電力系統無功優化與無功補償控制策略

劉清平　鄒清源　周錦麗

摘 要

在電力系統運行過程中，無功補償和優化的良好控制能夠有效減少電網運行的損耗，同時還可提升電網運行的穩定性。但是現階段我國電力系統無功優化和補償的問題日漸突出，這對其控制策略也提出了更加嚴格的要求。本文針對我國當前電力系統無功優化和補償應用等方面的不足進行分析，并提出相應控制措施予以改善。

【關鍵詞】電力系統 無功優化 無功補償 控制策略

城市化進程的加快促進現代化進程的發展，城市電網逐漸走向低壓配電的形式，隨著電力負荷與電源的涌現，其對城市電力系統的網絡結構與電源分布產生了一定的影響，這就導致電力系統的無功分布變得不合理化。在低壓電的線路中涌動著大量的無功電流，降低了電網功率因數，增加線路損耗，降低末端電壓，使用電客戶的用電質量出現問題。因此電力系統的無功優化和補償是現階段電力部門研究的主要課題之一。

1 電力系統無功優化

1.1 無功優化現狀

我國電力事業與電力系統的發展使電網電壓水平得到較大的提升，但是其中依然存在較多的問題需要解決。部分電網進行輕載運行時常出現電壓過高的情況，一些用電量較大的地區電壓設置已經超過相關部門的規定，對電網的安全運行造成巨大的隱患；在進行重載運行時，電網電壓偏低，導致大部分工業生產以及居民的正常用電受到影響。此外，電力系統無功功率的流動存在不合理性，這不僅會增加配電線路的損耗，還會降低電網運行的穩定性與經濟性。

1.2 無功優化存在的問題

當前我國配電網無功優化存在以下幾項問題有待解決：

（1）電力系統無功優化屬于一種非線性問題，非線性問題的規劃一般在進行局部收斂時可獲得最佳解決方案與效果，但是如何能夠跳脫出局部限制進行全局最優化有待研究；

（2）電力系統配電網線路損耗是無功優化的最低目標函數，這可能導致最后的母線電壓優化求解值會更加接近電網電壓設置的上限，但是在電網的實際運行中有關部門并不希望出現該情況。但若縮小電網電壓的約束范圍，則會增大無功優化收斂效果較差或不進行收斂或反復修正的風險，因此如何統一電壓質量與最佳經濟指標是需要進行解決的問題；

（3）電力系統的發展以及自動化水平的日漸提升均對無功優化的實時性提出了較為嚴格的要求，怎樣在最短的時間內，在不出現未收斂的基礎上求出優化最佳值是當前有關部門急需解決的問題之一。

1.3 無功優化措施

傳統靜態無功優化過程中的優化方法是采用過去某一時刻產生的最佳優化結果給予電力系統設備下一步優化指導，這種做法存在顯而易見的不合理性和不科學性。而采用動態無功優化則能夠在最大程度上避免靜態無功優化的缺點，一般情況下動態無功優化包括無功補償設備的優化以及電網電壓無功優化控制兩部分。

1.3.1 無功補償設備優化

無功功率的產生與配電變壓器、電機、加熱器等多種電力設備的運行有關，因此補償裝置選擇的合理性能夠有效減少電網線路的損耗，進而提升電網的配電質量。一般而言，可對負荷所致的無功電流使用電容器進行補償，至此出現無功補償。將其進行簡化敘述則為，電網運行過程中會產生有功和無功功率，無功功率過大會增加電網線路的損耗，但是電機類設備產生的負載屬于感性負載，其需要消耗無功功率保證運行，這就需要對電網進行無功補償以保證感性負載的水平。

1.3.2 電網電壓無功優化控制

無功優化閉環控制首先需要使用調度自動化設備和系統對各個節點的遙測數據、電壓合格數據等進行采集，并將其設置為優化控制的約束條件，同時在線實現電壓無功優化項目的分析以及控制措施設定，進行主變電分接開關最少次數的調整，對電容器進行最為合理的投切控制，實現最高電壓合格率以及最小電網損耗率的優化目標，進而以優化目標為依據形成指令，通過自動控制系統進行指令執行。

2 電力系統無功補償

2.1 無功補償形式

無功補償屬于無功優化的一部分，是無功優化在實際生活中的具體操作實例，其通過對電容器安裝位置以及容量進行不斷調整，進而尋找出能夠滿足各個約束條件的電網線路損耗最小值。電容器安裝位置以及容量的合理設定能夠使電力系統的電壓水平保持在合理的范圍內，保證電網運行的安全性和穩定性。現階段，實際生活中常見的配電網無功補償形式包括：變電站集中補償、低壓集中補償、桿上無功補償以及用電客戶終端補償四種。

2.2 無功補償存在的問題

現階段我國配電網無功補償過程中存在較多急需解決的問題，主要包括下述三個問題：

2.2.1 優化

電力系統無功優化配置的最終目的是基于電網電壓的正常水平最大幅度的減少電網損耗，在實現該目標的過程中還需要對補償后電網運行經費以及設備安裝經費進行最小化計算，其過程十分復雜繁瑣，為解決該問題曾有研究人員提出多種優化計算方式的假設，但最終效果并不顯著。

2.2.2 測量

當前國內10KV配電網線路負荷點無表計，加之工作人員的能力水平偏低，這就無法保證表計數據的實時性和準確性，導致優化計算難上加難。

2.2.3 諧波

電容器運行能夠放大諧波，而這種副作用則會對電容器的使用期限造成不良影響，并且電容器的損壞會加重諧波對電力系統的干擾，因此在進行無功補償時需要對諧波的治理進行充分考慮，以此減少對電力系統的影響。

2.3 無功補償措施

相關部門應對高、低壓電用電客戶的電網運行功率因數進行計算，并根據實際情況將功率因數法定值進行合理的提升，保證能夠在規范化層面以及法律層面解決用電客戶的無功補償問題。此外，有關部門應該為對電能流失漠然的客戶制定能夠提升其積極性的電力系統動率因數，并且建立既具有節能意識，又存在投資回報的法律法規，研發各種小巧、高質量以及高性價比的自動無功補償產品，保證實現小功率用電客戶的無功補償，進而減少無功功率的流動，提升電網運行安全性和穩定性。

3 結語

節約型社會是我國未來發展的目標，節約資源也是我國的基本國策之一，這就需要我們從實際生活中的點滴做起，實施電力系統的無功優化，開發電力系統的無功補償，降低無功功率對電網產生的損耗，節約電力資源，促進社會發展。

參考文獻

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作者單位

國網江西省電力公司培訓中心 江西省南昌市 330032