10 kV农村配网无功功率补偿技术探究

郭苑冰

（国网徐州市铜山区供电公司，江苏 徐州 221009）

0 引 言

根据近几年的电网损耗分析数据可知，10～220 kV电力系统的网损率大约是10%，其中10 kV电力系统网损率达到60%左右，无功功率带来的有功损耗也占据了极大的比例。因此，本文的10 kV农村配网无功功率补偿技术分析中主要考虑10 kV配电网的无功补偿处理，这对降低网损非常关键。

1 无功功率补偿原理及原则

在交流电路中，纯电阻元件中的负载电流与电压是同相位的，纯电感负载中，电流相位要比电压滞后90°，纯电容负载中，电流相位比电压超前90°。可见，纯电容负载中的电流与纯电感负载中的电流相位之差为180°，能够相互抵消。也就是说，电网中的大多数电力负荷，如电动机和变压器，都是感性负载，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备后，可提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，即无功补偿。无功功率补偿原则主要包括如下3个方面。

第一，分析线路流动中无功功率造成的有功损耗，根据就近原则进行无功功率补偿。第二，用户属于感性负荷用户，实行无功补偿可以实现对变压器绕组与感性负荷无功损耗的补偿处理，同时无功负荷出现变化后会自动投切电容器组。基于长期的经济运行角度分析，其无功功率补偿因数越高越好。第三，对于配变励磁无功损耗，应分析固定补偿方式、电容器自身的性能以及运行维护等因素，将配变无功补偿点控制在3处以内，一般选择两处。通过统筹配变无功补偿，满足线路感抗损耗无功功率处理要求[1]。

2 10kV农网无功补偿方式的应用

以某村10 kV农网的实际情况为例，进行了现状分析，配置无功补偿装置TCR+FC，成功解决了电压偏低的问题，取得了良好的效果。

2.1 现状分析

该10 kV线路为一条农村配网线路，长度达到24.5 km，负责为沿途的多个乡镇供电。本线路一共拥有70台配电变压器，总容量达到17 765 kVA，还存在诸多支线，线路末端的负荷涵盖村内公用变压器、一般工业用户以及工商业用户。通过潮流计算模拟线路潮流，基于实际的线路图折算处理支线与节点，然后分析线路的阻抗和负荷，最后将其折算为理论线路图[2]。模拟潮流如图1所示，按照潮流进行分析和计算，在线路正常运行的情况下分析各个支点的电压情况。

图1 模拟潮流图

2.2 基于外点罚函数的SVC优化配置

外点罚函数是通过一系列罚因子{Ci}，从可行域外部向约束边界逐步靠拢，求罚函数的极小点来逼近约束问题的最优点。外点罚函数法算法步骤为：

（1）给定线路状况初始点x(0)，罚参数列{Ci}及精度ε＞0，设k=1。

（2）构造罚函数F(x)=Ci+|kx-ε|。

（3）用某种无约束非线性规划，以xk-2为初始点求解F(x)。

（4）设最优解为xK，若xK满足某种终止条件，则停止迭代输出xK，否则令K=k+1，再次进行罚函数构造，继续分析下一个线路状况。

分析该线路现状后，按照配置步骤明确不同节点的无功补偿装置的容量。SVC优化配置情况如表1所示。经过优化配置仿真模拟节点3、5以及10的电压情况，具体结果如图2所示。

2.3 实际取得的效果

基于外点罚函数的SVC优化配置分析，其效果如下。

2.3.1 月度越限时间

在使用10 kV线路电压无功补偿装置之后，月度电压越限时间结果如表2所示。

由表2可知，当装置投运之后月度平均电压越限时间缩短了71.6%，在2019年7月到9月的夏季高峰期月度平均电压越限时间为11.33 min，大幅度缩短越限时间[3]。

表1 SVC优化配置情况

图2 SVC接入后的电压波动情况

2.3.2 线路末端电压

10 kV线路中使用无功补偿装置前后的电压月度运行情况，如表3所示。由表3可知，在装置投入运行之后平均运行电压从9.77 kV上升到10.32 kV，实际电压质量有了明显的提升。

2.3.3 功率因数检查

10 kV线路无功补偿装置投入运行前后的功率因素月度情况，如表4所示。由表4可知，在装置投入运行后平均功率因数从原本的0.84直接提升到0.95，大幅度降低了功率损耗[4]。

2.4 经济效益

10 kV线路无功补偿装置成本统计结果如表5所示。经过统计分析，装置成本为10 500元。

2018年和2019年7月到9月由于电压越限扩大了停电范围，造成了电量损失，具体情况如表6所示。通过分析可以看出，在装置投入运行之后，2018年7月到9月的供电超出量达到54 899.3 kW·h，本地的平均购电价格为0.35元/（kW·h），平均售电价格为0.7元/（kW·h），经济效益为：

表2 实施前后的对照情况分析

表3 实施前后的电压对照表

表4 实施前后功率因数对照表

表5 装置成本

表6 停电造成的电量损失

2.5 社会效益

目前，装置主要用于8条10 kV线路，运行情况如表7所示。分析表7可知，使用无功补偿装置提升了线路末端电压，满足质量需求[5,6]。

表7 薄弱线路的运行情况分析

3 结 论

在配电网的运行中，无功消耗会影响供电质量和效益，而使用配网无功补偿后能改善系统电压，提升电压质量，控制并减少线路损耗。希望通过本文对无功功率补偿技术的合理分析，可以提高配电网经济效益和社会效益。