浅谈煤矿配电网两阶段无功补偿优化配制方法

赵景春

摘 要： 煤矿配电网通常存在着电压较低的情况，而传统的无功补偿装置存在着某些缺点，因此本篇文章针对煤矿配电网无功优化存在的问题，提出新型的优化补偿方案，就是运用静止无功发生器以及电容器组来配合实现配电网两阶段无功补偿的优化。通过研究结果表明，配电网的有功损耗显著下降，电压水平也得到了明显的改善。

关键词： 煤矿配电网；两阶段；无功补偿

【中图分类号】 TM727 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）14-0281-01

前言：

在煤矿开采过程中，随着开采深度的不断增加，机械化应用程度也逐渐加大，因此使用的大功率用电设备也随之增加，带来的结果就是煤矿用电的负荷不断增加，煤矿供配电系统的整体电压偏低的情况出现。而且煤矿的供配电系统往往在配电网后端，很容易出现电压不稳定的现象。因此对煤矿配电网实行无功优化补偿便非常有必要。一方面能够显著的降低供电网系统中的损耗提高电压，保证设备的正常运行，另一方面能够有效的节约用电，节省煤矿采集成本。

不过传统的无功优化补偿方案计算得出的电压往往偏高，这会对电网中设备的使用寿命造成显著的影响，而且电容器组的调节不能连续进行，导致在投切的过程中会出现过补偿或者欠补偿的问题。

因此本篇文章考虑到无功优化补偿以及综合考虑煤矿的效益前提下，尝试利用静止无功发生器SVG以及电容器组来配合实现配电网的无功优化两阶段无功优化方法，并且使用改进的粒子群算法来解答无功补偿容量。

第一阶段将有功网损作为无功优化配置电容器组的目标，第二阶段则将电压偏离作为目标，保证节点电压在一定范围内稳定。

一、补偿装置的地点选择

煤矿的整个电力系统具有规模较大的网路结构，并且具有众多的节点，不能够对每一个节点都进行补偿，因此需要首先对无功补偿装置的地址进行选择确定，也就是要选择出能够最大限度的、最有效的提升电压和系统电能质量的补偿节点。本篇文章中采用灵敏度法来确定无功补偿的节点。

二、建立两阶段补偿容量优化模型

确定好补偿位置之后需要对补偿容量进行优化配置来达到最优的补偿效果。传统的无功补偿优化结果节点电压通常较高，会损伤电网中用电设备的使用寿命，因此本篇文章采用两阶段优化模型。第一阶段配置电容器组，第二阶段克服第一阶段中电压偏高的缺陷，利用SVG进行连续调节，提高优化后电网中设备的电压质量。

（一）电容器组优化配置模型。

输电网中的常用控制变量为发电机断电压、变压器分接头位置和补偿电容器组数量。煤矿配电系统中通常使用单个电源，因此在配置无功优化模型的时候不将发电机考虑在内。

（二）SVG优化配置模型。

运用SVG无功补偿能够滤除谐波的特点，选择适合的位置来安装从而抑制电压的大幅度变化，从而将电压稳定在一定的范围之内。在第一阶段优化配置的基础之上，通过安装SVG优化装置来保证电网系统中电压的稳定。第二阶段将电压谐波总畸变率作为目标，力求总畸变率最小值。

三、补偿容量的优化算法

目前国内外已经有许多学者提出了关于无功优化的计算方法，包括传统的数学规划方法，不过这种方法杜宇初始值的选取要求比较高，而且要求目标函数要足够连续并且可微性要求也比较高。第二类便是通过人工智能方法来进行计算，这类方法的应用效果比较好。本篇文章通过PSO算法进行无功优化。

（一）共享适应度技术。

共享适应度技术就是指更新粒子适应度的时候，减小相似度高的粒子适应度，从而保证粒子种群的多样性。

（二）学习因子的动态调整。

学习因子表现的是粒子的社会学习能力和自我学习能力，如果社会学习能力较大，说明能够利于种群的局部搜索，而自我学习能力较大的时候，有助于粒子跳出局部最优解，搜索全局最优解。采用动态调整策略来控制粒子的飞行速度和方向，提高解的收敛速度和精度。

（三）两阶段无功补偿设备优化配置过程。

两阶段无功补偿优化配置的计算流程需要首先对网略各支路的参数进行确定，然后计算得出各个节点的灵敏度值，选择各个节点中灵敏度最高的节点做为最终确定的电容器组的补偿位置，然后计算确定出第一阶段的初始化种群中，每个例子包含控制变量电容器组的补偿容量以及调压变压器的档位，计算得到相应的种群状态，通过得到的有功网损最小作为标准。第二个阶段中，种群的每个粒子控制变量是SVG的补偿容量，通过计算优化保证电网中的电压偏差最小。

四、案例

将某煤矿中10kV矿井供电系统简化的节点图为案例。

上图的电网中共存在二十八的节点。

（一）补偿结果

第一阶段配置电容器组时根据灵敏度法选取补偿节点为节点2、5、9、11四个节点。

第二阶段中，节点11符合变化较大且呈现不确定性的要求，因此将其作为SVG补偿节点。

（二）補偿结果的分析

通过对无功优化前和无功优化之后两个阶段的有功损耗进行对比发现，实施无功优化之后两个阶段的电网系统中的有功损耗减少，而且第二阶段的有功损耗下降的更为明显。

利用改进的PSO方法对SVG进行优化配置之后，系统节点电压的最大畸变率也得到了控制，改善了系统的运行条件。特别是节点11安装了SVG后改善效果最为明显，不仅降低了电压最大畸变率，还一直了系统和电容器之间的谐波。

小结：

和传统的投切电容器组进行无功优化补偿的效果相比较，静止无功发生器SVG的两阶段无功优化补偿方法更能够保证煤矿电网系统中的电压稳定性，从而保证电网系统中的设备寿命不会受到影响。在计算优化效果的过程中，首先通过灵敏度法确定补偿节点并且采用PSO计算进行无功优化，提高煤矿电网系统中电压的质量，有效的减少电网系统中的有功损耗。通过对煤矿系统中的电力系统进行无功优化补偿配置计算，可以看到优化效果明显，可以经得起大力推行使用。

参考文献

[1] 张勇军，刘瀚林，朱心铭.地区电网感性无功补偿优化配置方法[J].电网技术，2011，35（11）：141-145

[2] 刘铭.中国煤矿最大容量SVG在同煤麻家梁矿的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然解学版），2013，32（3）：305-310

[3] 高慧敏，章坚民，江力.基于二阶网损无功灵敏度矩阵的配电网无功补偿选点[J].电网技术，2014，38（7）：1979-1983