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1、电力系统统的无功功优化和和无功补补偿摘要：电电力系统统的无功功优化和和无功补补偿是提提高系统统运行电电压，减减小网损损，提高高系统稳稳定水平平的有效效手段。本本文对当当前国内内外的无无功优化化和无功功补偿进进行了总总结，对对目前无无功补偿偿和优化化存在的的问题进进行了一一定的探探讨和研研究。关键词：无功优优化无功补补偿非线性网损电电压质量量1前言随着国民民经济的的迅速发发展，用用电量的的增加，电电网的经经济运行行日益受受到重视视。降低低网损，提提高电力力系统输输电效率率和电力力系统运运行的经经济性是是电力系系统运行行部门面面临的实实际问题题，也是是电力系系统研究究的主要要方向之之一。特特别是随
2、随着电力力市场的的实行，输输电公司司（电网网公司）通通过有效效的手段段，降低低网损，提提高系统统运行的的经济性性，可给给输电公公司带来来更高的的效益和和利润。电电力系统统无功功功率优化化和无功功功率补补偿是电电力系统统安全经经济运行行研究的的一个重重要组成成部分。通通过对电电力系统统无功电电源的合合理配置置和对无无功负荷荷的最佳佳补偿,不仅可可以维持持电压水水平和提提高电力力系统运运行的稳稳定性, 而且且可以降降低有功功网损和和无功网网损,使电力力系统能能够安全全经济运运行。无功优化化计算是是在系统统网络结结构和系系统负荷荷给定的的情况下下，通过过调节控控制变量量（发电电机的无无功出力力和机端
3、端电压水水平、电电容器组组的安装装及投切切和变压压器分接接头的调调节）使使系统在在满足各各种约束束条件下下网损达达到最小小。通过过无功优优化不仅仅使全网网电压在在额定值值附近运运行，而而且能取取得可观观的经济济效益，使使电能质质量、系系统运行行的安全全性和经经济性完完美的结结合在一一起，因因而无功功优化的的前景十十分广阔阔。无功功补偿可可看作是是无功优优化的一一个子部部分，即即它通过过调节电电容器的的安装位位置和电电容器的的容量，使使系统在在满足各各种约束束条件下下网损达达到最小小。2无功优优化和补补偿的原原则和类类型2.1无无功优化化和补偿偿的原则则在无功优优化和无无功补偿偿中，首首先要确确
4、定合适适的补偿偿点。无无功负荷荷补偿点点一般按按以下原原则进行行确定：1)根据据网络结结构的特特点，选选择几个个中枢点点以实现现对其他他节点电电压的控控制；2)根据据无功就就地平衡衡原则，选选择无功功负荷较较大的节节点。3)无功功分层平平衡，即即避免不不同电压压等级的的无功相相互流动动，以提提高系统统运行的的经济性性。4)网络络中无功功补偿度度不应低低于部颁颁标准00.7的的规定。2.2无无功优化化和补偿偿的类型型电力系统统的无功功补偿不不仅包括括容性无无功功率率的补偿偿而且包包括感性性无功功功率的补补偿。在在超高压压输电线线路中(5000kV及以以上)，由于于线路的的容性充充电功率率很大，据
5、据统计在在5000kV每每公里的的容性充充电功率率达1.2Mvvarkm。这这样就必必须对系系统进行行感性无无功功率率补偿以以抵消线线路的容容性功率率。如实实际上，电电网在5500kkV的变变电所都都进行了了感性无无功补偿偿，并联联了高压压电抗和和低压电电抗，使使无功在在5000kV电电网平衡衡。3输配电电网络的的无功优优化(闭式网网)电力系统统的无功功补偿从从优化方方面可从从两个方方面说起起，即输输配电网网络(闭式网网)和配电电线路及及用户的的无功优优化和补补偿(开式网网)。3.1无无功优化化的目标标函数参考考文献3中著名名的等网网损微增增率定律律指出，当全全网网损损微增率率相等时时，此时时
6、的网损损最小。无无功的补补偿点应应设置在在网损微微增率较较小的点点(网损微微增率通通常为负负值时进进行无功功补偿)，这样样通过与与最优网网损微增增率相结结合进行行反复迭迭代求解解得到优优化的最最佳点。一一方面，该该方法没没有计及及其它控控制变量量的调节节作用，同同时在实实际运行行中也不不可能通通过反复复迭代使使全网网网损微增增率相等等，这样样做的计计算量太太大且费费时。与与此同时时，国内内外学者者对无功功优化进进行了大大量研究究，提出出了大量量的无功功优化的的数学模模型的优优化算法法。无功功优化的的数学模模型主要要有两种种，其一一为不计计无功补补偿设备备的费用用，以系系统网损损最小为为主要目目
7、的。即即优化状状态时无无功优化化的目标标函数可可用下式式表达：其二，以以系统运运行最优优为目标标函数，它它计及了了系统由由于补偿偿后减小小的网损损费用和和添加补补偿设备备的费用用，可用用下式表表达：式中，为每度度电价，maxx为年最最大负荷荷损耗小小时数，、分别表表示为无无功补偿偿设备年年度折旧旧维护率率和投资资回收率率，KC为单位位无功补补偿设备备的价格格，QC为无功功补偿总总容量。模型二考考虑了投投资问题题，可认认为是一一种比较较理想的的模型。特特别是随随着电力力市场的的实行，各各部门都都追求经经济效益益，显然然考虑了了无功投投资问题题更合理理一些。3.2 优化算算法由于电力力系统的的非线
8、性性、约束束的多样样性、连连续变量量和离散散变量混混合性和和计算规规模较大大使电力力系统的的无功优优化存在在着一定定的难度度。将非非线性无无功优化化模型线线性化求求解，是是一些算算法的出出发点，如如基于灵灵敏度分分析的无无功优化化潮流、无无功综合合优化的的线性规规划内点点法、带带惩罚项项的无功功优化潮潮流和内内点法等等等，以以上均是是通过将将非线性性规划运运用泰勒勒级数展展开,忽略二二阶及以以上的项项,建立线线性化模模型求得得优化解解。这些些方法由由于在线线性化的的过程中中，忽略略了二阶阶及以上上的项，其其计算的的收敛性性得不到到保证。为为了提高高优化计计算的收收敛性，又又提出了了将罚函函数的
9、思思想引入入线性规规划,提出了了带惩罚罚项的无无功优化化潮流模模型与算算法，使使依从变变量的越越限消除除或减小小到最低低限度。但但它不能能从根本本上结局局线性化化后的不不收敛问问题。针对线性性算法方方法的不不足，又又提出了了一些运运用非线线性算法法，混合合整数规规划、约约束多面面体法和和非线性性原-对偶算算法等等等。尽管管这些方方法能在在理论上上找到最最优解，但但由于无无功优化化本身的的特性，使使计算复复杂、费费时，且且不能保保证可靠靠收敛。为了提高高收敛性性和非线线性的对对于无功功优化中中的离散散变量(变压器器分接头头的调节节，电容容器组的的投切)的处理理，基于于人工智智能的新新方法，相相继
10、提出出了遗传传算法，Tabu搜索法，启发式算法，改进的遗传算法，分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等，这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度，并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。但在无功功优化仍仍有以下下一些问问题需要要解决：1)由于于无功优优化是非非线性问问题，而而非线性性规划常常常收敛敛在局部部最优解解，如何何求出其其全局最最优解仍仍需进一一步研究究和探讨讨。2)由于于以网损损为最小小的目标标函数，它它本身是是电压平平方的函函数，在在求解无无功优化化时，最最终求得得的解可可能有不不少母线线电压接接近于电电压的上上限，而而在实际际运行部部门又不不希望电电压接近近于
11、上限限运行。如如果将电电压约束束范围变变小，可可能造成成无功优优化的不不收敛或或者要经经过反复复修正、迭迭代才能能求出解解(需人为为的改变变局部约约束条件件)。如何何将电压压质量和和经济运运行指标标相统一一仍需进进一步研研究。3)无功功优化的的实时性性问题。伴伴随着电电力系统统自动化化水平的的提高，对对无功优优化的实实时性提提出了很很高的要要求，如如何在很很短的时时间内避避免不收收敛，求求出最优优解仍需需进一步步研究。4 配电电线路上上的无功功补偿及及用户的的无功补补偿4.1 配电线线路上的的无功补补偿由于355kV、10kkV及一一些低压压配电线线路的电电阻相对对较大，无无功潮流流在线路路上
12、流动动时引起起的功率率损耗较较大且电电压损耗耗较大，故故其无功功补偿理理论建立立在其上上。经典典的线路路补偿理理论认为为电容器器安装的的位置可可见下表表。其原理可可简述如如下：当线路输输送的无无功功率率Q，线路路长度LL，每组组补偿距距离为xx时，每每组补偿偿容量为为QxQx=QQxL当认为电电容器安安装在补补偿区间间中心时时，降低低的线损损最大。无无功潮流流图可见见图1所示：当第i组组电容器器安装地地点离末末端的距距离为：对任一组组电容器器安装位位置离末末端的位位置为：xi=LL(2ii-1)/(22n 11)其最佳补补偿容量量为：nQx=2nQQ(2nn 1)这样即可可求得表表1的数据据。
13、对于配电电线路的的无功补补偿可有有效降低低网损，但但它的效效果不如如在低压压侧补偿偿。这个个结论是是假定无无功潮流流是均匀匀分布的的，如果果线路上上的无功功潮流为为非均匀匀分布的的，得出出的结论论将不同同；同时时在线路路上安装装电容器器组时，其其维护、操操作比较较不便，且且也没有有考虑补补偿设备备的投资资问题。因因此，建建议采用用下述方方式。4.2 用户的的无功补补偿对于企业业及大负负荷用电电单位，按按照无功功补偿的的种类又又分为高高压集中中补偿、低低压集中中补偿和和低压就就地补偿偿。文献献8指出在在补偿容容量相等等的情况况下，低低压就地地补偿减减低的线线损最大大，因而而经济效效益最佳佳。这是
14、是可以理理解的。由由于低压压就地补补偿了负负荷的感感性部分分，使流流经线路路和变压压器上的的无功电电流大大大减小，显显然此种种方法所所取得的的经济效效益最佳佳。但是是上述并并没有指指出最佳佳补偿容容量应为为多少?同时也也没有计计及无功功设备的的投资。文文献6指出了了对于开开式网的的最佳补补偿容量量，三种种常见的的开式网网可见图图2所示。4.2.1放射射式开式式网的最最佳无功功补偿对于用户户或经配配变出线线的开式式网络，针针对开式式网的接接线的最最佳无功功补偿容容量，参参考文献献6进行了了详细的的推导。其其目标函函数采用用第二类类目标函函数，为为了分析析，下面面进行了了简单的的推导：对于网络络为
15、放射射式网络络，此时时网络年年计算支支出费用用与无功功补偿的的关系可可表达为为：由于主要要研究的的是无功功功率对对有功网网损的影影响，因因此有功功功率对对网损的的影响可可不考虑虑，(44)式可可简化为为下式：在其余节节点的补补偿QCn,op均均于上式式相同。4.2.2 干干线式和和链式开开式网的的最佳无无功补偿偿对于干线线式及链链式接线线开式网网，在第第i=11点设置置无功补补偿，其其QC1,op同同放射式式开式网网，若在在i=11,2 设置无无功补偿偿，见图图2(bb)、(c)所示。此时年计计算支出出费用可可用下式式表达：同理，可可求得QQC2,op的的表达式式为(为了简简化起见见，节点点2
16、电压可可认为与与节点11电压近近似相等等)：式中R为干线线式或链链式接线线开式网网线路电电阻之和和，此处处R=RR R推广到网网络节点点数为ii, 干干线式或或链线式式开式网网线路段段数为mm, 综综合可得得开式网网各处无无功负荷荷最佳补补偿容量量QCi,op的的计算通通式为：上述公式式简单明明了，且且将著名名的等网网损微增增率和最最优网损损微增率率结合在在一起，通通过计算算公式一一次性能能得出最最佳补偿偿容量，避避免了计计算的迭迭代过程程，具体体算例可可见参考考文献3例6-2，在在6-22例中，求求解最佳佳补偿容容量是通通过求解解5组方程程，6次迭代代所得，而而利用上上述的推推导公式式可一次
17、次性计算算出。5结语电力系统统的无功功优化和和无功补补偿需要要比较精精确的负负荷数据据、发电电机数据据、变压压器参数数等等。同同时在电电力系统统的实际际运行中中，电力力系统的的状态是是连续变变化的，因因此无功功优化和和无功补补偿应根根据实际际情况灵灵活运用用。随着着调度自自动化、配配网自动动化和无无人变电电站的进进一步实实现，需需要计算算快，收收敛性良良好的算算法，同同时伴随随着电力力市场的的实行，无无功定价价理论的的逐渐成成熟，无无功优化化的理论论也将相相应改变变并进一一步完善善。参考文献献1靳靳龙章、丁丁毓山. 电网网无功补补偿实用用技术M. 北京京：中国国水利水水电出版版社，119977
18、2孙孙成宝、李李广泽. 配电电网实用用技术M. 北京京：中国国水利水水电出版版社，1199773陈陈珩电电力系统统稳态分分析MM北北京：水水利电力力出版社社，199954徐徐先勇、王王正风. 电力力系统无无功功率率负荷的的最佳补补偿容量量J. 华东东电力，1999，27(6)：26-285王王正风，洪洪梅，王王凤霞. 无人人变电站站中无功功优化软软件的设设计和研研究JJ. 电力力建设，2001，22(5)：14176王王正风、潘潘本琦、王王凤霞. 企业业无功功功率的最最佳补偿偿容量J. 电力力电容器器, 220011.3：18-207刘刘新东. 如何何确定100kV线线路分散散补偿电电容器容容量及安安装位置置J.电工技技术，220000.2：23-248王王民权、李李威震. 企业业无功功功率补偿偿点的合合理选择择J. 电工工技术，2000.2：79肖肖友强、蒲蒲利春. 农网网无功功功率的最最佳补偿偿J. 水电电能源科科学，220000，18(3)：42-44