浅析电力系统-无功优化和无功补偿

1、浅析电力系统-无功优化和无功补偿            摘要： 电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。 关键词：无功优化 无功补偿 非线性 网损电压质量  1  前言     随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系

2、统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司（电网公司）通过有效的手段，降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。    无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，通过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器

3、组的安装及投切和变压器分接头的调节）使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行，而且能取得可观的经济效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分，即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量，使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。2  无功优化和补偿的原则和类型2.1  无功优化和补偿的原则   在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定：   1)根据网

4、络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制；   2)根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。   3)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。   4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。2.2  无功优化和补偿的类型  电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上    2007-05-11 

5、0;      )，由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvarkm。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗，使无功在500kV电网平衡。3  输配电网络的无功优化(闭式网)   电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起，即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。3.1  无功优化的目标函数参考文献3中著名的等网损微增率定

6、律指出，当全网网损微增率相等时，此时的网损最小。无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿)，这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面，该方法没有计及其它控制变量的调节作用，同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等，这样做的计算量太大且费时。与此同时，国内外学者对无功优化进行了大量研究，提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种，其一为不计无功补偿设备的费用，以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达：    其二，以系统运行最优为目

7、标函数，它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用，可用下式表达：    其原理可简述如下：    当线路输送的无功功率Q，线路长度L，每组补偿距离为x时，每组补偿容量为Qx    Qx=QxL    当认为电容器安装在补偿区间中心时，降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示：    当第i组电容器安装地点离末端的距离为：    对任一组电容器安装位置离末端的位置为：   

8、xi=L(2i-1)/(2n+1)     其最佳补偿容量为：    2007-05-11            nQx=2nQ(2n+1)     这样即可求得表1的数据。    对于配电线路的无功补偿可有效降低网损，但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的，如果线路上的无功潮流为非均匀分布的，得出的结论将不同；同时在线路上安装电容器

9、组时，其维护、操作比较不便，且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此，建议采用下述方式。4.2  用户的无功补偿    对于企业及大负荷用电单位，按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献8指出在补偿容量相等的情况下，低压就地补偿减低的线损最大，因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分，使流经线路和变压器上的无功电流大大减小，显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献6指出了对于开式网的最佳补偿容量，三种常见的开式网可见图2所示。 

10、;   由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响，因此有功功率对网损的影响可不考虑，(4)式可简化为下式：    在其余节点的补偿    2007-05-11        QCn,op均于上式相同。干线式和链式开式网的最佳无功补偿    对于干线式及链式接线开式网，在第i=1点设置无功补偿，其QC1,op同放射式开式网，若在i=1,2 设置无功补偿，见图2(b)、(c)所示。    此时年计算支出费用可用下式表达：    式中R为干线式或链式接线开式网线路电阻之和，此处R=R+R    推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为：6王正风、潘