電力系統(tǒng)無功補償點及其補償容量的確定

祁建懷　張昌麗　劉永江

摘要：無功補償是電力系統(tǒng)運行中不可缺少的一個環(huán)節(jié)，關(guān)于無功補償優(yōu)化問題，是電力工作者需要面臨的課題之一。基于此，文章闡述了交流電路中電流和電壓的相關(guān)特點，利用對無功裕度的研究，明確了無功補償點，并提出了無功補償容量的優(yōu)化措施，保證合理配置電力資源。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無功補償點；補償容量；無功裕度；電力資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2017）11-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.025

在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)負荷與容量并不是無限制的，隨著電網(wǎng)負荷與容量呈現(xiàn)出上升趨勢，電網(wǎng)經(jīng)濟性問題以及安全問題也逐漸突出。為提高電力系統(tǒng)運行效率，降低無功損耗，增強電能質(zhì)量，有關(guān)電力部門做出了多次的努力和嘗試。因此，電力工作者對無功補償優(yōu)化問題也越加重視，其作為確保供電質(zhì)量的主要方法之一，應(yīng)對補償容量與無功補償點進行明確，采取有效合理的無功補償措施。

1 無功補償?shù)脑瓌t與內(nèi)容

在電力系統(tǒng)中，為確保電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，需要優(yōu)化無功補償和無功功率，無功補償點是否合理關(guān)乎到無功補償?shù)男Чx取合理的無功補償點，以達到合理分配電力資源，保持電網(wǎng)供電水平，保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性。通過合理的選擇無功補償點以及實施相應(yīng)的優(yōu)化措施，可防止無功功率傳輸距離過遠，進而有效控制無功損耗與有功損耗，對電網(wǎng)安全運行起到促進作用，確保電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關(guān)于電網(wǎng)無功補償優(yōu)化主要涉及的內(nèi)容有兩點：一為明確無功補償點；二為明確無功補償容量。電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性均與無功補償有著緊密的關(guān)系。

為達到優(yōu)化無功補償?shù)哪康模x擇無功補償點時需要遵守以下三點原則：（1）按照電網(wǎng)本身特性，與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點相結(jié)合，確立中樞點，可有效控制其他節(jié)點，并控制電網(wǎng)電壓處于相關(guān)標準范圍內(nèi)；（2）確定無功補償點，需要遵守就地平衡原則，在電壓等級不相同的線路中，利用分層平衡可以有效防止電壓等級不同的無功功率流動，減少無功損耗，增加電力企業(yè)的緊急效益；（3）在電網(wǎng)中，無功補償需要保持在0.7以上的標準要求。

2 確定無功補償點

2.1 電壓穩(wěn)定下的限制因素

假設(shè)潮流功率的方向是送端（S）→受端（R），簡化電路后，交流支路情況如圖1所示：

在靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，其兩個功率圓采用以下公式表示：

兩個圓心坐標可用如下公式表示：

半徑則為：

則圓心距以G表示，可用如下公式來表示：

圖2為兩個圓相切和相交的狀況：

2.2 無功裕度

按照電力系統(tǒng)運行的特點，在電力系統(tǒng)負荷達到一定規(guī)范值的時候，電網(wǎng)電壓近乎崩潰，需要以電壓穩(wěn)定為基礎(chǔ)上，且滿足rQ+rP≥G、rQ≥0、rP≥0要求。由此得知，無功裕度定義概括來說，在靜態(tài)電壓穩(wěn)定的情況下，臨近崩潰電壓點、系統(tǒng)運行點兩者之間存在的電氣距離可采用下式表達：

圖3為電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，依照有關(guān)理論知識，可采用下式來表示節(jié)點i等效無功裕度：

式中：j為節(jié)點i連接的節(jié)點；Ni為節(jié)點i所連接的支路數(shù)量。

2.3 無功裕度值的計算

計算無功裕度值的方法可分成如下步驟：（1）按照電網(wǎng)線路參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點，計算出電網(wǎng)中潮流功率，并獲得各節(jié)點的功率以及電壓；（2）依照本文第二章第一小節(jié)內(nèi)提出的公式來完成計算，可得到各節(jié)點的G、rQ、rP；（3）通過電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲、無功裕度公式和概念，對所有節(jié)點無功裕度值進行計算，同時根據(jù)相關(guān)規(guī)律來完成組合排列；（4）通常情況下，應(yīng)根據(jù)由小到大的次序來排列計算出來的無功裕度值，以此數(shù)據(jù)作為依據(jù)，采用合理有效的無功補償方法。

3 確定無功補償量

一般情況下，無功補償容量是采用混合改進遺傳算法來確定的，此算法主要可分為兩個算法：一種是一階算法；另一種是二階算法。

在對無功優(yōu)化特點進行充分考慮的基礎(chǔ)上，將二階算法、遺傳算法兩者有機結(jié)合之后，計算過程簡化如下：（1）編碼。通過浮點數(shù)碼來完成編碼工作，表示方式采用基因變量值范圍，以編碼長度來控制變量數(shù)量；（2）選擇。構(gòu)建完善的評價體系之后，采用競爭的方式，達到優(yōu)勝劣汰的目的；（3）變異和交叉。在常規(guī)算法中，影響性能的主要因素為變異率和交叉率，此兩者與收斂性有著直接聯(lián)系，若變異率和交叉率的指標適當(dāng)提高，那么說明種群趨于局部優(yōu)化或者一致；（4）算法終止。結(jié)合最優(yōu)個體適應(yīng)值、最大遺傳代數(shù)，在最大遺傳代數(shù)范圍之內(nèi)，留下達到要求的最優(yōu)個體以及輸出最優(yōu)值。當(dāng)一階算法終止之后，可以采用二階算法逐漸縮小搜索領(lǐng)域，為使計算結(jié)果的精確度得以提高，二階算法初始值采用一階算法獲得的最優(yōu)值，然后直接開始優(yōu)化搜索。二階算法比一階算法更具有優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在局部搜索方面，其中二階算法的局部搜索能力更強，進而獲取全局最優(yōu)值更加容易。

4 無功補償方法以及相關(guān)設(shè)備分析

電力系統(tǒng)中，無功補償為電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性提供了有效的保障，所以需要優(yōu)化無功補償?shù)囊?guī)劃，采取有效措施和相關(guān)設(shè)備確保順利實施，為電力系統(tǒng)運行提供技術(shù)支持。

根據(jù)接線方式與無功補償點，可將無功補償分成3種類型，分別為就地補償、分組補償以及集中補償。在實際運行中，主要采用的補償設(shè)備有靜止無功補償器、電抗器、并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機等。這其中同步調(diào)相機指的是一種同步電動機，與常規(guī)同步電動機不同的是，它不存在機械負載。早期所采用的無功補償設(shè)備為同步調(diào)相機，隨著并聯(lián)電容器被廣泛應(yīng)用，同步調(diào)相機地位逐漸降低，

目前并聯(lián)電容器作為最常用的無功補償設(shè)備，占整體電網(wǎng)設(shè)備大約90%左右，并聯(lián)電抗器可將余下的無功功率吸收，進而防止電網(wǎng)出現(xiàn)電壓過載現(xiàn)象。

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，電網(wǎng)技術(shù)在不斷完善，靜止補償器的出現(xiàn)使電網(wǎng)無功補償工作達到了理想化的效果，此設(shè)備對加強電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性有著重要意義，提高了電力企業(yè)的社會效益、經(jīng)濟效益以及安全效益。

在使用上述這些設(shè)備的時候，無論同步調(diào)相機、電抗器還是電容器，它們對電力系統(tǒng)無功補償都是處于靜態(tài)條件下，但靜止補償器的出現(xiàn)使電力系統(tǒng)無功補償實現(xiàn)了動態(tài)，這得益于設(shè)備自身內(nèi)部構(gòu)造，利用2個晶閘管采用反并聯(lián)接線方式，直接控制電抗器、電容器的開關(guān)，達到了動態(tài)補償?shù)男Ч?/p>

5 結(jié)語

目前隨著電力系統(tǒng)不斷擴大規(guī)模，電網(wǎng)復(fù)雜性也隨之提高，無功補償問題逐漸變得越加復(fù)雜，然而為確保電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，就需要不斷去深入研究無功補償課題，找到科學(xué)有效的無功補償點，明確補償容量，加強電路系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保供電質(zhì)量，從而提高電力企業(yè)的社會效益與經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 侯樹文，曾浩，雷校省，錢俊良，趙臣鵬.斬控式交流調(diào)壓無功補償電路的設(shè)計[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2013，（5）.

[2] 侯勇.農(nóng)網(wǎng)無功補償?shù)墓芾硖轿雠c思路[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（8）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）