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摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电力行业发展也十分快速。采用空间快速负荷分段法建立动态负荷模型，去除空间负荷的时间复杂性。在此基础上，建立结合规划和运行的无功补偿智能协调配置双层模型，上层的规划模型对无功补偿设备的安装位置、类型和容量进行优化配置，下层的运行模型综合考虑不同的负荷场景，优化无功补偿设备的投切方案，使系统达到分级无功平衡。采用双层风驱动算法对模型进行求解。算例结果表明，所提无功补偿方案能够在不同负荷场景下取得良好补偿效果，验证了所提模型和算法的合理性和有效性。
关键词：无功协调配置；双层优化；分层平衡；动态负荷
引言
近年来，由于供电线路走廊和土地资源制约，部分大中型城市负荷中心电网大量使用架空电缆。而另一方面，产业结构深化调整带来以上海、北京等为代表的大中型城市电网用电结构的变化，使得这些城市电网负荷呈现出峰谷差加大、节假日与工作日负荷差别加大等典型的城市化特征。
1动态负荷简化模型
由于城市电网年负荷波动较大，为了满足电网在多种负荷场景下的无功电压调控需求，选取地区夏季最大负荷典型日和冬季最大负荷典型日作为典型的重载场景，选取夏季最小负荷典型日、冬季最小典型负荷日作为典型轻载场景，表征全年其他时段负荷特征。考虑到电网的实际负荷是连续变化的，电网中主变无功及线路的无功损耗与电网负荷关系密切，所以通常无功优化处理方法是将连续负荷曲线分时段静态化，时段划分越密集，无功优化结果越精确。另一方面，电力系统控制设备全天动作次数有限，时段划分过于密集会导致优化结果中无功控制设备频繁动作。在实际优化中，综合考虑设备投切次数限制，采用空间快速负荷分段法将日负荷曲线进行简化分析。快速负荷分段法具有算法简单、运算速度快、高效分割曲线的特点，但是该算法只能解决负荷向量曲线分段问题。本文将该算法改进为适用于全网负荷矩阵的分段方法。算法处理对象为全网各个站点的负荷时间矩阵，算法的核心思想是对标准化的负荷矩阵依次取采样点，通过比较当前时刻负荷列向量与之前所有时刻负荷列向量的平均向量间欧氏距离是否越限判断该时刻是否为分段时刻，通过改变欧氏距离阈值调整分段数目，将负荷矩阵分成若干个负荷子矩阵，将一组负荷曲线简化为阶段数等于设备全天动作极值的阶跃曲线，以此降低解空间的时间复杂度。
2无功补偿智能协调配置双层模型
2.1双层协调优化模型思路
针对城市电网负荷低谷期间易发生无功从网向高压网倒送而高峰期间电压偏低的情况，需要协调规划典型场景下的运行策略，减少不同电压等级间无功潮流流动，构建无功补偿智能协调配置模型。上层的规划优化子模型以系统经济稳定运行为目标，综合考虑无功设备补偿成本和经济运行成本，对无功补偿设备的安装位置、类型和容量进行优化配置；将决策方案传给下层，下层的运行优化子模型在上层规划决策方案的基础上，以不同电压等级层内无功平衡为控制目标，重点监控无功倒送情况，综合不同负荷场景，优化无功补偿设备的投切方案等，使系统达到无功协调优化。
2.2下层分层协调运行优化子模型
对于下层分层协调运行优化，在全局潮流的基础上提出针对单一层次的无功不平衡度指标，抑制无功潮流逆向流动。目前，我国省级及以上电网以 500 kV/220 kV电压等级为主网架环网运行，城市电网以 220 kV 母线为根节点，辐射状运行。这种电网结构自然形成无功优化的分区，将电网分为 220 kV、110 kV、10 kV这 3 层。本文基于分解协调法建立无功不平衡度指标。在电力系统中将同一电压等级输电线路和变电站构成的电网作为一个目标层。此时连接高一等级电网的变压器在目标层中可以视为目标层中的等效无功电源和有功电源。
3配网无功补偿配置技术的实际应用
3.1应用环境的考察
无功补偿装置有两个核心要点，即无功补偿周围运行环境的稳定性以及各个电路元件的可靠性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在无功补偿装置电路元件的可靠性方面，应充分考察所运用的技术、装置的质量，以及期望达到的自动化水平。而对于无功补偿装置周围运行环境的稳定性方面，需要细致考察装置的安装方式。常见的安装方式一般分为三种，即配电房内补偿柜、箱式变的补偿设备以及线路公用配变的柱上补偿箱。由于线路共用配变的柱上补偿箱式的户外安装较容易受到环境的影响，鉴于此，应提前做好相关环境的监测工作。
3.2明确补偿的位置
在配网中，在对补偿位置进行确定时，应充分依照无功就地平衡原则。这样可以在一定程度上减少主干线上传输的电流。电压的质量和电能的质量具有直接联系，鉴于这一点，要确保无功补偿配置技术中配电质量符合所指定的标准。应充分确保工作过程中电压的波动和偏移情况不会超过之前所制定的范围。除此之外，由于有功功率、无功功率与电压的损耗状况之间的联系较为密切，因此就地供应在无功较多的情况下不能达到所需的供应要求。要想有效减少主干线上的无功电流，应科学、合理地选择柱上无功补偿配置的安装区域，还应对电容器的最佳装设位置进行合理选择。
3.3补偿容量的最终确定
在目前我国的配网工作中，仍普遍存在着分支和负荷点过多的情况。与此同时，多数的配网都会在实际操作中发生一定的辐射。鉴于此，可以把无功损耗的线路确定为分支线，进而可以得知，无功负荷的总量即为分支线上所有节点负荷量的总和。如果在分支线上存在一定的最小负荷，则应采用大支线与其充分合并的方法。在对补偿容量进行选择时应合理利用电网损耗的微增率。
3.4电力设备和电力系统匹配的合理性
增配新设备是采用无功补偿配置技术的重要一环，因此，应充分考虑和分析原电力系统和相应电力设备之间是否能合理匹配。技术人员在充分掌握设备的操作和相应的技术重点以及难点后，还应不断增强对电力系统中新增设备的了解和应用。还可以通过结合集中无功补偿和分散无功补偿的方法，有效地将供电机构的工作内容与电力使用者的无功补偿有机结合起来，从而使无功补偿技术的科学性以及合理性得以不断提升。
4配网无功补偿配置技术的分类
4.1个别无功补偿配置技术
个别无功补偿配置技术指的是通过并联电容器与电动机的方式，从而对控制的系统加以取代。在实际的运用过程中，个别无功补偿配置技术能有效缩短启动时间，并能在一定程度上节约成本。该项技术主要应用于电力系统中供电电压较低的网络中或容量较大的电动机中。
4.2分组无功补偿配置技术
该项技术旨在将电容器安装在配电室的母线中。合理运用该项技术能够在一定程度上促进电容器功效的发挥，同时还能有效降低配网过程中能源的消耗，并提高资源的利用效率。如果能有效结合个别与分组这两种补偿方式，则有利于集中无功补偿配置技术的形成，并有效保障电容器工作环境的安全性。
4.3用户端分散无功补偿配置技术
该项技术的运用在于，通过在用户末端使用无功补偿技术的手段，进一步达到保障电压平稳、减少线路损耗的目的。无功补偿控制系统控制如下图所示。在对该项技术进行选择时，应充分参考和分析配电变压器侧的最大无功要求。
结语
在配网无功补偿配置技术的操作过程中，应当注意到的主要问题分为几个方面，即补偿位置、补偿容量、技术应用环境以及匹配度。技术相关人员可以在实际的操作过程中，通过投切容量、无功采样等方法的应用，进一步对该项技术进行不断改进和优化。
参考文献：
[1]黄晓彤，陈文炜，林舜江，等．配电网无功补偿分散配置优化方法[J]．南方电网技术，2015，9（2）：44-49．
[2]张海鹏，林舜江，刘明波，等．配电网无功补偿及效益评估系统的开发和应用[J]．电力系统保护与控制，2016，44（4）：129-136．
论文作者:叶正亮1,缪乐生2
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
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