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摘要：从城市主网设计中的问题出发，对无功规划原则和方法进行研究，依照数学算法模型确定城市主网无功规划设计中的要点及注意事项。结合某城市主网情况，深入分析无功规划及设计应用效果，从实际案例出发全面挖掘城市主网无功规划中的各项内容，对城市主网建设进行完善，现研究结果如下。
关键词：城市主网；无功规划；原则；数学模型；应用
1 城市主网无功规划的基本要求
城市主网无功规划一般包括主网架、高压配网和中压配网三部无功设计。要结合实际主网设置情况进行相应的无功规划和设计，确定无功规划中的重点和难点，以全面提升从城市主网建设的合理性、有效性和科学性。为此，城市主网无功规划设计需遵循八项基本要求，见表1。
表1 城市主网无功规划设计要求
2 城市主网无功规划的模型分析
城市主网无功规划过程中往往选用最小负荷方式模型及最大负荷方式模型分别对系统容量进行分析。最小负荷模型中主要在实际功率要求基础上研究配置无功装置使电网有功损失将至最低。设计模型中可以通过补偿节点（即无功出力节点）设计，形成无功优化模型，分析目标函数与等式约束、不等式约束情况，确定平衡节点参数需求，并找出新建补偿节点并配置相应的电抗器。而最大负荷模型则是在无功平衡和电压要求基础上对最大负荷方式下的经济损失进行计算，形成最优主网方案。其整体模型分析方法与最小负荷基本一致，在此不再赘述。
随着无功规划设计的不断发展和深入，我国城市主网已经不再局限于传统的最小负荷和最大负荷模型，开始在上述基础上进行拓展，形成静态无功平衡计算体系，对数学模型进行拓展，从根本上改善了城市主网无功规划设计成效。依照静态无功平衡计算要求，在城市主网建设过程中的主要平衡关系为：
QG-QD-QR=Qres
其中QG为系统无功电源，为QD无功负荷，QR为城市电网与外网系统中的无功交换，Qres 为无功备用容量，依照无功规划平衡性原则，确定最大有功负荷和最大自然无功负荷系数相乘后得到的无功负荷情况，对无功补偿系数进行明确。
确定上述平衡情况后，依照有功负荷与无功负荷之间的关联进行无功规划并合理配置，以提升城市主网稳定性能。
3 城市主网无功规划的设计及应用
3.1 无功规划设计方案
通过对以往各个城市的主电网分析，发现其无功规划的方法主要有以下几种：
第一，运用调查或者监测的方法得到相关数据，并将数据进行真理分析，计算出城市电力主网的自然功率因数，这样能够确定功率因数的目标值、小负荷和大负荷时变压器的负载状况，以及电压偏差允许范围内的相关参数等。这样能够确保数据分析的准确性，能够做到城市主网无功规划的科学性，从而提升电网的运行效率，为今后我国电力行业的发展，城市的发展的奠定良好基础。
第二，运用理论来计算出不同配变容量、配变负载率，同时还要计算出不同自然功率因数环境下，要达到功率因数目标值所需的无功补偿容量占据整个电容量的比例范围，以确保规划的有效性。
第三，城市主网在进行无功规划时，应遵循当前电网根据规划方案进行补偿后高压侧功率因素应不低于目标值的原则，并计算出各个典型区域的无功功率缺额。对于新建设的主网设备，在进行计算时则直接按照上述第二种方法进行，并制定初始无功配置方案。
第四，结合特定的网络接线，且在无功不倒送的前提下，计算出小负荷和大负荷形式中各个线路的负荷点的电压状况，分析其是否满足有关导则的要求（需要考虑主网的无功损耗）。
3.2 无功规划设计应用
本次研究过程中主要以广东电网为例，对其无功规划过程中的主要内容及注意事项进行研究，分析算法模型基础上无功配置方案，以实现无功规划及设计的最优化。
（1）确定无功负荷系数
某省500kV电网设计过程中无功负荷系数的K1值基本趋于稳定，在0.4范围左右（见表2），与最大自然无功负荷系数计算后直接得到该省主网无功负荷系数（见表3），
表2 城市主网无功负荷系数计算结果
由此观之，某省城市主网无功负荷系数与系统特点具有直接关联，包括负荷、电源分布、网架形态等。如上述性能保持一致，则无功负荷系数基本不变，可依照该原则对无功装置进行设计，减少主网无功规划中不必要的分析计算。
（2）计算无功平衡范围
在对无功平衡区域范围进行计算的过程中需要分析变电站投入的无功补偿设备电压变化量和实际同一层设备电压变化量之间的电压相关指标，其具体为：
μSVR=△Uij/△Ui
从实际该省的电压相关指标可以发现，一般各城市电网μSVR系数均超过0.75，与省份主网中的相关性越强，其μSVR系数值越高。为此，在实际城市主网无功规划设计过程中可以依照0.75作为其电压相关性辅助指标，在该基础上进行电气接线划分和区域设计，提升主网输配电的合理性和有效性。
（3）静态无功规划分析
得到上述数据后直接可以对某省的电力静态无功规划容量进行计算。本次计算过程中无功配置电源功率选择为0.95，负荷功率选择为0.98，分别计算后得到蜈蚣精规划值应为：2018年该省份需新增电容器值在6.186Gvar，新增电抗器值在3.360GGvar，无功补偿静态规划值与国家设计的各项指标基本一致，符合城市主网无功规划设计标准。
（4）动态无功规划分析
动态无功补偿分析的过程中要对直流受端系统强度及静态无功电压裕度进行计算。分析过程中首先确定各线路的整体无功裕度情况，然后依照该数值进行排序，对比计算裕度变化趋势，从而对比出城市主网系统中电压稳定较为薄弱的地区，对其进行无功规划和调整，以保证城市主网能够安全稳定运行。
除此之外，在动态无功补偿分析的过程中还需要做好电压稳定性分析，对可能薄弱区域的故障情况进行预防和控制，形成相应的动态无功配置方案。如调整无功装置参数，提升直流系统支撑效果；消除薄弱区域电压失衡情况，提升系统安全性和可靠性等。
（5）稳定分析及配置
从整体城市稳定性而言，某省主网中不存在电压失衡问题，但其部分城市存在该问题。在处理的过程中需要结合城市实际情况对配置方案进行调整，适当增加STATCOM装置，并优化系统开机方式。尤其是在电压稳定性较为薄弱区域，要有限配置动态无功设备，及时进行无功装置的调整和优化，从而保证城市主网能够正常运行。
该省在进行上述无功规划后整体主网稳定性系数明显提升，电网稳定性薄弱区域基本消除，其经济效果和输配电效益得到质的飞跃。
参考文献：
[1] 刘群英，刘俊勇，刘起方. 考虑电压稳定约束的无功规划研究综述[J]. 继电器，2006（17）：78-85.
[2] 陈丽，侯晨伟，张晋国. 基于全寿命周期成本的配电网多阶段无功规划[J]. 河北大学学报（自然科学版），2015，35（03）：316-323.
[3] 左郑敏，丁伯剑，史正军，朱浩骏. 广东输电网无功规划研究[J]. 广东电力，2015，28（08）：38-43+80.
论文作者:陈景斌
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：负荷论文; 城市论文; 电压论文; 系数论文; 过程中论文; 电网论文; 模型论文; 《河南电力》2018年22期论文;