电力系统无功补偿优化规划

许家宝

( 安徽工程大学 安徽芜湖 241000)

随着我国电力的快速发展，电力系统的内部的无功补偿和无功优化问题变得日益突出，对于无功控制方法和优化方案的要求都越来越高，但现今我国在无功优化的控制模型中的算法上和应用上不充足，有很多的漏洞和缺陷。无功优化是一个重要的控制措施，以保证电力系统的安全运行。无功优化的目的是采用各种控制方法，将各项性能指标调整到最佳的工作状态，从而达到电力运行最优化，实现最高的经济效益。作为电力工作人员，在实际工作中，要主动根据研究问题的实际情况和特点，探寻无功补偿和无功优化的最佳方案。

1 电力系统无功优化现状与途径

1.1 电力系统无功优化的现状

电力系统的无功优化，是在满足充分确保电力系统的电压质量的要求下，采用科学的无功补偿措施和方法，以改变现有电网有功损耗的操作模式，减少电力系统的功能损失和无功补偿的费用。

随着时代的发展迅速，电力系统也变化很快。电网联网已经是必然的发展趋势，也会扩大电网的规模，从而会使电压中出现的问题越来越复杂，电压崩溃并导致整个电网出现事故的概率也渐渐增加，因此电压系统中电压的质量需要提高和改善，为了提高电压合格率、确保电能的质量，应加强无功电压调节能力，通过各种调节的手段，提高电网电压的合格率，确保电网运行的稳定性和安全性。

1.2 电力系统无功优化的途径

通过合理分配电力系统中的无功电源和对无功负荷补偿，因为电力系统的实际运行中，是动态的电荷，有时会有变化很大。而传统的动态无功是静态的无功优化，未能充分地考虑到动态电荷间的联系。

在传统的静态的无功优化中，往往是通过使用当时或者过去的优化结果去调节下一时刻的电力系统的设备，这种做法并不科学。动态的无功优化的出现解决了传统的静态的无功中出现的弊端。在一般情况下，无功优化包括两个方面:一个是规划优化无功补偿的装置;另一个是有效的控制电压的无功优化。

1.2.1 优化无功补偿的装置 无功功率是靠由电动机、变压器、线圈、感应加热装置等一些电力设备在运行过程中所产生的。科学合理选择电压补偿装置，能在最大程度上减少电力的损耗，提高电网的质量。在大多数情况下，能通过电容器去补偿负荷中的无功电流，即无功补偿。简而言之，电网同时产生了无功功率和有功功率。功率是过于笼统，增加了功率损耗，一般负载如电机负载是感性，工作的需要，不消耗功率，然而过大的无功功率增加了损耗电能，而普通的负载都是感性的，在运行时要消耗很多无功功率，因此，电网的无功补偿十分必要，现今电容补偿是运用最广，是通过电容器产生的无功给负载所需的无功功率，可以减少电网的功率损失，且能使设备的使用效率得到提高。

1.2.2 电压无功优化闭环控制 无功优化的闭环控制是利用调度自动化系统来收集的遥信、各节点遥测等实时数据和关口功率因素、各节点的电压的合格率作为约束条件，进行在线的电压无功优化控制和分析，以实现调整主变分接开关的次数最少和最合理的电容器投切、合格率最高的电压和损率最小的输电网等综合优化的目标，最终就能形成控制的指令，利用自动化系统自动完成调度。现在主要是网调级别、县级网、地区网和省级网几种。在县级电网和地区网，此系统可分为分布式模式和集中式模式。不仅能保持的电压平衡，并提高电力系统的稳定性，还可以减少无功损耗和有功损耗，使电力系统经济和安全地运行。

2 无功补偿原则与方式

2.1 无功补偿的原则

无功补偿的基本原则为布局合理，规划全面，就地平衡，补偿分级。具体的内容如下。

2.1.1 局部平衡和总体平衡相互结合 局部与总体平衡相结合既可以使电网的总无功达到平衡，又能使分站、分线的无功达到平衡。

2.2.2 分散补偿和集中补偿相互结合 主要是分散补偿，必须在负荷集中处实行电压补偿，既要在变电站中进行集中地补偿，又要在用电设备处、配电变压器和配电线路中进行分散地补偿，以至于保持无功的就地平衡，降低在长距离输电中电压损耗。

2.2.3 低压补偿和高压补偿相互结合 主要是低压补偿，这就跟分散补偿紧密联系。

2.2.4 调压和降损相互结合 主要是降损，同时不能忽视调压。对于输电线路分支多、距离较长、功率因数低、负荷较分散的线路可以优先考虑该种调节方法，此线路最明显的特点就是:线路损失大、负荷率低。若对线路进行补偿，能大大提高供电线路的输电能力。

2.2 按照补偿原则，确定无功补偿的方式

根据上述的基本原则，按照在电力系统中无功的走向，确定其容量和补偿方式。变电站高压集中补偿，是在变电站的母线上配置高压并联电容器组，以此补偿主变的空载线路漏补和无功损耗的无功功率。

2.2.1 随器补偿 配电变压器低压侧电容器，可以起到补偿配电变压器的漏磁无功功率和空载无功功率。通常情况下农网配边负载率比较低，尤其是在轻载和空载时，变压器的空载励磁武功是主要的无功富恶化，正因如此，配变无功不成容量不应该超过空载无功，否则容易导致过补偿问题的发生，具体的操作过程当中应该严格按照式Qb≤10% Se/100 (其中:10% 是空载电流百分数，从手册中可查出，Se 是变压器的额定容量)，但是用户变压器负荷率较高，对用户的变压器补偿应该以提高变压器出力为主。

2.2.2 随电动机补偿 在电动机之上并联电容器可以起到补偿电动机无功消耗的效果。根据运行统计显示，县级农网中电动机往往会有60%左右的无功功率，对此必须要做好电动机的无功补偿，从而降低对配电线路的损耗，并达到无功就地平衡和提高电动机出力的效果。通常情况下对于7.5kw 以上电动机进行补偿时，确定容量应按QC≤3UeI0。其次，对于符合较大的电动机，应该适当加大补偿容量，以大于电动机空载无功、小于额定无功负荷为准，即为Q0≤QC≤Qe。

2.2.3 动态无功补偿 电压是衡量电能的质量的主要标准之一，网损也体现了电力企业的综合性的技术经济。寻求提高电压的质量、降低电能的损耗的方法是电力企业目前的工作重心。电力系统的网络损耗的问题十分突出，无功补偿就是一种能有效减少线损的方法。在电力系统中，电压的无功控制通常包括就地控制和集中控制两种模式。随着电力系统中的自动化不断的提高，无人值班变电所的数量也不断增加，使集中控制变为可能和也十分必要，可采取以下措施:①针对无功优化的特性和各种算法的基础上，使用线性的无功优化的模型，并通过潮流雅可比矩阵直接求得灵敏度的系数，再建立无功优化模型，它的过程简单、原理清楚、没有经过简化处理，在规模较大的电力系统优化中有突出的优点。②针对无功优化中出现的问题，提出了带模糊约束函数的原对偶路径跟踪法。通过把运行中的软约束进行模糊化，就能获得较接近的最优解。大大减少计算量，并且迭代方程只增加一阶，还保持了原问题的良好的稀疏技术，保留了内点法良好的数值鲁棒性和收敛性能。③因为有载可调变压器和可投切的电抗器/电容器的都采用离散的分接头，所以无功优化是一个混合整数的规划。可利用分枝定界法进行规划。通过对分枝变量(变压器的分接头与电抗/电容器的投切组数)进行以启发式规则为基础的合理排序，能大大提高它的计算的精度，减少求解的时间以得到较满意的结果。

3 无功优化和无功补偿的措施

根据统计，电器设备每消耗1kw的有功功率，应该有1.2 ～1.3kvar的无功功率与之匹配。电力系统中无功电源主要是无功补偿设备、发电机发出的无功功率、高电压输电线路、电缆线路的充电功率及输出的无功功率等三个部分组成。从发电机中产生的无功功率通常是有功功率的40 ～60%;然而电缆线路和高电压输电线路的充电功率由于电压的高低和线路的长短等一些因素会有较大的差异。因此，在电力系统中有大约50%的无功功率需要用无功补偿设备去平衡。

现在的能源形势十分严峻。全面提倡构建节约型的社会，重视对无功功率的管理，加强无功功率的补偿力度，最大程度上降低电能的损耗，国家相关部门需要探索、论证、研究相关的法规技术或者标准形式，适当提高现在高、低压用户的功率因数的基本值;严格按照法律法规从根本上解决用户的无功补偿容量不足的问题。

对于大多数用户，无功的意思只是计量数据而没有费用的收取，认为这些电能只占有供电企业电网的电力资源，却和自己在经济上无任何关系，几乎没有人去关心和重视电能是否流失以及流失了多少。要调动这些用户提高功率因数的积极性，根据最新的技术要求制定出一套有助于节能减耗的方案，还要有助于用户的投资回报，运用高科技的研究成果，研究出适用于小用户、体积小、价格合理、性能高的无功补偿产品，还要采取无功补偿的相关措施，以至于能减少无功功率的流动，真正实现“跟踪补偿”和“就地补偿”的无功补偿原则。

4 结束语

我国已经全面进入节约型的社会，节约资源已成为我国的基本国策。加强电力系统有功优化和无功补偿方面的开发和研究，把节约电能作为电力系统内部的头等大事，不仅能降低电力的损耗，有效地节约电力资源，在本质上增加供电企业自身的经济效益，并且可以让广大的用户从中受益匪浅。因此，电力工作人员有责任和义务立足于工作本身，为节约电力能源、构建节约型的社会做出自己的贡献。