基于PSD-BPA的縣級電網無功優化分析

李 暉

（南寧市土木建筑工程公司，南寧 530001）

在我國，電力系統規劃通常包括電源規劃和電網規劃兩個部分，而電網規劃又可分為輸電網規劃和配電網規劃。縣級電網作為配電網的范疇，其無功規劃必須嚴格按照配電網無功規劃的要求進行。

無功規劃作為電網規劃的重要內容，長期以來沒有引起規劃設計部門的足夠重視，在進行電網規劃設計時大多按照以前的經驗來進行，較少進行無功規劃的優化計算，從而在一定程度上出現無功規劃容量過剩或不足的不合理現象。因此，必須注重電網的無功規劃問題，以保證電網的無功功率能得到合理的分布，進而保證整個電網安全、經濟和穩定的運行。

縣級電網無功規劃的主要目的是在基本上實現網絡有功功率傳輸后，解決縣級電網無功功率如何傳輸和供給的問題，達到在安全、可靠供電的前提下改善電能質量和降低網絡損耗。

縣級電網無功規劃的任務就是在已確定的網架基礎上，根據電網中無功負荷的分布情況，確定進行無功補償的方式，選擇合適的無功補償裝置，合理地確定無功補償點位置、無功補償容量和組數等相關信息，保證縣級電網能夠安全、優質、經濟地向用戶供電。

1 縣級電網的無功規劃

縣級電網在 我國量大而面廣，做好縣級電網的節能降損、無功規劃是推動電力行業提高經濟效益和供電質量的基礎工作。下面本文將簡要介紹一下進行縣級電網規劃的方法、步驟和相關注意事項。

1.1 縣級電網規劃的原則

縣級電網規劃的目的是確定縣級電網的網絡構架、建設規模、投資水平和投資年限。縣級電網的規劃一般按照以下五個原則進行：

1）電網發展與電力需求增長水平相適應的原則。

2）電網規劃建設必須兼顧可靠性和經濟性的原則。

3）必須堅持遠近結合、優化 電網結構的原則。

4）電網規劃建設中必須高低壓網絡協調發展的原則。

5）電網規劃的經濟性原則。

在進行縣級電網的規劃設計時，只有按照上述的原則進行，才可能保證縣級電網的規劃結果與實際情況基本相同。因此，在進行縣級電網的規劃設計時，必須嚴格按照上述縣級電網規劃設計的原則進行。

1.2 縣級電網規劃的基本步驟和方法

進行縣級電網的規劃，必須按照一定的方法和步驟來進行。否則，規劃結果可能與實際的情況出現較大的差異，這對于電網后期的建設有著非常不利的影響。因此，必須嚴格按照縣級電網規劃的方法和步驟進行；下面本文將給出進行縣級電網規劃的方法和步驟。

1）合理劃分供電區域

由于地理位置和負荷分布情況等的不同，必須對供電區域進行劃分。按照不同的規劃年份，確定不同的供電區域，組成縣級電網規劃設計方案。

2）按照劃分的供電區域進行負荷平衡

不同的供電區域，所具有的負荷水平和地區供電能力是不相同的。因此，必須按照供電區域進行負荷的平衡，保證地區電網的安全、經濟和可靠的運行。

3）制定規劃方案

電網規劃必須堅持近期與遠期相結合的原則，逐步實現向長遠目標的合理過度。在合理布局的原則下，逐步對現有的電網實行新建和改造，以提高供電可靠性和電能質量，改善電網的運行水平。因此，在制定電網的規劃設計方案時，解決好當前電網存在的問題，又要謀求長遠發展。

4）畫出反應上述內容的電網地理結線圖和系統結線圖。

整個縣級電網規劃設計的方案流程圖如圖1所示。

5）選址和選線

在選址和選線中，必須確定所址的具體位置和變電容量的具體配置情況。除此之外，還必須進行網絡接線的優化。這對于快速而準確地完成縣級電網的規劃工作具有十分重要的作用。

圖1 電網規劃基本步驟流程圖

2 PSD-BPA 軟件的簡介

PSD-BPA 潮流計算軟件是由中國電力科學研究院自主研發設計的，其具有5000 節點和10000 節點兩個版本。主要采用的計算方法有三種：P-Q 分解法、牛頓-拉夫遜法和改進的牛頓-拉夫遜算法，具體采用何種方法進行潮流計算則取決于用戶的個人習慣和選擇。為了提高程序的收斂速度，通常是先采用P-Q 分解法進行初始迭代，然后再轉入牛頓-拉夫遜法求解潮流，這樣不僅可以保證潮流計算結果的快速收斂性，而且能夠很快的進入迭代過程，為潮流程序的計算節省了大量的時間。

利用PSD-BPA 軟件進行電力系統的潮流計算，首先需要確定電力網絡各個節點的類型，并且需要了解電網所有不同電壓等級的輸電線路和變壓器的型號及參數。在整理完以上的數據之后，就可以開始編制電力網絡的潮流程序；在潮流程序收斂以后就可以開始利用PSD-BPA 軟件繪制電網的潮流圖。正確的潮流圖能夠幫助我們準確而快速的進行電網的無功優化，對縣級電網的無功規劃具有不可替代的作用。

3 基于PSD-BPA 的縣級電網潮流計算

利用PSD-BPA 進行電力系統的無功優化，必須首先確定電網各個節點的類型和相關參數；然后才能開始編制電網的潮流程序。下面將以縣級電網為例介紹利用PSD-BPA 進行縣級電網無功規劃的方法、步驟和相關注意事項。

1）原始數據的收集與整理

在這個過程中，需要收集與整理的基礎數據包括電廠、負荷節點、變電站和輸電線路等的相關數據。

2）潮流程序的編制過程

在這個過程中，必須首先確定縣級電網各個節點的類型，在節點類型確定之后，就給不同的卡片輸入不同的相關數據。在相關數據卡片的數據輸入完成之后，就可以運行原始潮流程序和繪制原始潮流圖。

3）原始潮流圖的分析

在繪制完原始潮流圖之后，就可以對原始潮流圖進行分析。確定原始潮流圖中存在的問題和相關的解決措施，以便于后面對原始潮流程序和原始潮流圖的調整修改。

4）原始潮流程序的修改

在分析完原始潮流圖以后，就可以進行原始潮流程序的修改，這個過程主要包括以下兩個方面：節點相關數據的加入、開環點的選擇和設置。

5）修改后潮流圖的分析

在完成原始潮流程序的修改之后，就可以開始運行修改后的潮流程序，并得到修改后的潮流圖。通過對修改后潮流圖的分析，可以得出很多對縣級電網無功規劃具有重要作用的結論。

6）潮流計算結果的分析

在完成以上所有的步驟之后，就可以開始具體分析潮流計算結果對縣級電網的現狀運行和遠景規劃所具有的重要作用。

4 基于PSD-BPA 的潮流計算結果對縣級 電網的意義

本文主要從無功優化前后縣級電網電壓合格率的比較來說明本次潮流計算結果對縣級電網規劃的作用。

4.1 無功優化前縣級電網的電壓合格率

進行無功優化以前，縣級電網的電壓質量很差，很難滿足縣級電網正常運行對電壓質量的要求。表1顯示了無功優化以前縣級電網的電壓合格率。

表1 無功優化以前縣級電網的電壓合格率

4.2 改善縣級電網電壓質量的措施

對于無功優化以前縣級電網的電壓質量不能滿足縣級電網正常運行的情況，本文主要采取以下措施來改善縣級電網的電壓質量。

1）調整電廠發電機的出力

針對無功優化以前縣級電網電壓質量極為低下的情況，可以通過調整發電機的有功和無功出力來使系統的電壓水平盡量保持在允許的波范圍之內。

2）增加某些節點有功或無功負荷

對于原始潮流圖中某些線路輸送有功或無功功率為0 的情況，可以通過給相應的節點增加有功或無功負荷來改善這種情況。

3）對某些節點增設無功補償

由于原始潮流圖中很多節點的電壓質量很差，難以滿足系統正常運行時對電壓質量的要求。因此，對這類電壓質量較差的節點增設無功補償可以起到調整這些節點電壓水平的作用。下面就以表2給出對一些節點增設的無功補償容量。

表2 對某些節點增設的無功補償容量

4）對縣級電網的出線進行等值處理

對于縣級電網220kV 和110kV 出線本文做了以下的處理；這樣的處理不僅使縣級電網的結構變的緊湊，更有利于縣級電網的潮流計算和無功優化分析。對縣級電網的出線具體做如表3所示的處理。

4.3 無功優化后縣級電網的電壓合格率

在對縣級電網的潮流計算結果進行了以上幾個方面的調整以后，縣級電網的電壓質量得到了很大的改善，完全可以滿足縣級電網安全、經濟和可靠運行的要求。下面就以表4列出無功優化調整以后縣級電網的電壓合格率。

表3 縣級電網出現的處理方式

表4 無功優化以后縣級電網的電壓合格率

4.4 無功優化前后縣級電網電壓質量的對比

通過表1和表4的對比可知，在進行無功優化前后，縣級電網的電壓質量的到了很大的改善。這主要表現在以下幾個方面：

1）220kV 電壓等級的節點在進行無功優化以前節點電壓合格率為75.00%；在進行了無功優化以后，節點電壓合格率變為100%。節點電壓的合格率得到了明顯的提高。

2）110kV 電壓等級的節點在進行無功優化以前節點電壓合格率為22.22%；在進行了無功優化以后，節點電壓合格率變為100%。節點電壓的合格率得到了明顯的提高。

3）35kV 電壓等級的節點在進行無功優化以前節點電壓合格率為00.00%；在進行了無功優化以后，節點電壓合格率變為100%。節點電壓的合格率得到了明顯的提高。

4.5 本次無功優化結果對縣級電網的作用

通過本次利用PSD-BPA 潮流計算軟件進行縣級電網的無功優化分析，本文得出了一些對縣級電網的規劃建設具有重要的作用的結論，這些結論對縣級電網的規劃建設具有的重要作用主要表現在以下幾個方面：

1）解決了以前縣級電網電壓質量不合格和無功功率分布不合理的情況，從而保證了縣級電網的電壓波動在允許的范圍之內；這對于保證縣級電網安全、經濟的運行具有十分重要的作用。

2）得到了縣級電網無功功率合理分布的潮流圖；進而掌握了縣級電網的日常運行狀況和負荷增長情況。這不管是對縣級電網的運行現狀，還是縣級電網的規劃建設都具有不可替代的作用。

3）了解了縣級電網的無功缺額情況，這對于提出合理的電源容量分布和無功補償裝置的安裝地點及安裝容量都具有很重要的作用。

4）得到了縣級電網2015年豐大運行方式的潮流圖，為2015年縣級電網的規劃建設提供一定的參考數據。

5 結論

縣級電網規劃建設的主要目的是在滿足技術要求和必要的可靠性的基礎上，為廣大電力用戶提供優質的電能。縣級電網規劃要遵循電網發展與電力需求增長的水平相適應的原則，滿足用戶對電力需求增長的需求；要兼顧可靠性和經濟性，在提高電網可靠性與經濟性投資之間尋找平衡；要堅持遠近結合、優化電網結構的原則，并在電網規劃中保持高低壓網絡協調發展。

[1] 李善穎,石慶鑫.大規模風電場并網運行無功補償研究[J].中國電力,2010,43(9): 71-74.

[2] 康利軍.地區電網電壓無功分析研究[J].電氣技術,2013(8): 66-68.

[3] 牟旭東,李全恒,劉艷平.地區電網無功優化控制研究[J].電網技術,2012(9): 13-15.

[4] 張磊,任惠,胡文平,等.基于BPA 對配電網無功優化的研究[J].廣東電力,2011,24(1): 36-40.

[5] 陳海炎,陳金富,段獻忠.含風電機組的配網無功優化[J].中國電機工程學報,2008,28(7): 40-45.

[6] 韓本帥,康凱,王邦惠,等.考慮風電接入的電力系統無功優化[J].山東電力技術,2009(3): 11-14.

[7] 郭經韜,陳璟華,周俊,等.電力系統無功優化方法綜述[J].黑龍江電力,2013,35(2): 185-188.

[8] 韓露,劉慧婷.電力系統無功優化方法及電壓調整措施概述[J].電源技術應用,2013(12): 88-94.

[9] 李闖,陳民鈾,付昂,等.含風電場的配電網無功優化策略研究[J].電力系統保護與控制,2013,40(9): 100-105.

[10] 朱洪波,宋穎巍,劉巖,等.風電場無功補償計算方法與容量配置研究[J].現代電力,2011,28(6): 73-76.