配電網無功電壓優化方法分析

張家德

摘 要：在配電網運行時，變壓器和用電設備、輸配路等都會吸收一定數量的無功功率，從而造成整個配電網的功率因數下降，同時使線路的電壓壓降上升，電能損耗增加同時，還會使電力設備遭到破壞，從而給電力系統造成嚴重的經濟損失。因此，做好優化措施至關重要。

關鍵詞：配電網；無功電壓；優化

1 配電網無功電壓問題分析

電力無功電壓存在的問題具有多樣性，既有技術與設備方面的，也有管理方面的問題，技術與設備方面的問題主要表現為以下幾點：

第一，無功補償容量過小。在350KV及以下電壓等級的變電所中配置無功補償設備時，要將容量設置為主變壓器容量的0.1～0.3倍。目前，大多數配電網電壓偏高，因此大多數電力工程中都沒有設置電容器或容量偏小，有的部門甚至不惜犧牲電容器來提高設備的檔次。

第二，電容器配置缺乏合理性。部分變電所只在低壓設置并聯電容器，這就導致中壓所缺無功得不到補償，導致變壓器損耗增大；此外，單組電容器的容量普遍偏大，必須要一次性配置電容器并全部投入運行，但是在實際運行過程中，受負荷及其它因素的影響，一般電容器都無法正常投入運行，難以發揮應有的作用。

第三，變壓器額定電壓不合理。隨著目前電力網絡的增強，供電半徑逐漸縮小，因而配電網電壓無法滿足基本要求，電容器無法正常投入使用。

無功電壓優化是指在滿足配網電壓質量及潮流的情況下，對投切電容器、變壓器可調分接頭進行調節，維持配電網各節點的電壓需求，減少配網電能損耗，提高電力系統的供電質量，為用戶的安全用電提供保障，下面對配電網無功電壓優化運行管理進行分析。無功優化計算是一種有效的供電調度計算工具，其在指定的配電網系統負荷和網絡結構下，可以對發電機的幾段電壓水平、無功出力水平、電容器組、變壓器的分接頭實施有效的調節功能。也就是在能夠正常供電、不影響用戶正常使用的條件，通過對全網實施無功優化，相對地保持配電網的電壓處于一個可調節的穩定值，提高配電網運行的成效，以便能夠最大幅度地降低配電網運行時產生的損耗，為配電網企業提供更多的經濟效益。

2 配電網無功電壓優化方法

2.1 完善網絡結構

科學的網絡結構能夠提高電壓質量及供電可靠性，所以在電力系統規劃建設過程中，要能夠對負荷集中地區的最高電壓網絡加強電壓支持與網絡聯系；優化低一級電壓網絡并實行分層供電，采用環形布置、開環運行等方式來提高供電的可靠性，保障網絡結構運行方式能夠滿足電壓質量要求；根據電壓損失允許值、負荷大小等，來保障供電半徑的合理性；維持無功電源與無功負荷之間的平衡。

2.2 電容器投切

在配電網優化中，電容器投切的主要作用是降低網絡損耗，提高電能質量，因此，電容器投切對配電網的優化有十分重要的意義。在中低壓配電網中，三相負荷是隨機變化的，難以達到平衡狀態，大多數電容器投切優化是建立在三相負荷不平衡狀態上的，因為三相負荷不平衡會導致供電點三相電流、三相電壓不平衡，就會增加線路的損耗，同時還會對配電設備的安全狀態造成影響，因此，可以優化電容器投切，進行配電網三相不平衡負荷補償，從而達到優化配電網的作用。

2.3 綜合優化措施

將配電網網絡重構和電容器投切有效地結合起來，就能實現配電網綜合優化。由于配電網網絡重構是一個約束整數規劃問題，而配電網電容器投切優化是一個非線性整數規劃問題，單獨考慮其中一個問題都比較復雜，如果將兩者綜合起來進行考慮，就會更加復雜，配電網網絡結構的重構對電容器的投切會產生影響，而電容器投切又會對配電網網絡重構造成影響，因此，可以將綜合優化問題分解成配電網網絡重構和電容器投切兩個子問題，逐步交替迭代這兩個子問題，從而得到最優效果。在配電網網絡重構算法中對于得到的每一個重構方案，加入電容器投切過程，得到該方案的綜合優化，然后根據目標函數，交替迭代，逐漸得到最優解，最終得到可行的綜合優化方案。這種配電網無功優化管控方法常用于離線運行規劃、配電網安全性分析、配電網調度等過程中。電容器投切是采用遺傳算法進行計算的，在當前的補償設備上，以降低網損為目標，在滿足配電網電壓的基礎上，優化整個配電網，使得網損降到最低；而重構網絡是通過仿真配電網潮流計算，對網絡損耗進行評估，從而確定最優網絡結構。如果以網絡損耗當作衡量指標，配電網網絡重構效果最差，綜合優化方式比較好，電容器投切計算方法最好，但從配電網整體優化的角度看，綜合優化方式也比較好，因此，要根據實際情況，確定配電網無功電壓優化管控措施。

2.4 充分發揮無功優化系統的作用

無功優化系統的自動控制能夠在一定程度上減輕調度及運行人員的工作負擔，自動控制也更科學合理、更精確。為了使無功電壓滿足運行要求，無功優化系統需要滿足以下幾項條件：

第一，需要在保障配電網及設備安全運行的基礎上，優化無功電壓控制，確保無功補償設備配置的合理性及無功分層的平衡性，有效減少主變分接開關的調節次數，降低輸配電網的損率，最終提高配電網調度自動化水平、電力系統運行的安全穩定性及電壓質量，實現配電網損耗的最小化。

第二，需要保障全網電能損耗的最小化，減少全網設備動作次數，保障操作的科學合理性。

第三，需要保障母線電壓、調壓開關動作次數及電容器投切次數不越限，保證供電電源關口力率合格。

第四，要想確保無功優化系統發揮應有的作用，需要科學技術無功電壓，收集無功電壓的相關信息并發送到各工作站，再交給SCADA系統執行。當配電網內各級電壓合格時，該系統能夠保障本級配電網內無功功率流向的合理性，保障無功分層平衡。

3 結語

總之，在實際操作過程中，要重視對無功電壓的管理，全面認識當前無功電壓管理中存在的問題，選擇科學有效的方法進行治理，從而不斷提高無功電壓的管理水平，保證配電網安全穩定運行，只有做到這些，才能不斷提高電力部門的經濟效益，幫助其實現和諧發展。

參考文獻

[1] 任曉娟，鄧佑滿.高中壓配電網的無功優化算法[J].電力系統自動化，2002（07）.

[2] 胡澤春，王錫凡.配電網無功優化的分時段控制策略[J].電力系統自動化，2002（06）.