摘要：经济高速发展背景下，各项生产生活对电路需求要求愈加严格，高压/超高压电力配送是电力发展重要方向，智能电网成为电力行业的发展趋势。但是，当下的电力电网中，大量非线性设备存在，产生大量无功功率，给电网稳定性造成严重威胁。下文就智能电网框架下的配电网无功补偿问题详细分析，旨在为促进电网稳定运行提供有力参考。
关键词：智能电网；框架；配电网；无功补偿
配电网功率随社会发展不断增加，对应无功功率及无功电流也随之增长。尤其是近年来我国大量电力设备和配电网相结合，低压电缆应用广泛，配电网无功分布及流动特点发生新的变化。无功电流在配电网中产生无功损耗，造成大量资源浪费[1]。当下的局势是，农村电网输配电线路较长，昼夜、季节波动大，无功损耗严重。此外，社会不断发展，用电设备更新快，不同设备功率表不同，一些设备吸收大量无功功率。
1.概述
无功功率存在于电网系统中，徒增电网损耗，占用大量电网空间，导致电力企业必须更换大容量变压器，以较大截面导线实现无功传输。配电网是无功产生重要原因，若不对配电网进行无功补偿，将导致电能持续损耗严重，线路线损增加。
我国电网处于不断发展状态，电网经济运行及应用以配电网为中心展开，但配电管理未受到应有重视，对配电网无功产生、无功补偿研究不够，导致配网功率因数家底，一些偏远地区无功损耗严重。
在电网精细化管理理念提出并不断推广过程中，智能电网理念被提出，为提高电力企业经济效益，需在智能电网背景下，重视配网无功补偿优化，对配网实现无功优化及系统统筹管理，控制无功损耗，确保电网可持续发展[2]。
2.电网补偿方式分析
2.1一般无功补偿方式
2.1.1随机补偿
随机补偿属电力无功补偿常用方式，其可以起到对设备的有效保护。电动机启动后，电容器投入到系统中，系统关闭，则电容器从设备中移除。影响补偿实际容量的因素主要是电动机额定功率及负载类。 随机补偿中，需确保无功功率在补偿容量之上。采用随机补偿，实际操作简便，安装简单，且维护更加方便，不易发生事故。
2.1.2随器补偿
主要是以无功能补偿装置，置于变压器低压端，随器补偿也称之为就地补偿，整体安装较简便，可减低运行能耗，提高用户实际用电质量。
2.1.3动态补偿
动态补偿需要以无功自动投切装置给予必要支持，弥补电网空载后导致的无功功率缺损出现，针对电容器对智能电网有针对性的补偿[3]。
2.1.4变电站无功补偿
变电站无功补偿主要是为了减少的耗损。但是，终端变压器无功功率损耗影响电网稳定性，为便于对电网进行维护，应在补偿上级电网无功功率损耗时，将同步调相机装置安装于电站二次侧母线位置。
2.2无功补偿常用装置分析
无功补偿从最初的静态补偿发展到动态补偿，又发展到禁止无功补偿器阶段。其中，典型无功补偿装置具有同步调相机、并联电容器、静止无功补偿器组成。对无功功率进行补偿，其对应联电容器使用变化大，同步调相机自身无功补偿能力不理想，且自身不完善，使用成本高，逐渐被淘汰。当下，技术成熟、应用前景广阔的当属静止无功补偿器，但是该设备操作较复杂。
2.3当下电网补偿方式
当下，主要应用电容器并联补偿方式，在110kV及以上变电站，均采用分组投切支持一下。由自动电压控制系统（AVC）以科学的控制方式进行合理调节，分析电网运行对无功补偿需求，以自动投切方方式，得到对应数量电容器分组，满足电网无功需求。如表1所示，对110kV电网AVC分时段控制策略进行详细分析。其中，融入电容器分组投切后，发现110kV变电站功率因数最低在0.95，整体维持效果良好。
表1 110kV以上电网AVC分时段控制具体策略
在变电站中，采用集中补偿方式，可有效改善原本电网输电功率因数，提高终端的变压器电压稳定系数。对变压器无功损耗补偿，补偿装置设置在变电站10kV母线处，便于管理及维护。但是，此方式对10kV母线下配单网将无法起到降低线损作用。为实现对配电网的全面无功补偿，需相关部门给予无功补偿工作充分的重视，对各种补偿方式详细分析。
（1）杆上无功补偿方式
将10kV户外并联电容器置于杆塔位置，实现对电网的无功补偿，降低线损，提高压力。杆塔上安装并联电容器需注意要原理变电站。实际安装中，控制成本较大，且后期维护难度大、工作量多。受安装实地环境影响，对安装技术有严格要求。此外，杆上补偿多为固定电容补偿，轻载需注重避免配电线路电压过补偿出现。
（2）低压集中补偿方式
该方式主要是在变压器一侧，实现补偿。该方式的补偿装置对应用户负荷水平变化，根据用户负荷水平，设置相应电容器跟踪，实现无功功率高效平衡。采用低压集中补偿方式，补偿接近负荷，补偿效果较稳定。但是其缺乏电容器分组投切，容易出现无功功率补偿过多现象。
（3）用户终端分散补偿方式
对应以用户终端进行补偿，将电网损失降低及电网电压水平，实现高效补偿。但是此补偿方式补偿地点具有分散性，管理缺失，维护成本高，将导致电容器轻载时出现的限制，设备价值未充分发挥。
3.补偿度及补偿容量设计分析
配电网无功配置具有复杂性，受电网位置、负荷密度、功率因数、输电距离等多方面因素限制。此外，其受主变压器容量，电缆分布，配电设备接入形式，维护技术等影响，实际工作中需针对实际工作情况，“具体问题具体分析”，分析科学的补偿方式及补偿度，确保电网运行稳定性，同时保证电网获取最高经济效益。
当下电网无功补偿中，资金有一定限度，但是无功补偿需求大，设备价格昂贵，分析从何处安装设备，选择合适设备成为电网稳定运行、确保无功补偿经济性的首要解决问题。补偿度选择及补偿容量上，通过以下两种算法进行计算：
3.1估算
3.1.1容量估算
针对《国家电网的公司电力系统无功补偿配置技术原则》对容量进行估算。“配电变压器无功补偿容量以天涯器负载率约75%分析，负荷自然功率因素以0.85考虑，要求补偿变压器I最大负荷，高压侧功率因数不低于0.95”。
3.1.2三分之二法
将无功补偿装置安装到电网线路三分之二处，配置容量为总无功负荷三分之二。
3.1.3等面积
无功补偿负荷变化，过补偿容量及时间积分为欠补偿容量和时间积分，确保配置稳定。
估算法操作方便，在配网中有积极作用。但是，在电网精准化管理不断深入的同时，粗放估算法已不适用于电网无功补偿计算。
3.2智能测算
3.2.1建立计算模型的
建立无功补偿模型需满足电压需求，确保电网带能损失及无功补偿经济成本投入最低。建立以电网电能损失费及投资/年之和最小为目标函数。
得到：
式中，pi为配网支路i损耗值，W/n为投资/年。
要求方程瞒住电压、潮流方程、容量小于整体容量、投资小于总投资等条件。
3.2.2遍历算法及演化算法
将各个可以补偿位置及补偿容量进行详细技术，选出科学的补偿设计计划。采用遍历算法及演化算法，获取补偿效果优化结果。但是需计算内容庞大，不可在短时间获取结果。
3.2.3智能算法
结合灵敏度较高的遗传算法和粒子群算法，对无功补偿智能分析。采用智能算法计算，其在各个电网的通用性较强，且适用于大规模电网无功补偿，可得到科学的结果，接近程度和算法参数选值精准性有关联。
4.分析智能电网下的无功补偿
电网无功补偿受智能电网发展影响较大。电网不断扩大展，推动电网管理向以人工智能技术为方向的智能管理不断发展。未来电网无功补偿必然从全局观出发，实现精细化管理。
在智能电网的管理中，要求配电自动化可对各个配电线路及符合的特性有机采集，在智能调度系统中进行整合分析，得到电网最优的控制策略。配电自动化系统远程控制无功补偿设备，实现遥控投切，控制静止/动态无功补偿，调整电网无功补偿实际容量，保证电网稳定性。
5.结束语
综上所述，对智能电网框架下的配电网无功补偿问题研究分析，需认识到配网中无功功率存在的必然性。配电网自身电流较大，若补偿不足，将导致严重的无功损耗问题出现。研究配网结构及具体的无功补偿方式，获取无功补偿地点及容量，获取补偿最佳效果的运行方案，解决配网无功问题。深入分析智能电网下的无功补偿问题，提高电网运行效率，确保电网可持续发展。
参考文献
[1]徐焰. 智能电网中的电力无功补偿技术探讨[J]. 自动化应用, 2018(3):114-115.
[2]陈敬德, 盛戈皞, 吴继健,等. 大数据技术在智能电网中的应用现状及展望[J]. 高压电器, 2018(1):35-43.
[3]张灿. 配电网无功补偿技术在电气自动化中的应用探讨[J]. 居业, 2018, No.122(03):100+102.
论文作者:卢志新
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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