10 kV農村配網無功功率補償技術探究

郭苑冰

（國網徐州市銅山區供電公司，江蘇 徐州 221009）

0 引 言

根據近幾年的電網損耗分析數據可知，10～220 kV電力系統的網損率大約是10%，其中10 kV電力系統網損率達到60%左右，無功功率帶來的有功損耗也占據了極大的比例。因此，本文的10 kV農村配網無功功率補償技術分析中主要考慮10 kV配電網的無功補償處理，這對降低網損非常關鍵。

1 無功功率補償原理及原則

在交流電路中，純電阻元件中的負載電流與電壓是同相位的，純電感負載中，電流相位要比電壓滯后90°，純電容負載中，電流相位比電壓超前90°。可見，純電容負載中的電流與純電感負載中的電流相位之差為180°，能夠相互抵消。也就是說，電網中的大多數電力負荷，如電動機和變壓器，都是感性負載，在運行過程中需要向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備后，可提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，即無功補償。無功功率補償原則主要包括如下3個方面。

第一，分析線路流動中無功功率造成的有功損耗，根據就近原則進行無功功率補償。第二，用戶屬于感性負荷用戶，實行無功補償可以實現對變壓器繞組與感性負荷無功損耗的補償處理，同時無功負荷出現變化后會自動投切電容器組。基于長期的經濟運行角度分析，其無功功率補償因數越高越好。第三，對于配變勵磁無功損耗，應分析固定補償方式、電容器自身的性能以及運行維護等因素，將配變無功補償點控制在3處以內，一般選擇兩處。通過統籌配變無功補償，滿足線路感抗損耗無功功率處理要求[1]。

2 10kV農網無功補償方式的應用

以某村10 kV農網的實際情況為例，進行了現狀分析，配置無功補償裝置TCR+FC，成功解決了電壓偏低的問題，取得了良好的效果。

2.1 現狀分析

該10 kV線路為一條農村配網線路，長度達到24.5 km，負責為沿途的多個鄉鎮供電。本線路一共擁有70臺配電變壓器，總容量達到17 765 kVA，還存在諸多支線，線路末端的負荷涵蓋村內公用變壓器、一般工業用戶以及工商業用戶。通過潮流計算模擬線路潮流，基于實際的線路圖折算處理支線與節點，然后分析線路的阻抗和負荷，最后將其折算為理論線路圖[2]。模擬潮流如圖1所示，按照潮流進行分析和計算，在線路正常運行的情況下分析各個支點的電壓情況。

圖1 模擬潮流圖

2.2 基于外點罰函數的SVC優化配置

外點罰函數是通過一系列罰因子{Ci}，從可行域外部向約束邊界逐步靠攏，求罰函數的極小點來逼近約束問題的最優點。外點罰函數法算法步驟為：

（1）給定線路狀況初始點x(0)，罰參數列{Ci}及精度ε＞0，設k=1。

（2）構造罰函數F(x)=Ci+|kx-ε|。

（3）用某種無約束非線性規劃，以xk-2為初始點求解F(x)。

（4）設最優解為xK，若xK滿足某種終止條件，則停止迭代輸出xK，否則令K=k+1，再次進行罰函數構造，繼續分析下一個線路狀況。

分析該線路現狀后，按照配置步驟明確不同節點的無功補償裝置的容量。SVC優化配置情況如表1所示。經過優化配置仿真模擬節點3、5以及10的電壓情況，具體結果如圖2所示。

2.3 實際取得的效果

基于外點罰函數的SVC優化配置分析，其效果如下。

2.3.1 月度越限時間

在使用10 kV線路電壓無功補償裝置之后，月度電壓越限時間結果如表2所示。

由表2可知，當裝置投運之后月度平均電壓越限時間縮短了71.6%，在2019年7月到9月的夏季高峰期月度平均電壓越限時間為11.33 min，大幅度縮短越限時間[3]。

表1 SVC優化配置情況

圖2 SVC接入后的電壓波動情況

2.3.2 線路末端電壓

10 kV線路中使用無功補償裝置前后的電壓月度運行情況，如表3所示。由表3可知，在裝置投入運行之后平均運行電壓從9.77 kV上升到10.32 kV，實際電壓質量有了明顯的提升。

2.3.3 功率因數檢查

10 kV線路無功補償裝置投入運行前后的功率因素月度情況，如表4所示。由表4可知，在裝置投入運行后平均功率因數從原本的0.84直接提升到0.95，大幅度降低了功率損耗[4]。

2.4 經濟效益

10 kV線路無功補償裝置成本統計結果如表5所示。經過統計分析，裝置成本為10 500元。

2018年和2019年7月到9月由于電壓越限擴大了停電范圍，造成了電量損失，具體情況如表6所示。通過分析可以看出，在裝置投入運行之后，2018年7月到9月的供電超出量達到54 899.3 kW·h，本地的平均購電價格為0.35元/（kW·h），平均售電價格為0.7元/（kW·h），經濟效益為：

表2 實施前后的對照情況分析

表3 實施前后的電壓對照表

表4 實施前后功率因數對照表

表5 裝置成本

表6 停電造成的電量損失

2.5 社會效益

目前，裝置主要用于8條10 kV線路，運行情況如表7所示。分析表7可知，使用無功補償裝置提升了線路末端電壓，滿足質量需求[5,6]。

表7 薄弱線路的運行情況分析

3 結 論

在配電網的運行中，無功消耗會影響供電質量和效益，而使用配網無功補償后能改善系統電壓，提升電壓質量，控制并減少線路損耗。希望通過本文對無功功率補償技術的合理分析，可以提高配電網經濟效益和社會效益。