優化無功問題，其意義十分明顯。

無功優化 電壓質量 功率因數

1 前言

1.1 本文研究背景及現狀

隨著電力工業由城市供電逐漸發展為經超高壓電網輸電，電壓問題已不只是一個供電質量問題，還是關系到大系統安全運行和經濟的重要問題。無功補償設備的容量、運行性能和裝設地點，必須要考慮到可能出現的運行方式。滿足和適應電網電壓控制的要求，合理地配置和優化無功補償設備，這對于電力系統的穩定運行有著不可估量的作用。

波動性負荷造成的局部電網電壓不穩和功率因數惡化嚴重威脅著高自動化水平設備的電氣壽命，制約著企業生產效率的提高。

1.2 研究目的和意義

研究可以從兩方面著手：一方面，在阻感電路中，無功功率的大小表示電源與負載電感之間的能量交換的幅度。另一方面，在整流逆變電路中，無功功率一部分是由基波電流相移產生的，另一部分是由諧波電流產生的，其無功功率是由電路的非線性產生的。

2 無功優化配置的原理

2.1 無功優化簡介

傳統的無功優化理論大多應用于純交流輸電系統；但是，隨著高壓直流輸電（HVDC）、核能發電、風力發電等分布式發電的大規模應用以及電力市場理論的快速發展，高壓直流輸電及靈活交流輸電、電力市場、分布式發電等更多的領域也涉及到無功優化問題，目前關于上述技術的優化方案還比較少，值得我們進行進一步的研究。

2.2 無功功率的平衡

系統中無功功率的平衡與有功功率相似，可以用下式表示：

可以看出，每次對增廣矩陣中A矩陣元素的消元都是重復的，為了避免這種重復，我們把對相同的系數矩陣重復進行的消去與對不同的常數項進行的消去分開進行，形成所謂因子表，這就是因子表法。

2.3 無功優化的依據與原則

在電力系統運行中，在高峰與低谷期間，其無功電源以及無功負荷都要運用分(電壓)層和分(供電) 區相互平衡原則來加以配置并運行,同時還應當有相應的無功調節方法以及檢修備用；對于無功功率補償而言，它可以通過用戶端分散以及變電站集中等方式進行相應的補償,從而便于控制電網損耗,讓電壓質量得以提高；在補償裝置方面，主要采用可手動與自動頻繁投切相結合的電容器組。所用到的電容器組應當是密集型或者是一臺大容量且內部具有內放電電阻類型的電容器,而且還要有功率因數或者是電壓控制方面的投切功能。

2.4 無功補償的方式

在10kV供電網中所需的無功功率，主要包括配電變壓器勵磁所損耗的無功功率?QT，線路感抗所損耗的無功功率及感性用電負荷的無功功率?QF，即

2．4．1 負荷的無功功率補償

對于分散補償,無功補償主要是按提高功率因數的要求來計算所需補償電容器的容量QCF

補償電容器的容量是隨著負荷的變化而變化的，因此需要自動投切一部分電容器組，以達到最佳補償功率因數。尤其在距離較長的線路上進行集中補償，如農電網線路，補償點的影響更加明顯。對于l0kV配網來說，它的負荷通常會在線路上均勻分布，為了讓補償前與補償后的降損達到最大值，要要明確補償容量以及位置，( 1) 單點補償:當無功負荷在線路上進行均勻分布時，補償位置應當在距離線路前端2/3 L處，其補償容量是整條線路所需容量數值2/3時，線損會有最大的下降值。這時．可以線損下降率是：

根據前面的方法，可以求得當補償電容個數為n時，不同補償電容器相應的安裝位置，例如

(2)n個補償點

第i個為：

線損下降率是：

按照前面的求解方法，可以推導出無功負荷任意分布情況下的補償點以及補償容量。

雖然菲律賓等的提案不一定能得到大陸架劃界委員會的認可，[14]但其廣泛宣傳和對中國九段線的批評的確獲得了國際社會的不少支持。由于越南和菲律賓“原告式的表述”，中國在南海的主權立場已經很難獲得國際同情。[15]

2．4．2配電變壓器當中的無功損耗補償

在配電變壓器中，其無功損耗包括兩部分，分別是固定無功損耗以及可變無功損耗。前者主要作用在于建立起磁場方面的勵磁無功損耗，它和負荷電流沒有關系；而后者主要和負荷電流平方值成正比，屬于漏磁無功損耗，幾乎都在負荷處進行無功補償。對于變壓器來說，它的勵磁無功損耗主要消耗在勵磁電抗上，表達式為:

再由因子表與前代得到的向量F，得到方程組

3 潮流計算及程序

3.1 概述

應用計算機進行電力系統計算，首先要掌握電力系統相應計算的數學模型；其次是運用合理的計算方法；第三則是選擇合適的計算機語言編制計算程序。

3.2 電力系統潮流計算的程序算法

潮流計算是電力系統分析中的一種最基本的計算，它的任務是對給定的運行條件確定系統的運行狀態，如母線上的電壓（幅值及相角）、網絡中的功率分布及功率損耗等。

3．2．1 計算不平衡功率△P、△Q并形成修正方程式

目前計算機潮流計算的方法主要有牛頓-拉夫遜算法和PQ分解法。

在城市開發邊界與生態紅線“兩線合一”的劃線研究中，城市增長模型代表了城市發展的要求，生態安全格局代表了生態保護的要求。圖形核定在城市增長模型和生態安全格局已有的基礎上進行進一步研究。

對于所有的PQ節點都能夠按照下述公式得到無功功率增量△Q

對每一個PQ節點或每一個PV節點都可以根據下列公式得到有功功率增量△P

當有功功率增量以及無功功率增量都不符合下面所給的條件時

《金粉世家》里的金府是一個繁大家族，雖然沒有《紅樓夢》里賈府的三代同堂，但也不遜于它，有人統計過金粉世家里大大小小的主子丫鬟和仆人就有113位。家中的重要成員金銓是國務總理，這個身份足以支撐這個大家族繁衍發展。而與《紅樓夢》里賈府不同的是，這個家族里沒有《紅樓夢》里的封建意識，多得更是一些先進的思想。這也是身處新舊之間的張恨水他筆下營造的家族小說。這些比之巴金的《家》和茅盾的《子夜》也具有張恨水自己的特點。在一定程度上，也向我們傳達了一個世家在向現代過渡的過程中發生的種種變化。

3.2.2 利用因子表法求解修正方程

⑤設備歸位：當完成所有檢測工作后，設備退回涵洞口，按設備安裝的程序反向操作，拆卸爬行器、鏡頭、電纜等，將爬行器、鏡頭擦干，歸位入箱裝好。

例2 為探究光照強度對光合作用速率的影響，某生物興趣小組以魚腥藻為材料，利用圖3所示的實驗裝置，將光源分別置于距燒杯15cm、 25cm、 35cm、 45cm處，觀察每分鐘產生的氣泡數。重復多次、取平均值，得到圖4所示的實驗結果。據圖回答下列問題：

在使用PQ分解法時，其系數矩陣是在迭代過程中保持不變的，所以為了節省內存和縮短運算時間我們采取了因子表法。

式中：H(k)為信道沖激響應h(n)在第k個子載波上的頻率響應，Z(k)為高斯白噪聲z(n)的傅里葉變換。因此，可以得到頻域響應的估計結果，即：

若線性方程組一般形式如下：

再利用因子表進行前代過程，求出每次迭代后的常數項。其前代公式是：

對每一臺配變勵磁無功損耗加以補償，此時的無功損耗數值最小，補償的效果為最好，稱之為理論最佳補償點。如果是配變的無功補償，根據前文所得出的長線路負荷方面的補償計算以及容量不再適用，在線路較長的無功補償當中，電容通常是單獨運轉，所以必須要超出補償點才可以讓系統得到最優解。但是配變無功補償設備要放置在配變低壓一側，要和配變進行配合，假如有過補償情況，配變就必須要為補償提供一些容量，這樣就不能達到經濟運行。在此，最好的運行方式應為全補償。

求解出此方程即可得到線性方程組的解向量

3．2．3 多次迭代最終求得V和δ以及全線路功率

在研究各種工藝參數影響的基礎上，根據實際應用及統計分析確定每個因素的最高與最低水平，進行4因素的響應面設計，共27組，每組試驗均重復3次。試驗結果進行二次響應面回歸建模，并預測最佳工藝參數。

利用上面所介紹的方法求解修正方程組可以求得

從1957年第一顆人造地球衛星升空以來，截至2018年10月底，人類共進行了6 000余次航天器發射活動，把8 050余顆航天器送入地球軌道，目前只有約1 900個航天器在有效服役，而其他航天器皆因喪失功能而變成了空間垃圾。同時,已發生過260余次在軌航天器或火箭解體/爆炸/撞擊(破碎)事件，產生了數量眾多的太空垃圾，形成了唯一人為的外層空間環境--空間碎片環境。

經歷了1 9 7 9年那個冬天，殷燕才知道真的戰場遠比《英雄兒女》里更糟糕。2月2 7日晨，東線最關鍵的諒山戰役開始。有一個河南開封的兵李民，高個，白凈，愛說愛笑，會拉手風琴，醫院的女孩兒們都喜歡和他搭腔聊天，與殷燕相熟。“2月2 8日那天，從6 5 0高地上抬下來許多尸體。大家都在忙著工作，一個女兵突然驚呼：這不是李民嗎！頭的一半已被炮彈炸飛，軍裝被血浸透，擔架里都是血水。要不是拿出他左上兜能夠證明身份的生死牌，誰也不知道他就是李民。”殷燕回憶。

3.3 程序及說明

（1）節點功率結構體：節點功率不區分負荷功率和發電機功率，其值為本節點連接的各支路輸入功率及節點所接負荷、發電機功率之和，且規定功率流入節點為正，流出為負。

（2）結構參數結構體：G、B為線路的導納和容納；B0為線路的考慮變壓器Π型等值電路后的對地充電容納的一半Bc/2；k為折算到標準變壓器支路后的變壓器變比。

在我國悠久的歷史長河中，玉雕工藝一直是讓我們引以為傲的一門手藝，但原料大多數以翡翠和田玉玉石為主，若在硬度僅次于鉆石的藍寶石上雕刻，那絕對是一件十分考驗工匠能力的事情。而就在“中國藍寶石之都”的昌樂，有這樣一位堪稱“國家級”的藍寶石雕刻大師——劉海。可以說，是昌樂藍寶石成就了劉海的雕刻之路，而劉海的雕刻藝術又讓昌樂藍寶石的光芒更加閃耀。

4 結論與建議

由于無功優化是一個非常復雜的課題，涉及很多專業知識。在論文撰寫過程中有很多費解，難以琢磨的的知識點，對我提出了很大的挑戰。所以這也更好的鍛煉了自己，使我發揚了刻苦專研的精神。

[1]程浩忠，吳浩.電力系統無功與電壓穩定[M].第2版.北京:中國電力出版社，2004,20-25

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