淺談電力的系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案淺談電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償王正風(fēng)徐先勇摘要：電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，減小網(wǎng)損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。本文對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)目前無功補(bǔ)償和優(yōu)化存在的問題進(jìn)行了一定的探討和研究。關(guān)鍵詞：無功優(yōu)化無功補(bǔ)償非線性網(wǎng)損電壓質(zhì)量1?前言???隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場(chǎng)的實(shí)行，輸電公司（電

2、網(wǎng)公司）通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤(rùn)。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。通過對(duì)電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對(duì)無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損,使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。???無功優(yōu)化計(jì)算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量（發(fā)電機(jī)的無功出力和機(jī)端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調(diào)節(jié)）使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。通過無功

3、優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運(yùn)行，而且能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性完美的結(jié)合在一起，因而無功優(yōu)化的前景十分廣闊。無功補(bǔ)償可看作是無功優(yōu)化的一個(gè)子部分，即它通過調(diào)節(jié)電容器的安裝位置和電容器的容量，使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。2?無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類型2.1?無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t???在無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償中，首先要確定合適的補(bǔ)償點(diǎn)。無功負(fù)荷補(bǔ)償點(diǎn)一般按以下原則進(jìn)行確定：???1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇幾個(gè)中樞點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)電壓的控制；???2)根據(jù)無功就地平衡原則，選擇

4、無功負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)。???3)無功分層平衡，即避免不同電壓等級(jí)的無功相互流動(dòng)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。???4)網(wǎng)絡(luò)中無功補(bǔ)償度不應(yīng)低于部頒標(biāo)準(zhǔn)0.7的規(guī)定。2.2?無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)念愋酮??　電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償不僅包括容性無功功率的補(bǔ)償而且包括感性無功功率的補(bǔ)償。在超高壓輸電線路中(500kV及以上)，由于線路的容性充電功率很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)在500kV每公里的容性充電功率達(dá)1.2Mvar／km。這樣就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行感性無功功率補(bǔ)償以抵消線路的容性功率。如實(shí)際上，電網(wǎng)在500kV的變電所都進(jìn)行了感性無功補(bǔ)償，并聯(lián)了高壓電抗和

5、低壓電抗，使無功在500kV電網(wǎng)平衡。3?輸配電網(wǎng)絡(luò)的無功優(yōu)化(閉式網(wǎng))精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案???電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償從優(yōu)化方面可從兩個(gè)方面說起，即輸配電網(wǎng)絡(luò)(閉式網(wǎng))和配電線路及用戶的無功優(yōu)化和補(bǔ)償(開式網(wǎng))。3.1?無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)　　參考文獻(xiàn)［3］中著名的等網(wǎng)損微增率定律指出，當(dāng)全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等時(shí)，此時(shí)的網(wǎng)損最小。無功的補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在網(wǎng)損微增率較小的點(diǎn)(網(wǎng)損微增率通常為負(fù)值時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償)，這樣通過與最優(yōu)網(wǎng)損微增率相結(jié)合進(jìn)行反復(fù)迭代求解得到優(yōu)化的最佳點(diǎn)。一方面，該方法沒有計(jì)及其它控制變量的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)在實(shí)際運(yùn)行

6、中也不可能通過反復(fù)迭代使全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等，這樣做的計(jì)算量太大且費(fèi)時(shí)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無功優(yōu)化進(jìn)行了大量研究，提出了大量的無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化算法。無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型主要有兩種，其一為不計(jì)無功補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用，以系統(tǒng)網(wǎng)損最小為主要目的。即優(yōu)化狀態(tài)時(shí)無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)可用下式表達(dá)：???其二，以系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，它計(jì)及了系統(tǒng)由于補(bǔ)償后減小的網(wǎng)損費(fèi)用和添加補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用，可用下式表達(dá)：式中，β為每度電價(jià)，τmax為年最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)，α、γ分別表示為無功補(bǔ)償設(shè)備年度折舊維護(hù)率和投資回收率，KC為單位無功補(bǔ)償設(shè)

7、備的價(jià)格，QC∑為無功補(bǔ)償總?cè)萘?。???模型二考慮了投資問題，可認(rèn)為是一種比較理想的模型。特別是隨著電力市場(chǎng)的實(shí)行，各部門都追求經(jīng)濟(jì)效益，顯然考慮了無功投資問題更合理一些。3.2?優(yōu)化算法精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案???由于電力系統(tǒng)的非線性、約束的多樣性、連續(xù)變量和離散變量混合性和計(jì)算規(guī)模較大使電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化存在著一定的難度。將非線性無功優(yōu)化模型線性化求解，是一些算法的出發(fā)點(diǎn)，如基于靈敏度分析的無功優(yōu)化潮流、無功綜合優(yōu)化的線性規(guī)劃內(nèi)點(diǎn)法、帶懲罰項(xiàng)的無功優(yōu)化潮流和內(nèi)點(diǎn)法等等，以上均是通過將非線性規(guī)劃運(yùn)用泰勒級(jí)數(shù)展開,忽略二階

8、及以上的項(xiàng),建立線性化模型求得優(yōu)化解。這些方法由于在線性化的過程中，忽略了二階及以上的項(xiàng)，其計(jì)算的收斂性得不到保證。為了提高優(yōu)化計(jì)算的收斂性，又提出了將罰函數(shù)的思想引入線性規(guī)劃,提出了帶懲罰項(xiàng)的無功優(yōu)化潮流模型與算法，使依從變量的越限消除或減小到最低限度。但它不能從根本上結(jié)局