（辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 辽宁沈阳 110016）
摘要：在电力系统中，电网负荷与容量并不是无限制的，随着电网负荷与容量呈现出上升趋势，电网经济性问题以及安全问题也逐渐突出。为提高电力系统运行效率，降低无功损耗，增强电能质量，有关电力部门做出了多次的努力和尝试。因此，电力工作者对无功补偿优化问题也越加重视，其作为确保供电质量的主要方法之一，应该对补偿容量与无功补偿点进行明确，采取有效合理的无功补偿措施。
关键词：电力系统；无功补偿点；补偿容量；确定
随着电网负荷的不断增加，电网的容量逐步提高，其实用的经济性及其安全性问题越发引起人们重视，为了更好地降低无功损耗，提高运行效率，无功优化问题已成为了电力部门以及广大使用者所关注的重点话题，因此本文对电力系统无功补偿点的确定及其容量优化的研究有重要意义。
一、无功补偿的原理
在电网运行过程中，大多数用电设备是以电磁感应原理为基点工作的，在转换能量过程中，用电设备会构建交变磁场，在一个周期中，吸收与释放的有功功率、无功功率，无功功率和视在功率存在某种关系，在有功功率一定情况，随着释放的无功功率不断增大，功率因数会逐渐减小。在电力系统运行中，如果无功功率并不是由电容器提供，电力系统自身的无功功率将被损耗，供电线路的导线、变压器容量会进一步增大，一旦用户侧无功补偿不足，设备利用效率大幅度降低，线路损耗不断增加，供电成本也会增加。就无功补偿来说，其基本原理是指在同一电路中，将容性功率负荷装置、感性功率负荷并联，确保能量可以在两种负荷中交换，有效补偿感性负荷所需的无功功率。
二、无功补偿的意义
第一，减少设备的设计容量，减少投资由公式可以知道，当电网输送的有功功率P为定值时，如果功率因数cos增加则可以减少视在功率S，这意味着可以减少设备的设计容量，节约投入资金。第二，降低电网的功率损耗。由公式可知，电网负荷电流I与功率因数cos成反比关系。当提高cos时，I下降，线路损耗减少。增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线路损耗都直接决定和影响着供电企业的经济效益，所以功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。第三，降低线路压降。线路输送电流减小，系统的线路电压损失相应减小，有利于稳定系统电压。
三、无功补偿点的确定
1、电力系统电压稳定状态下的约束条件
设功率流向为S（发送端）到R（接受端），电路简化后交流支路如图1所示。
在静态电压稳定的前提下，两个功率圆的标准形式是：
[URX-Us/2]2+[Ury+（b/2g）Us]2=Us2/4+b2Us2/4g2-PRS/g
[URS-Us/2]2+[Ury+（g/2b）Us]2=Us2/4+g2Us2/4b2-QRS/b
则圆心坐标分别为：
OP[Us/2，-bUs/2g]、OQ[Us/2，gUs/2b]
则半径可以表示为：
rP=√Us2/4+b2Us2/4g2-PRS/g
rQ=√Us2/4+g2Us2/4b2-PRS/b
圆心距用D表示：
D=（g2+b2）/2gb•Us
2、无功裕度
依据电力系统工作特点，一旦载荷超过某一临界值，电压就会出现崩溃情况。因此，在电压稳定情况下，还需要同时满足rP≥0，rQ≥0，rP+rQ≥D。所谓无功裕度指的是静态电压稳定时，电力系统工作点与临界崩溃电压二者间的电气距离。具体来说，可以用下面的公式来表示：QRPM=rP+rQ-D
3、节点无功裕度值计算方法
实践证明，无功裕度与无功补偿容量二者呈现负相关，也就是无功裕度越高，那么无功补偿容量就呈现越小的状态，反之亦然。因此，采取合理措施，加强对无功补偿点的合理选择，就会明显提升无功裕度的精准计算。具体来说，计算方法可以分为以下几种情况：首先，根据系统的线路情况以及其各部件参数情况来进行潮流的计算，找出每一个节点的工作功率及电压值；其次，由以上公式计算出各个节点的rq、rQ和D的值；再次，开始进行网络拓扑，以此来得出更多节点的无功裕度值，这样由小到大按顺序排列起来；最后，根据无功裕度值的大小确定出它们各自无功缺额的情况，然后再根据缺额大小确定无功的补偿措施。在整个电力系统的运行过程中，无功补偿是一个有关数学方面的优化问题，在对电力系统的实际规划时，然而可微性与连续性却表现的不明显，并涉及多个方面的优化，十分复杂。具体来说，无功补偿主要是通过目标函数进行的，并以此来达到提升电压水平和降低功率损耗的目的，使得无功容量的附加成本也随之降低，最终导致使得电力系统的整体成本的大大下降。
四、确定无功补偿量
一般情况下，无功补偿容量是采用混合改进遗传算法来确定的，此算法主要可分为两个算法：一种是一阶算法；另一种是二阶算法。在对无功优化特点进行充分考虑的基础上，将二阶算法、遗传算法两者有机结合之后，计算过程简化如下：（1）编码。通过浮点数码来完成编码工作，表示方式采用基因变量值范围，以编码长度来控制变量数量；（2）选择。构建完善的评价体系之后，采用竞争的方式，达到优胜劣汰的目的；（3）变异和交叉。在常规算法中，影响性能的主要因素为变异率和交叉率，此两者与收敛性有着直接联系，若变异率和交叉率的指标适当提高，那么说明种群趋于局部优化或者一致；（4）算法终止。结合最优个体适应值、最大遗传代数，在最大遗传代数范围之内，留下达到要求的最优个体以及输出最优值。当一阶算法终止之后，可以采用二阶算法逐渐缩小搜索领域，为使计算结果的精确度得以提高，二阶算法初始值采用一阶算法获得的最优值，然后直接开始优化搜索。二阶算法比一阶算法更具有优势，主要表现在局部搜索方面，其中二阶算法的局部搜索能力更强，进而获取全局最优值更加容易。
结束语
总而言之，目前随着电力系统不断扩大规模，电网复杂性也随之提高，无功补偿问题逐渐变得越加复杂，然而为确保电力系统运行的安全性和稳定性，就需要不断去深入研究无功补偿课题，找到科学有效的无功补偿点，明确补偿容量，加强电路系统稳定性，确保供电质量，从而提高电力企业的社会效益与经济效益。
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论文作者:关年
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：电力系统论文; 功率论文; 算法论文; 容量论文; 电网论文; 电压论文; 负荷论文; 《电力设备》2017年第19期论文;