油田配電網的無功補償優化研究

邵剛濤

（1.西安石油大學，陜西 西安 710000；2.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

油田配電網由于其負荷特性和滾動開發特點，造成功率因數較低，線損較大。隨著油田開發降本增效的要求，在系統運行過程中如何穩定電能質量，保障電網系統無功補償過程中減少線路損耗、提高企業的經濟效益具有重要的現實意義。

1 配電網無功補償的目的

無功補償具有改善輸電系統穩定性[1]、保障電能質量[2]以及平衡三相功率負載[3]等功效。提高油田配電網的生產效率，配電網無功的合理分布是尤為重要的一個因素。

采取無功補償的方法，在降低線路損耗方面是一個行之有效的措施。在長距離運輸過程中，提前規劃好動態無功補償裝置的放置地點，能夠提高輸送電能過程中系統的穩定性，提高輸電效率。

油田負荷呈點多、分散、距離長的特點，導致配電網之間的損耗長期以來沒有好的解決方案。解決配電網無功補償優化中的線損問題，分析配電系統的無功優化問題，從而優化系統的運行，進而提升整體的經濟效益。

2 配電網無功補償技術的國內外研究現狀

在電力系統分析中，很多場合都涉及到非線性規劃問題，其中無功優化問題也屬于這類優化問題。隨著油田原油生產用電指標呈上升的趨勢，電能消耗在采油過程成本中占據很大的比例。從石化企業來看，降低運行過程中的電能消耗，解決網損的問題，能夠極大地提升企業的盈利。油田配電網采用無功補償的措施，在降低電網的消耗方面有很大的效果。

長期以來，不少國內外學者在電力系統無功補償方面開展研究，提出了線性規劃法[4]、非線性規劃法[5]、混合整數規劃法[6]、動態規劃法[7]和遺傳算法[8]等相關算法研究思路，但是一直都沒有成熟穩定的方法。

電力系統在運行過程中涉及到較多的無功負荷，需要消耗較大的無功功率。此時，需要通過采用無功補償裝置，保證電網正常的電壓質量，對降低電網的網損具有較大的幫助。隨著國家越來越重視配電建設，運行過程中無功補償技術取得了不斐的成績。但是，在油田配電網無功補償方面還存在局限性，對于在補償容量和位置的確定具有較好的研究應用前景。

3 配電網無功優化數據模型

無功補償優化的最終目標是年運行費用最小、補償裝置投資最小以及企業獲得的經濟效益最大。

該配電網無功補償優化數學模型可以以油田配電系統的年運行費用最小為目標。在目標函數中，該費用主要包括無功設備的運維費、投資的回收以及網損等。目標函數如下：

式中，Fmin表示年運行費用；Ta表示補償設備的年維護費用率；Tb表示裝置單位補償容量的綜合投資；Tc表示投資年回收率；Tn表示補償設備的安裝費用；N表示補償節點個數；α表示有功電價；Kci表示節點的補償容量；λmax表示全網最大損耗小時數；Rci表示支線的有功損耗。

4 計算實例

本文以某油田配電系統為例，分析具體的無功補償優化方法。在該配電系統中共包括34 臺配電變壓器，57 個節點，總容量為8 235 kVA。該配電系統的結構，如圖1 所示。

圖1 油田配電系統結構圖

對于上述的無功優化模型，可以通過優化算法進行求解，得出油田配電系統中的無功補償方案，結果如表1 所示。

經過計算可以得到如下結果。

（1）擬定的無功優化補償配置方案。對于配電系統高壓側無功補償，分別在高壓側節點15 安裝150 kVar 無功補償電容器裝置，節點36 安裝150 kVar無功補償電容器裝置，節點59 安裝105 kVar 無功補償電容器裝置。對于低壓側無功補償，總安裝低壓無功補償裝置710 kVar，具體如表1 所示。

表1 某油田10 kV 配電網絡無功補償優化結果

（2）配電網無功優化補償參數的取值：補償裝置的使用年限（裝置使用壽命）15年；平均售電單價0.6元/kW·h；全網最大損耗小時數7 000 h；無功補償裝置的年維護費用系數0.001；單臺10 kV 電容器的固定投資9 800 元/臺；單位容量10 kV 電容器的投資造價50 元/kVar；單臺低壓電容器的固定投資8 500 元/臺；單位容量低壓電容器的投資造價45 元/kVar。

（3）當無功優化模型計算完成后，可以對無功補償的方案進行分析和評估。根據上述的計算結果，共需設備投資（405×50+9 800×3）+（8 500×20+710×45）=25.160 萬元。對于年維護費用，總補償容量為1 115 kVar，總年維護費用為2.345 萬元。

通過公式計算分析如表2 所示，對該條10 kV 線路進行補償具有一定的優勢，能夠在降低運行費用、提高運行的經濟性方面發揮重要作用。

5 結 論

在配電系統中進行無功補償，應對具體的補償策略和方法進行優化分析，以減少無功功率在線路上的傳輸，從而降低線路上所產生的無功損耗，提高配電系統運行的經濟性，對于提高配電系統的電壓質量具有較大的積極作用。同時，應把補償位置選在負荷點，采用對各負荷點分散補償的方式。對于無功補償裝置的選擇，應根據當地配電系統的實際情況，便于對電網電壓進行調節和控制，使得配電系統可以取得較大的經濟效益。

經過實際計算，中低壓油田配電網無功優化補償可以明顯提高電壓合格率。本文詳細分析了油田配電系統的無功補償優化模型，得到了具體的油田配電系統無功補償裝置安裝點和安裝容量，具有較大的工程應用價值，可以在其他配電系統中加以推廣應用。

表2 某油田10 kV 配電網絡無功補償優化對比結果