论电网工程中提高配网输电的可行性分析

蒲文

摘要：多年来，我国高压输电网络的优化很受重视，进行了较多的研究，也取得了很多成果，并在实践当中得以应用效果明显，而配电网无功优化的研究一直没有得到应有的重视。尽管国家实施两网改造工程以来，众多配网自动化系统、设备、装置应运而生，但都仅限于提高供电可靠性方面。配电网是电力系统的重要组成部分，它直接面向用户，对系统的可靠性和电压质量有较高的要求。因此如何利用和优化无功资源，进一步降低配网损耗，提高电压合格率，提高配网运行经济性，具有重要的实用意义。

关键词：配电网：无功优化：分析

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

引言：随着我国国民经济的飞速发展，电力负荷和电网容量的迅速增加，电网的经济运行问题，日益受到电力部门的重视。配电网是电力系统的重要组成部分。由于对配电网的特殊结构和对“无功”的认识不足等原因，我国配电网有功损耗、电压合格率等技术指标与发达国家相比有较大差距。配电网网损率居高不下，使得生产的宝贵电能白白浪费，影响了电力企业的经济效益。如何使在满足负荷需求的基础上，降低配电网网损，提高供电质量，使系统安全经济地运行，已成为电力系统急需研究和解决的重要问题，而无功优化补偿则是解决这一问题的重要手段之一。

一、配电网的网络结构

通过分析现在普遍实行的中低压配电网的接线方式(如下图1-1，1-2，1-3所示)我们可以得到如下结论：配电网可以看成若干个以电源点为根的树。从数据结构上来看，树结构是由根节点开始的节点集合，其组织方式是由根向外层节点扩展。一个节点既可看作上层某节点的予节点，又可看作下层某节点的父节点。对于某一特定节点，通常父节点只有一个，而子节点可有若干个，这些子节点又可分为一个首子节点和其它兄弟节点。因此下面在进行配电网无功优化计算时在计算配电网潮流时仅考虑配电网树状结构的潮流计算。现实中配电网通常采用的接线方式有：

二、配电网无功优化的意义

在配电网中大多数负荷和网络元件都需要消耗无功功率。如果负荷和网络元件所需的无功功率，都由发电机提供，则需要经过远距离输送，这样会增加电网网损，显然是不合理的。因此考虑在需要大量消耗无功功率的地方装设无功补偿装置，由补偿装置提供负荷所需无功功率，即无功补偿。由于历史原因，长期以来我国存在着较大的电力功率缺口，因此对于电源的建设明显要强于对电网的建设，重视有功调度问题而忽视无功调度问题，尤其是忽略配电网无功调度，导致大量无功功率在配电网中流动，这样既增加了配电网有功损耗，又影响了配电网电压质量。近年来，随着国民经济的快速增长，居民用电量急剧增加，配电网的负荷也越来越大，峰谷用电负荷差较大，而且负荷的中性负载(异步电动机)比例增大，致使峰谷电压波动更大，电网功率因数降低增加了配电网的有功网损，降低了配电网运行效率。同时在配电网实际运行中，由于缺少科学的无功优化控制策略，电力部门凭着经验控制配电网中的并联电容器的情况仍然存在，使配电网无功和电压得不到很好控制，增加了配电网有功损耗，降低了配电网的电能质量。配电网无功优化补偿，就是在保证配电网安全、可靠运行的前提下，通过计算无功潮流，并应用各种数学优化方法，确定配电网各点的最优补偿量、补偿方式。它是保证配电网安全、经济运行的一种有效手段，是降低网损、提高电网运行水平的重要措施，也是指导调度运行人员安排运行方式和进行电网无功规划不可缺少的有力工具。解决好配电网无功优化补偿问题，对于节约电能、减少投资、提高设备使用率、改善电压质量、提高电网运行的稳定性、经济性具有重要的现实意义和显著的经济效益。随着配电网的负荷日益增大，对配电网进行无功优化补偿，实现配电网的无功电压最优控制、无功资源的最优配置更是势在必行。

三、配电网无功优化方法

下面简单介绍一下各种优化分析方法在配电网无功优化中的应用。

(1)线性规划法

线性规划算法的关键是把非线性的求极值问题转化为线性问题进行处理。用数学上的泰勒级数展开理论，将目标函数及约束条件进行转化进而沿某一方向线性逼近真实解寻优。使用线性规划法解决配电网无功优化问题的方法：

1、通过对配电网无功优化的控制变量的合理选取，用逐次线性化方法求解，导出相应的灵敏度无功优化模型，采用线性规划法求解。

2、使用三级控制思想处理电网无功优化问题，继承了线性规划法的特点，能快速准确地给出控制对策，在PQ解耦原理基础上，通过约束分解简化形成较小规模的线性化模型，并采用LU分解法，使计算精度有所提高。

3、用逐步逼近的线性规划方法，在满足各种变量的约束条件下，求得最小网损，其中在形成线性舰划模型中采用PQ解祸的摄动法求敏感系数矩阵，使计算量较小。

(2)非线性规划法

如不考虑决策变量的离散特性，配电网的无功优化问题是典型的非线性规划

问题，引入非线性规划可提高模型的精度。其实现方法为：

1、在处理电容器变量使目标函数最优的过程中，用非线性规划法优化电容器的投切次数。

2、采用非线性规划法进行辐射型配电网电压控制，通过调整变压器分接头次数限制，来优化全网的电压。

3、通过并联电容器的投切和配电变压器分接头的调压作用来达到配电系统的电压和无功控制，使配电系统的能量损耗最小。

(3)混合整数规划法

混合整数规划(Mixed Integer Programming)法能够有效地解决优化计算中变量的离散性问题。该方法是通过分支——定界法不断定界以缩小可行域逐步逼近全局最优解。由于配电系统中的可投切电容器组和可调节变压器分接头都是整

数变量，所以混合整数规划法被用于配电网的无功优化中。其实现方法为：

1、在分析一些整型控制变量特性的基础上，建立了电压无功控制中使用的数字模型，并由此导出完整的非线性混合整数电压无功功率优化模型。

2、用混合整数规划法进行无功电压优化控制。

(4)动态规划法

动态规划法是解决多阶段决策过程最优化问题的方法。辐射型配电网中作为控制变量的有载调压变压器分接头及可投切电容器均取整数值，无功优化可按负荷预报分阶段进行，适合于用动态规划求解。其求解方法如下：

1、将优化过程划分N阶段，然后给出每一阶段有可能的状态量，应用动态规划法综合求取有载调压变压器分接头、配电站电容器和馈线电容器的控制策略，实现电压和无功优化，并满足控制调节次数的约束。

2、用动态规划法求取配电站电容器和有载调压变压器的运行策略，约束条件包括变压器分接头调节次数。

3、提出一种确定未来24h馈线电容器最优投切策略的动态规划方法，用恒电流模型求解电容器的台数，约束条件中包括对电容器投切次数的限制。

结束语：

制定电力技术是一种适合电能质量改善需求的新型电力电子技术，可以根据特定供电电压质量和可靠性的特殊要求，采用相应的技术。随着技术的进步，电力技术还在不断的发展和完善，相信不久的将来将会越来越节省。

参考文献：

[1]王明俊，于尔铿，刘广一．配电系统自动化及其发展．中国电力出版社．1998

[2]孙增析等．智能控制理论与技术清华人学出版社，1997

[3]ELakervi．E．J．Holmes．配电网络规划与设计．中国电力出版社，1999

[4]孙成宝，李，“泽．配电网实用技术．中国水利水电出版社，1998

[5]杨索琴．配电网无功优化控制的研究，河海夫学硕士论文，2002

[6]吴彤.涂光瑜.杨小卫.采用定制电力技术解决配电侧电能质量问题[期刊论文]-高电压技术2005,31(9)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。