摘要：无功补偿可以改善电压质量，提高功率因数，是电网采用的节能措施之一。配电网中常用的无功补偿方式为：在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置;在高低压配电线路中分散安装并联电容机组;在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。
关键词：低压配电网；无功补偿；分散配置；优化方法
引言：针对低压配电网集中配置无功补偿装置无法解决电压质量问题,提出了一种低压配电网无功补偿分散配置优化方法。优化模型的目标函数为最小化配电网的网损,约束条件包括各个节点电压的上下限和无功补偿点补偿容量的上下限。先以所有负荷节点作为候选补偿点,采用内嵌二次罚函数处理离散变量的非线性原对偶内点法求解优化模型,得到理想分散无功补偿配置方案,同时获得配电网的大致无功补偿容量需求,在此基础上综合考虑无功补偿装置的投资费用以及便于装置的运行管理等要求,选定几个重要补偿点再次求解优化模型,获得最终的实用分散无功补偿配置方案。对几个实际低压配电网台区进行的分析计算验证了方法的有效性和实用性。
1 就地补偿
对于大型电机或者大功率用电设备宜装设就地补偿装置。就地补偿是最经济、最简单以及最见效的补偿方式。在就地补偿方式中，把电容器直接接在用电设备上，中间只加串熔断器保护，用电设备投入时电容器跟着一起投入，切除时一块切除，实现了最方便的无功自动补偿，切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。
2 分散补偿
当各用户终端距主变较远时，宜在供电末端装设分散补偿装置，结合用户端的低压补偿，可以使线损大大降低，同时可以兼顾提升末端电压的作用。
3 集中补偿
变电站内的无功补偿，主要是补偿主变对无功容量的需求，结合考虑供电压区内的无功潮流及配电线路和用户的无功补偿水平来确定无功补偿容量。35KV变电站一般按主变容量的10%-15%来确定;110KV变电站可按15%-20%来确定。
4 调容方式的选择
4.1 长期变动的负荷
对于建站初期负荷较小，以后负荷逐渐增大的情况，组装设无载可调容电容器组。户外安装时可选用可调容集合式电容器;户内安装时可选用可调容柜式电容器装置。其基本原理为将电容器按二进制方式分成二组，通过分接开关或隔离开关选择投切组合，可以实现三档容量可调。随着负荷的改变，可以人工断电后改变投切组合满足某一时间段的无功平衡。这种场合可以装设无功自动调容装置，该装置可以满足无人值守综合自动化的要求。
4.2短时段内负荷频繁变化的场合
该场合宜装可快速跟踪的瞬态无功补偿装置。由于电容器每次投切前却必须保证电容器没有残存的电荷，而电容器放电即使通过放电线圈亦需要数秒的时间，所以高压瞬态无功补偿装置(也称SVC)一般都是固定补偿最大容量的电容器，同时并联一组容量可调的电抗器，通过快速调整电抗器的输出无功，从而达到无功瞬态平衡的目的。电抗器的调整技术主要有可控硅控制空心并联电抗器及直流偏磁调感两种方式，其中以前者较优，但价格较高。
5.无功补偿优化
5.1 加强农电中低压配电网无功补偿的意义
电力系统存在着大量的无功负荷，使电力系统在传输有功功率的同时输送着大量的无功功率，又由于无功补偿装置配置不足，导致农网配电网电压降低、线损增大、输送容量不足等问题较为突出。配电网是电力网末梢，电压低传输同样电能产生的线损和电压降要高于高电压网络，农网改造虽然使农网配电网架明显改善，但无功补偿和改造却不尽合理，特别是随着国家对农村政策性扶持的加大，农村经济发展呈良好稳定发展态势，农村用电大负荷、非线性负荷用户迅猛增长，对本来无功配置不足的配电网又加重了负担。因此，加强中低压配网无功补偿的优化配置，保持无功平衡，对于保证电能质量，降低电网损耗，提高电网的输送能力和设备利用率具有重要的作用和意义，以符合国家电网公司“十一五”农网无功发展规划纲要的要求。
5.2 配电网无功补偿遵循原则
配电网的无功补偿应遵循“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”的基本原则，按照变电站和配电台区集中补偿，用户就地分散补偿和配电线路分散补偿的原则，实现无功功率的分级平衡。
5.3 变电站10kV母线集中补偿
变电站集中补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要是平衡输电网的无功功率，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10 kV母线上，具备易于实现自动投切、利用率高、维护方便等优点。
确定变电站的集中补偿容量和投切控制方式应考虑以下主要因素：满足主变压器自身的无功损耗;就近向配电线路前段输送无功，以满足配电线路前段(变电站附近)的无功负荷;调压需要。
关于集中补偿容量的确定，对于110 kV及以下变电站集中补偿的容量按主变压器容量的10%～30%配备为宜。其中对负荷集中的工业变电站按满足主变压器的励磁和漏抗无功功率的要求，无功补偿容量确定为：QC为0.1～0.15倍主变压器额定容量;对负荷分散的农业负荷为主的变电站，无功补偿既要满足主变压器的无功损耗还要满足高峰负荷时无功负荷的需要，无功补偿容量确定为：QC为0.2～0.3倍主变压器额定容量。
根据负荷需求设计变电站的无功补偿容量，宜将补偿设备分为两组，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最佳的情况下，应尽可能使电容器组投切开关的操作次数减少。
5.4 配电10kV线路分散补偿
线路补偿原则是通过在线路电杆上安装电容器实行单点或多点电容器补偿，单点补偿地点选在离线路首端2/3处，补偿的容量应为无功负荷的2/3，两点补偿分别装设在距首端2/5和4/5处。多点补偿是采用分支线分段补偿方式，对分支较大或线路较长负载自然功率因数低的线路进行补偿。根据农村实际状况，农网线路补偿的补偿点不宜过多;控制方式应从简;保护方式可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压简单保护。
确定某一条配电线路的补偿容量，应根据该线路的平均无功负荷和最小无功负荷计算，当线路的最小无功负荷小于平均无功负荷的2/3时，考虑到无功不应倒送，可安装固定的补偿装置，但应按最小无功负荷确定补偿容量。当线路中有较大无功负荷点时，除应考虑与线路始端的距离外，也应考虑大的无功负荷点。选择电容器时应考虑电容器的过电压能力，耐受短路放电能力、涌流，以及运行环境和电容器的有功损耗等因素。实际装设补偿装置每组以100～200kvar为宜。
5.5 配电变压器低压补偿
配网中存在大量公用变压器和用户专用配电变压器，配电变压器的无功补偿采用配电变压器低压侧无功补偿，主要补偿变压器本身的无功需求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆用专用电容器柜或配电柜加装电容器组等方式对配电变压器进行补偿，实现无功就地平衡。
无功补偿装置选择要考虑在轻负荷时防止无功倒送和取得最大节能效果的原则。补偿容量按0.1～0.15倍配电变压器额定容量计算。
5.6 低压用户设备
直接对广大的工矿等用户的低压电动设备进行无功补偿是配电网节能和改进电压性能的有效手段。将电容器直接装在用电设备附近，与用电设备并联，对电动机补偿。在对电动机进行无功补偿时，要注意会产生高次谐波，用电容器进行无功补偿，应先进行谐波测试与分析，以便采取相应的技术措施，防止谐波危害的发生。
视机械负荷惯性大小而定，可按0.9～1.5倍电动机空载无功功率配置。
6 全网无功优化
6.1 全网无功优化思想电力系统
各电压等级电网之间是一个有机联系、相互影响的整体，对任何一个电压等级电网的优化工作都会对其他电压等级电网产生一定的影响。因此，在进行无功优化方案的制定时，单纯以一个电压等级电网为对象，忽略其他电压等级电网对其的影响是不公道的。针对传统无功优化存在的题目，以及对国内相关方面的研究现状分析，要实现有效的降损，必须从电力系统全网角度出发，以降低全网网损为目标，通过科学公道的无功优化方法，确定电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，使有限资金发挥最大效益。根据以上分析，本文提出了一种以110kV及以下农网'>农网为对象的全网无功优化方法。该方法克服了传统无功优化方法的缺点，对任何电压等级、任何区域的无功优化操纵均在分层、分区、就地平衡的基础上，以全网指标最优为终极目标，天生最优无功优化方案，同时加强无功电压治理功能，利用技术手段加强无功电压治理水平和电网经济运行意识。
6.2 全网无功优化方法实现
总体来讲，主要采用分层、分区的技术处理方法来实图1 全网无功优化及无功补偿方式示意现全网无功优化。将整个区域电网划分为三个电压等级电网：高压、中压和低压网，如图1所示。高压网是指变电站10kV母线及以上电网，不包括10(6)kV馈线出线，优化时以整个高压网为对象进行优化，以变电站集中补偿为主，补偿地点、容量、变压器档位等都以高压网全网优化计算结果为准；中压网指10(6)kV馈线出线，优化时以每条馈线为单位进行线路补偿和随器补偿，补偿地点、容量等都以中压网全线优化计算结果为准；低压网指0.4kV及以下，优化时分台区进行低压线路补偿和随机补偿。无功优化分为规划优化与运行优化两种，对高、中、低压电网而言，每个电压等级电网都有各自的特点，因此，在保证全网指标最优的基础上，进行每个电压等级电网的无功优化计算时，应该选用适合该电压等级电网特点的计算方法。以下分别介绍各电压等级电网的规划优化与运行优化的实现方法。高压网无功优化。在进行高压网无功规划优化时，打破传统的按主变压器容量的10％~30％容量设计无功补偿装置容量的方式，从全网出发，进行无功优化计算，给出最佳补偿点和补偿容量。算法采用定向变异遗传算法。在进行高压网无功运行优化时，从全网考虑无功补偿设备是否投进，主变分接开关档位是否调升，动态预算无功补偿设备投进后母线电压值、关口功率因数的变化，从而实现无功功率分层平衡，减少主变分接开关调节振荡以及无功补偿设备投切振荡。算法采用传统的牛顿-拉夫逊法及PQ分解法。无功优化题目中的变量可分为控制变量和状态变量。在高压网中分接头可调变压器变比T、补偿电容量C和发电机机端电压Ug为控制变量；节点电压U和发电机注进无功Qg为状态变量，每个变量都要考虑到各自上下限的限制。无功规划优化目标包括技术性能目标和经济目标，确定目标函数为式中λU、λQ——电压越界和无功越界罚系数；c——补偿设备安装地点数；m——无功补偿容量的等值系数。目标函数中第1项为网损，第2项为电压越界罚函数，第3项为无功越界罚函数，第4项为无功补偿容量。无功运行优化目标主要为技术性能目标，确定目标函数为目标函数中第1项为有功网损，第2项为节点电压约束，第3项为由功率因数约束转换而来的无功功率约束；λU、λQ的含义同上。中压网无功优化。
6.3 进行中压馈线规划优化
由于配电网无功优化存在多节点、多约束的困难，为此本文应用结合灵敏度分析的遗传算法来求解，选灵敏度系数较高的节点作为无功补偿的候选点，通过遗传算法确定最佳的补偿容量。在进行中压馈线运行优化时，采用传统前推回代法进行运行优化计算。以中压网中分接头可调配变变比T、补偿电容量C为控制变量；节点电压U为状态变量，并对各变量进行上下限约束。对中压网无功规划优化而言，以配电网电能损耗和无功补偿设备投资之和最小为目标，并考虑各变量的约束条件，其目标函数为式中 KU——电压越界罚系数； c——补偿设备安装地点数； KC——单位电容器的系数。目标函数中的第1项为网损，第2项为电压越界罚函数，第3项为无功补偿投资函数。对中压网无功运行优化而言，以配电网电能损耗最小为目标，并考虑各变量的约束条件，其目标函数低压网无功优化。低压网处于电网最末端，用户多为低压用户。因此，补偿低压无功负荷是无功补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可进步用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失，减少用户电费支出。低压补偿对用户和供电部分均有益。1.3全网无功优化补偿电网自动化发展迅速，使得实现全网无功优化成为可能。各补偿点信息通过电网自动化系统通讯通道交流汇总于控制中心，通过无功优化系统实现全网无功优化计算和优化补偿：根据全网无功优化计算结果，调节有载调压变压器分接头，投切静止补偿器和并联电容器，实现跟踪负荷变化的电压和无功动态调节，满足电网安全、经济运行目标。农网全网无功优化补偿策略主要体现在：高压网以变电站集中补偿为重点，中压网以10kV线路补偿和配电变压器低压侧集中补偿为重点，低压网及以下以用户侧分散补偿为重点。高压网无功优化补偿。高压配电网无功补偿在变压器低压母线上进行补偿，补偿容量可按主变容量的10~30（或更灵活）进行配置，推荐两种类型补偿设备：一是能够实现平滑调节的补偿设备；另一种是一组固定容量 若干分组可自动投切容量的补偿设备，固定容量用以补偿变压器空载损耗。对于谐波污染较严重地区，可加装无源滤波综合治理装置。在运行阶段可验证补偿容量设置是否公道、分组容量是否恰当，补偿中以整个高压配电网为对象进行优化计算，确定各个补偿点的投切容量和变压器分接头档位。中压网无功优化补偿。农网中中压馈线数目较多，规模较大，分支多、节点多，将整个中压网作为整体进行无功优化很不现实，为此 采用简化方式，对每条馈线进行无功优化计算和补偿，在此基础上以整个中压网为对象，计算其对高、低压网无功补偿的影响。在补偿方式上可选两种方式：一种是在10kV线路上设置高压并联电容器，一种是在10/0.4kV配变低压母线上设置低压并联电容器，也可选择高压集中补偿和低压集中补偿混合方式，同样，对谐波较严重区域加装滤波装置。在运行阶段根据实际负荷状况，对已有的补偿设备进行优化组合，充分利用现有设备，使设备发挥最大效率。低压网无功优化补偿。
结束语
加强无功管理，意义重大，合理优化无功补偿装置的设置和配备无功补偿容量，对农村配电网节能降损和改善电压状况有重要的意义，在“新农村、新电力、新服务”道路上应重视无功补偿规划和实施，提高电网经济运行。
参考文献：
1陈作兵;容亮;;0.4kV低压电网无功补偿方式探讨[J];安徽电力;2016年01期
2胡泽春;钟明明;王佳贤;葛长宏;周前;;考虑多负荷水平的中低压配电网无功补偿优化规划[J];电工技术学报;2013年08期
3赵晋泉,侯志俭,吴际舜;牛顿最优潮流算法中离散控制量的新处理方法[J];电力系统自动化;2009年23期
4程莹,刘明波;求解离散无功优化的非线性原—对偶内点算法[J];电力系统自动化;2011年09期
论文作者:虞坚阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
标签：电压论文; 低压论文; 容量论文; 电容器论文; 负荷论文; 电网论文; 变压器论文; 《电力设备》2017年第33期论文;