农网无功补偿与优化

农网无功补偿与优化

陈婧

（国网山西临汾电力勘测设计有限公司山西省041000）

摘要：随着经济的发展，用电需求激增，农村配电网运行特点发生相应改变，用电负荷峰谷差日益加大，部分线路有功功率较轻，容性无功冗余，电压偏高、电压不稳的现象严重制约用电的电能质量。当前中国的电力网损可分为3个等级，即220千伏及以上电压等级的网损、110千伏以及35千伏电压等级的网损、10千伏电压等级的网损，3个等级的网损的比例大约为1.5∶1.1∶2.5，其中以10千伏配电网的降损潜能最大，由此可见，对农网进行无功补偿与优化规划具有极其重要的意义。

关键词：农网；无功补偿；优化

1引言

对于现阶段农网配电台区来说最有效、最快速、最经济的方法便是装设无功补偿设备。针对感性负载配备无功补偿装置，可以大幅减少线路中所传输的无功功率，这不仅是低电压治理的直接方法，更是降低线路损耗的最经济有效的手段。

2老旧农网配电系统的运行现状

新型农村居民用电特性为：同一台区内居民用电以及大量的冲床、小五金工业低压用户用电并存，产生高次谐波反馈主线路，造成电能质量下降，存在无功难以就地平衡、线路无功流动增大、相邻地区或不同电压层间无功穿越增多等问题，危及设备及电网安全、经济运行。农网传统电容补偿柜的投切开关大部分为接触器，未安装限流电抗器，已无法满足居民、小五金工业用户负载的无功补偿需求，普遍存在如下问题。第一，传统电容补偿柜年久损坏或未自动投切，供配电运行经济性差。第二，传统电容补偿柜投入后容性无功倒送，加剧线路容性无功冗余。在节假日期间需要人工切除电容补偿，且纯电容补偿单元无法实现感性无功补偿，在线路容性无功过剩情况下需设置新型补偿装置，实现容性感性双向补偿。第三，传统电容补偿装置采用分级投切方式，无法实现连续补偿，功率因数补偿精度低。小工业低压用户冲击性负载的无功变化较快，传统电容补偿柜无法满足无功变化需求，造成系统长期处于过补或欠补，增加系统损耗。第四，谐波污染环境下电力电容器的容量下降严重，电容补偿运行年限过长，容量过低的电容器影响补偿效果，且随着介质的恶化，其可靠性降低。

3农网无功补偿与优化策略

3.1确定补偿位置

就实际情况而言，在我国农村配网中，很多都需要在各个分支线上安装电容器，利用保持分支线上无功功率的平衡来减少干线对无功负荷的传输。而电能质量和电压质量有关，对此，为保证应用无功补偿配置技术的低压配网具有良好的供电质量，就必须要保证电压的偏移与波动处于规定范围之内，而电压的损耗与无功功率、有功功率都有着相关性。因此，如果有大量的无功就很难实现就地供应，而利用长途输送，就会让电能供应效果下降。结合实践证明，只有对柱上无功补偿配置安装地点进行合理选择，才能够将主干线上的无功电流减少，同时，对电容器最佳装设点选择时，可以利用无功补偿容量的合理配置。装设位置计算公式为Li=(2i/2n+1)L，据此，可以得知在一台无功补偿柜安装时，其位置选择普遍是现距离负荷2/3的地方。

3.2确定补偿容量

在我国很多的低压配网中，都包含了众多的负荷点与分支，同时，这些低压配网具有一定的辐射型。因此，可以把分支线当作是无功损耗的线路，而分支线上各个节点负荷量的总和就是无功负荷总量。从提高功率因数需要确定补偿容量：如果电力网的最大负荷月的平均有功功率为Pav，补偿前的功率因数为cosφ1，补偿后要求将功率因数提高到cosφ2，则补偿容量可用下式计算：

Qc=Pav(tgφ1-tgφ2)

cosφ1应采用最大负荷月平均功率因数，cosφ2确定必须适当。通常将功率因数从0.9提高到1所需的补偿容量，与将功率因数从0.72提高到0.9所需的补偿容量相当。因此，在高功率因数下进行补偿，其效益显著下降。这是因为在高功率因数下，cosφ曲线的上升率变小，因此，提高功率因数所需的补偿容量将要相应地增加。

3.3细化农网设计、优化无功规划

最近几年来，国内外的专家学者对农网的无功优化规划进行了大量的研究和探索，提出了许多有效的优化方法，大致可以分为常规优化方法和人工智能优化方法。一是根据农网的特点和实际情况建立考虑谐波因素的农网无功优化规划数学模型。二是深入分析和比较辐射状配电网基波潮流计算现有的经典方法，根据农网的特点对传统支路电流法进行改进，提出基于配电网络分层的支路电流法进行农网基波潮流计算，大大提高潮流计算的速度；分别对现有几种谐波潮流计算方法及电力系统常用谐波源模型进行归纳和比较，运用线性分析法进行农网谐彼潮流计算。三是全面分析标准遗传算法的基本原理、遗传操作及其优缺点，利用谐波电压对无功补偿电容器容量的灵敏度关系来指导遗传算法的变异操作朝着减小谐波畸变的方向进行，确保补偿电容器组不使节点的各次谐波电压及总谐波畸变率越限。

4无功补偿控制策略的发展趋势

（1）调整有载调压变压器分接头。由于无功分布不合理而造成的电压降落过大问题，可以通过改变变压器分接头调节无功分布进而改变低压侧的母线电压。

（2）根据电压判断投入或切除无功补偿设备。当电网中由于无功不足而引起母线电压降低时，可进行无功功率的补偿以提高母线电压；当电网中由于无功过剩引起母线电压升高时，可投入电抗器或切除电容器以降低母线电压。以上两种主要用于母线调压情况下，特别是在变电站中将上述两种方法结合的电压无功综合控制装置已经广泛应用。现在大型变电站中大都使用VQC（变电站内电压无功控制装置）和AVC（智能电网电压无功自动控制系统）两种系统，集中控制模式和分散控制模式。集中控制是主站侧直接发送调节指令到补偿装置和分接头，通过SCADA通道执行，这种模式不需要VQC系统但是对通道可靠性要求非常高，这使得AVC设定运行更加复杂，系统整体可靠性也有所降低。分散模式是主战侧实时给子站侧母线电压和功率因数设定值，VQC系统通过本身控制策略追随主站发出的设定值。

（3）通过控制发电机进相或调相运行改变发电厂的无功出力，从而调整发电机机端电压以及高压侧母线电压，进而影响附近区域的电压水平。

（4）采用调相机、SVC、STATCOM、FACTS等新型无功电压调控装置来调整电压水平。人工智能技术发展迅速，引入遗传算法、粒子群算法、禁忌搜索算法等智能优化方法到配电网无功规划中。将人工神经网络与动态规划法相结合，得到补偿装置的最优投切控制方案。

参考文献

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[3]吉喆,张斌,刘伟,张鹏.10kV农网无功补偿探索与实践[J].价值工程,2016,35(14):159-161.