農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償最佳優(yōu)化配置

錢勇

摘要：隨著我國城市化水平的不斷提升，我國的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度也越來越快，農(nóng)村的用電量也逐漸提升，需求不斷增加，由此國家提出了農(nóng)網(wǎng)升級改造的要求，提升農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對其進(jìn)行完善與優(yōu)化，并要求盡全力解決農(nóng)村配電網(wǎng)設(shè)備老化、技術(shù)水平老舊等不良問題，國家為農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)也做出了貢獻(xiàn)，為農(nóng)村電力發(fā)展指導(dǎo)了新的方向，確保用電安全與用電質(zhì)量，提升科技進(jìn)步水平，保障農(nóng)網(wǎng)電壓的無功綜合管理水平的提升，保障穩(wěn)定的持續(xù)的供電，降低電能的消耗，促進(jìn)農(nóng)村電力的發(fā)展。那么如何更好地解決農(nóng)村配電網(wǎng)中低電壓問題，為用戶提供更加方便的服務(wù)，是一個值得探討的問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村配電網(wǎng);無功補(bǔ)償;最佳優(yōu)化配置

1配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑砑胺绞?/p>

1.1無功補(bǔ)償原理

在配電網(wǎng)中，電流在感性元件與容性元件中做功，兩者電流方向互差180°——在感性元件中滯后90°，而在容性元件中超前90°，所以在電網(wǎng)中按比例配置容性元件與感性元件，使感性電流與容性電流相互抵消，能量在容性負(fù)載與感性負(fù)載之間相互交換，以此達(dá)到無功功率補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｈ菪载?fù)荷裝置與感性負(fù)荷裝置是通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接到系統(tǒng)中的，容性負(fù)載產(chǎn)生的無功由感性補(bǔ)償裝置提供，而感性負(fù)載產(chǎn)生的無功由容性補(bǔ)償裝置提供。由于配電網(wǎng)中大部分負(fù)載是感性元件，無功補(bǔ)償一般以容性元件為主。雖然電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)可輸出無功功率，但同步發(fā)電機(jī)的無功輸出能力畢竟有限，況且需長距離傳輸，極不經(jīng)濟(jì)，因而配電網(wǎng)中的無功缺額應(yīng)在配電網(wǎng)內(nèi)補(bǔ)償。

1.2無功補(bǔ)償方式

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償主要采用變電站集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上線路補(bǔ)償和用戶終端分散補(bǔ)償?shù)确绞健Ｗ冸娬炯醒a(bǔ)償是在變電站10kV母線上配置無功補(bǔ)償裝置，這些裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，優(yōu)點是集中補(bǔ)償、維護(hù)管理方便，但主要補(bǔ)償主變及上級輸配線路的無功損耗，不能彌補(bǔ)下級配電網(wǎng)的缺損。低壓集中補(bǔ)償是在配變低壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，這種裝置能根據(jù)用戶負(fù)荷的波動進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，優(yōu)點是可以減小配變與配電網(wǎng)損耗，保證供電質(zhì)量，但補(bǔ)償量往往不夠準(zhǔn)確，存在過補(bǔ)或欠補(bǔ)問題。桿上線路補(bǔ)償是在架空線路桿塔上配置無功補(bǔ)償裝置，優(yōu)點是易于維護(hù)，補(bǔ)償效果明顯，但受安裝環(huán)境限制，補(bǔ)償裝置較為簡單，一般不設(shè)分組投切裝置，可能出現(xiàn)輕載過補(bǔ)償現(xiàn)象。用戶終端分散補(bǔ)償是在負(fù)荷設(shè)備就近配置補(bǔ)償裝置，一般在電動機(jī)旁設(shè)置電容器或電容器組，這種方式的優(yōu)點是適合中小型設(shè)備，但補(bǔ)償點分散，維護(hù)管理不方便，且受到負(fù)荷波動影響，補(bǔ)償裝置利用率較低。

2農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用方式

2.1變電站集中補(bǔ)償

要想使輸電網(wǎng)降低線路的損耗，供電網(wǎng)絡(luò)無功功率取得平衡，可以對變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償方法需要的設(shè)備有：并聯(lián)形式的電容器、同步調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器等。變電站采用集中補(bǔ)償方法的作用是，對輸電網(wǎng)和輸電線路的功率因數(shù)進(jìn)行改善，選擇集中補(bǔ)償，補(bǔ)償需要的設(shè)備要安裝在變電站的主干線路上。集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢為，設(shè)備安裝在變電站內(nèi)，管理方便、設(shè)備維護(hù)方便，缺點是降低線路損耗的效果不明顯。

2.2低壓分散無功補(bǔ)償

低壓分散無功補(bǔ)償技術(shù)，指的是變壓器電壓低的一側(cè)安裝補(bǔ)償設(shè)備，對電容器采用分散固定容量補(bǔ)償，它能夠避免電容器并聯(lián)集中補(bǔ)充方式由于容量太大導(dǎo)致涌流太大的問題，同時還能增強(qiáng)配電網(wǎng)輸供電能力，有效降低損耗，節(jié)能明顯。分散補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是，電壓負(fù)荷比較低時，可以減少變壓器運行組數(shù)，避免補(bǔ)償過量，同時設(shè)備應(yīng)用簡單，可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。缺點是操作需要人工進(jìn)行投切，如果操作人員出現(xiàn)操作失誤，就會發(fā)生補(bǔ)償過量或者補(bǔ)償不足的情況。

2.3無功功率就地補(bǔ)償

無功功率就地補(bǔ)償指的是，把電力感應(yīng)負(fù)載和電容器實施并聯(lián)，這樣就可以同電機(jī)運行和停止一起同步，電機(jī)在停止運行后，可以對電容器直接供電，這樣就不用其他的供電方式。實際運行過程中，電機(jī)的無功由電容器直接供給。采用此種方法，優(yōu)點是能量交換距離非常短，能夠顯著減少線路的電能損耗。在同樣的運行條件下，線路損耗和電流大小是正比的，所以無功功率就地補(bǔ)償?shù)姆绞剑軌蚱鸬阶詈玫墓?jié)能效果，效益非常明顯。

3配電網(wǎng)無功源最佳配置點的選擇

3.1配電網(wǎng)的分區(qū)

在進(jìn)行農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃時，由于其涉及范圍廣、輸送線路地理環(huán)境復(fù)雜，因此合理的分區(qū)有利于提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平，在進(jìn)行配電的無功優(yōu)化時，首先對所優(yōu)化的區(qū)域進(jìn)行配電網(wǎng)分區(qū)，然后在各分區(qū)中進(jìn)行優(yōu)化選擇，以避免整體區(qū)域?qū)?yōu)無功配置點的繁瑣與盲目。對目標(biāo)區(qū)域分區(qū)方式通常按照其地理狀況及負(fù)荷的分布情況而定，本文采取由各基層供電所管理的臺區(qū)地理范圍來定，這樣既節(jié)約了分區(qū)的時間和方便管理，同時更符合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)實際運行的情況。

3.2配電網(wǎng)無功優(yōu)化算法

配電網(wǎng)無功優(yōu)化、配置點尋優(yōu)算法的方法多樣，由于GA可以依靠父系遺傳使得上一代尋優(yōu)結(jié)果能用來進(jìn)行到下一代尋優(yōu)，可以最大概率地尋找到全局最優(yōu)解，同時具有占用運行空間少、也很少存在易局部收斂如禁忌搜索算法等優(yōu)點，在配電網(wǎng)無功優(yōu)化中得到廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)GA運用在大型電網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行尋優(yōu)時，存在計算時間長、計算量大等缺點。針對傳統(tǒng)GA的缺點，本文在優(yōu)化尋優(yōu)模型和算法方面進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種按管理區(qū)域劃分的分區(qū)改進(jìn)型遺傳算法來進(jìn)行無功的最佳優(yōu)化。首先引入罰函數(shù)對目標(biāo)函數(shù)模型進(jìn)行約束，其次根據(jù)原有電網(wǎng)管理的地理區(qū)域為分區(qū)依據(jù)進(jìn)行尋優(yōu)空間的劃分，在各分區(qū)中分別同時采用改進(jìn)的遺傳算法尋優(yōu)，最后通過凝聚、比較，確定最佳解，有效地避免了尋優(yōu)計算時間長、收斂慢和計算量大等問題，同時使得無功補(bǔ)償配置更可靠合理。

3.2微機(jī)控制無功自動補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

電力系統(tǒng)的負(fù)荷分有功負(fù)荷和無功負(fù)荷兩個部分。有功功率與頻率、凍動機(jī)的油門開度有關(guān)。無功功率與電壓也就是發(fā)電機(jī)的勵磁有關(guān)，因此無功功率的主要來源則是發(fā)電帆勵磁。一個繼電器控制一臺交流接觸器，一臺交流接觸器控制一組電容器，由交流接觸器的輔助接點來控制電容器組的放電電阻。交流接觸器的上端裝有熔斷器的隔離，主要用于短路保護(hù)以及隔離電源。另外，二者之間有不同之處，如各組的電容器容量不一樣。對無功補(bǔ)償自動投切裝置的要求：能夠自動根據(jù)無功負(fù)荷的變化而投切電容器組，且能夠保證功率在0.95以上，并且不會過補(bǔ)償;還有就是能夠滿足電容器組的自動循環(huán)投切要求，讓電容器與接觸器的使用幾率相近，延長其使用壽命;還有就是最好是具有過電壓的保護(hù)功能等;保證在輕荷過程中不會造成電容器組的投切震蕩問題;元器件的性能一定要穩(wěn)定，降低環(huán)境對其的影響，有利于后期的維護(hù)。

農(nóng)村用電高峰期一般在四到九月份，一到三、十到十二是用電低谷期，而且即使在同一天電量變化也不同，如果無功補(bǔ)償不能夠隨著負(fù)荷的變化而變化，那么，在用電低谷期會因無功補(bǔ)償量比較大而出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)臓顩r，從而造成電氣設(shè)備的損壞。所以，農(nóng)村應(yīng)用自動投切的無功補(bǔ)償方式是一個比較好的選擇。補(bǔ)償容量的選擇應(yīng)以用電低谷期的情況為基準(zhǔn)，然后高峰負(fù)荷時，則可以利用自動投切裝置投入備用容器。而且自動無功補(bǔ)償可以自動也可以手動，這是非常好的。

結(jié)語

綜上所述，本文對配電網(wǎng)無功補(bǔ)償進(jìn)行了探討，且提出了幾個優(yōu)化措施，該方法具有一定的可行性、可靠性，對農(nóng)村配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化起到了最佳效果，具有一定的指導(dǎo)意義。能夠在滿足用戶需求的同時，保障農(nóng)村電網(wǎng)的運行的安全穩(wěn)定性，實現(xiàn)對農(nóng)村配電網(wǎng)的升級與改造，實現(xiàn)最佳的無功補(bǔ)償優(yōu)化，解決低電壓問題，為農(nóng)民提供更加方便的服務(wù)。

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