浅谈启发式无功补偿技术的研究

浅谈启发式无功补偿技术的研究

扶光光

扶光光

（河南郑州供电公司，河南郑州450006）

中图分类号：TN911-34文献标识码：A文章编号：41-1413（2011）08-0000-01

摘要：电力系统无功功率优化是电力系统安全运行研究的一个重要组成部分。合理地选择无功补偿点并进行有效的无功补偿，能够提高系统的电压稳定性，同时降低电网的网损。本文针对启发式无功补偿技术进行研究，建立数学模型，得出启发式无功补偿技术的算法及公式，并结合电网实际负荷情况加入了两个重要的判据，达到良好的补偿结果和经济效益。

关键词：无功补偿；降低损耗；补偿电容器；启发式技术

1引言

许多电力设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已。在正常情况下，电力设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，电力设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些电力设备就不能维持在额定情况下工作，电力设备的端电压就要下降，从而影响电力设备的正常运行。

无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在：

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。

(3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

无功功率有如此的影响，但是发电机供给的无功功率，一般满足不了负荷的需要，所以在电网中的特定节点要设置一些无功补偿电容器来补充无功功率，以保证系统对无功功率的需求，保证设备的正常工作，就显得格外重要。

2启发式无功补偿技术的基本原理

启发式无功补偿技术是配电系统中的一种无功补偿方法，首先鉴别出因无功功率引起的损耗最大的分支，在该分支的所有关联节点中找出无功负荷电流最大的点（称为灵敏节点），然后选择合适的电容器以及确定电容器的数量，对灵敏节点进行无功补偿，从而减少系统网损以实现最大的经济效益。

2.1建立数学模型

2.1.1网络功率损耗

电力系统中的有功功率损耗是由电网中的有功电流和无功电流两部分共同作用产生的。有功功率损耗表示如下：

补偿电容器不能影响由有功电流引起的功率损耗，所以仅仅考虑由无功电流引起的功率损耗。

那么由无功电流引起的功率损耗就是：

而对于辐射电力网络来说，

代表所有节点的集合，这些节点的无功负荷电流都在第分支中流动

根据基尔霍夫电流定律，得：

2.1.2关联矩阵

为了构造系统的数学模型，建立一个关联矩阵[A]：

关联矩阵[A]是一个阶矩阵。当配电网运行时，如第支路电流流经节点时，则矩阵的元素=1；相反，如第支路电流不流经节点时，则矩阵元素=0。

也就是：当时=1，当时=0

则：

2.1.3确定灵敏节点

首先对一个范围的电力网络进行潮流计算我们可以得到各个分支的功率损耗（由无功电流引起的），从而找到损耗最大的分支。假设分支“h”在所有的系统分支中有最大的损耗，那么：

2.1.4确定补偿电容器数量

现在，我们就在节点k安装一个补偿电容器把无功电流从改变为，就是灵敏节点k上无功电流的新值，为了得到最大的损耗减少，可以通过解方得到：

那么节点k上无功电流的新值就是：

那么补偿电容器的个数n=补偿电流/单个补偿电容器的补偿电流，取上为整，

就可以得出加在这个灵敏节点的电容器的个数，再重新进行潮流计算，判断节点的电压是否越界（），如果越界就拆掉一个，再进行潮流计算，直到节点电压满足要求。然后再寻找具有次大的无功负荷电流的节点，这个节点也是灵敏节点，这个过程一直重复循环直到系统的损耗稳定为止。

2.2网络负荷变化模型

为了使电容器补偿的无功功率适应配电网络系统的负荷变化，满足配电网络正常运行的基本要求，并最终确定在灵敏节点装几个补偿电容器，那么必须把整个一年中的负荷变化都考虑于其中，这里把一年分成12个时间段进行研究，从而得到最大的经济效益。如下：

考虑一个标准补偿电容器的成本和安装费用，还有一年的摊销系数以及电容器的寿命，所以电容器每年的费用就是：

通过解方程可以算出在一年中配电网中安装补偿电容器所能达到的最大经济效益为：

三、.启发式无功补偿技术的应用

3.1潮流计算

首先对目标配电网络的馈线进行潮流计算，把馈线最初的节点电压、节点电流、分支的损耗等等给算出来。潮流计算程序方法已经比较成熟多见，这里不再赘述计算过程。

3.2应用启发式技术

根据潮流计算程序得出来的输出数据，应用启发式技术方法。

第一步：

对线路损耗排序，找到拥有最大线路损耗的分支。然后利用关联矩阵[A]，对与该分支的节点相关联的所有节点的无功负荷电流排序，找到拥有最大无功负荷电流的节点，这个节点就是我们要寻找的第一个灵敏节点。

第二步：

确定补偿电流差，通过公式计算，确定在灵敏节点安装补偿电容器的个数n。

第三步：

判断电压是否越界，如果节点的电压越界，那么就去掉一个补偿电容器，然后再判断节点电压是否越界，直到节点电压不越界为止。同时还需判断损耗是否稳定，也就是安装补偿电容器以后损耗不变化或者损耗比安装之前更大了，所以就要给出一个条件来做判据：

是安装一个补偿电容器前后的损耗之差

安装补偿电容器东经济效益的判据就是在安装补偿电容器以后节省的电能的经济价值要大于电容器的成本和安装费用等一切费用。如果安装补偿电容器以后达到的经济价值是负的，那么就去掉一个补偿电容器，再判断是否为正，直到其经济价值为正为止。

这是应用启发式技术方法求得的第一个灵敏节点的大致过程，其他的灵敏节点确定以及在其上安装的补偿电容器数量的确定方法和第一个是完全相同的。

四、结束语

配电网络中进行无功补偿不仅要保证系统的正常运行和经济性，而且还要保证电能质量，因此在启发式技术方法中增加的两个主要的判据，就是电压越界和经济效益的判据。通过启发式技术方法，合理地选择无功补偿点并进行有效的无功补偿，提高系统的电压稳定性，同时降低电网的网损，这种方法简单明了，对于配网辐射状网络有很好的应用价值。

参考文献：

[1]夏道止等﹒电力系统分析﹒中国电力出版社，2004﹒

[2]姜齐荣，谢小荣，陈建业﹒电力系统并联补偿——结构、原理、控制与应用﹒北京：机械工程出版社，2004﹒

[3]邱关源﹒电路﹒北京：高等教育出版社，1999﹒

[4]许业清﹒实用无功补偿技术﹒中国科学技术大学出版社，1998﹒