毕业设计(配电网无功补偿方法及优化)屠亚军(6)

保持电能质量的合格就是对电网无功补偿的基本要求。保留充足的无功裕量，对系统快速跟踪负荷的变化，中低压电网应以分散为主。应对突发事件，具有非常重大的意义。

（4）要注意区域协调性经济性确保全局电网优化

降低电网损耗，提高经济效益，是系统处于经济运行状态下，是所有电网追求的目的。为此，需要对系统进行适当的集中优化和协调优化。对不同的变电站设定不同的优化运行方式，用户可以根据需要设定变电站是否参加优化控制。若不参与优化的变电站，则设备不可调节；用户也可以设定具体的设备是否参与优化，则即设备是否可调节控制系统根据用户设定的变电站和设备的控制方式及变电站预测的结果进行全局电网的无功优化计算，得出母线电压约束并以网损最小为目标的控制策略。

（5）应充分考虑全局电压稳定的需求

电压无功补偿说到底就是保持各节点电压稳定但是只从局部出发很可能危及整个电网的稳定性，因此各电网的无功补偿必须服从全电网的稳定性要求。

（6）无功补偿应具常规控制和紧急控制功能

系统不仅能在正常情况下通过调节各电压控制器的整定值控制受控区域的无功电力至优化状态；当出现紧急情况时如负荷急剧变化或发生故障造成电压异常时，系统也能够迅速做出反应，实施有效的控制，节点电压恢复到正常的范围。当通讯系统某些远程控制线路出现问题时，系统还能很好的完成调节任务。

（7）避免调节设备频繁的动作

各调节设备特别是有载调节变压器，电容器组等，受设备使用寿命及其电压波动的限制，其调节次数是有限的。因此系统应该对设备的动作进行合理的规划和优化，使得既能满足系统经济性的要求，又能使调节设备的动作次数在理想的范围之内，同时在调节过程中应保证控制设备在安全稳定的范围内运行。

当采用全局电网优化控制时，补偿系统根据负荷预测结果编制控制预案，避免各变电站孤立、局部的调节控制，有效地控制设备的操作和变电站间的协调配合，保证设备动作的效果，减少全局电网总的设备动作数量。

（8）满足不同调压方式

不同调压方式（逆调压、顺调压、长调压）要求可通过母线（节点）的电压约束体现。补偿系统可按时段为母线设置不同的电压限值约束，以满足用户对调压方式的要求。例如，按逆调压的要求，在电压合格范围内，高峰负荷时电压偏上限运行，低谷负荷时电压偏下限运行。则在设置母线电压约束时，对高峰负荷时段、低谷负荷时段的电压限值进行适当收缩，以满足逆调压的要求。

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（9）引入闭锁保证电网安全运行

补偿系统应在保证电网安全的基础上提高运行效益。因而补偿系统必须对电网故障、异常情况有充分的应对措施。当发生异常情况时，补偿系统实施闭锁。异常情况的发生可对应于遥信变位(如保护动作)、遥测越限。补偿系统在运行过程中检测到用户定义的需要闭锁的异常情况时，立即执行闭锁。闭锁的对象可以是设备闭锁(该设备不可调节)、变电站闭锁(该变电站的所有设备不可调节)、系统闭锁(补偿系统不再进行优化控制)。

无功补偿的标准遵照电力部《电力系统电压和无功电力技术导则》，无功补偿对功率因数做如下规定：对于系统站，110kV及以上系统站主变在最大负荷时，其二次侧的功率因数为0.95以上；35kV系统站主变在最大负荷时，其二次侧的功率因数为0.95以上。对于用户站：高压供电的工业及装有带负荷调整电压设备的用户，功率因数为0.95以上；其它工业用户功率因数为0.9以上；泵站和农业用户功率因数为0.80以上。

4.2影响无功优化的因素

（1）负荷状态水平的影响

在地区电网实际运行中，电网总的负荷水平是地区电网中千万个用电设备消耗的功率总和，在不同时刻，电网中的总负荷水平是不一样的：在高峰负荷状态下，电网对无功功率的需求大，整个地区电网的无功功率呈现不足的状态，这就要求发挥电网中无功补偿设备的作用，通过投入电网中恰当地点的电容器来补偿无功负荷所需的无功功率；而在低谷负荷状态下，电网对无功功率的要求将减少，为避免无功功率过剩，要求切除电网中适当地点的电容器，使得电网的无功功率得到合理控制；这样必然导致在不同负荷水平状态下，地区电网无功优化控制策略的不同，即可投切电容器的位置和容量不同，因此在地区电网无功优化控制中，根据不同负荷状态水平和分布情况，选择不同的电容器组投切方案，是优化地区电网运行的重要手段，负荷状态水平对电容器投切起着至关重要的作用。

（2）电压水平的影响

进行无功优化控制的前提是保证电压水平正常，图3-1是无功功率的静态电压特性。图中U1和U2对应着两种电压水平Qc1和Qc2分别为U1和U2对应的无功功率需要供给量EQL+△Q∑表示电网的无功负荷和无功损耗。从图4-1可以看出，要维持一定的电压水平，必然要求无功功率达到相应的无功平衡，无功平衡是保证电压质量的基本条件。当电网中某节点的电压要求较高时，在无功功率不足的情况下，要维持较高的电压水平是不可能的，这时就必须投入电容器进行无功补偿，来提高节点的电压水平;当电网中某节点的电压要求较低时，将不能充分利用可投切的电容器，不利于电网的稳定与经济运

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行。因此对不同的电压水平会有不同的电容器投切方案。

图4-1电压水平与无功平衡的关系

(3)电容器投切次数的影响

地区电网无功优化控制的主要措施是通过调节电网中已有电容器组的无功功率，对电网中的无功潮流进行合理的调度，使电网的运行方式得到优化，但是这要受到电网中的电容器组本身条件、电容器组所在位置以及容量的限制，因为在地区电网的无功调度过程中，有些电容器由于频繁投切，可能会造成开关或电容器等设备经常性损坏，严重影响了控制设备的使用寿命，因此在实际运行中要求尽量减少电容器组的调节次数。由于电容器投切次数限制以及可投切电容器的位置的影响，会影响无功优化控制的结果，地区电网优化控制的策略也随之不同。

(4)有载调压变压器抽头调节次数的影响

电网无功优化控制的另一措施是通过改变有载调压变压器的变比，调节系统中节点的电压，来控制无功潮流，优化电网的运行方式。但是这要受到电网中的有载调压变压器抽头的位置以及调节次数的限制，因为在调节过中，有载调压变压器变比的频繁变动，不仅会严重影响变压器本身的使用寿命甚至直接引起设备损坏，而且会严重影响电网的电压稳定，影响系统的正常运行，因此在实际操作过程中要求尽量减少有载调压变压器抽头位置的变动。

4.3无功优化的一般模型

无功优化作为一个最优潮流的子问题，可以表示为一个同时具有连续变量和!离散变量以及等式和不等式约束的非线性规划问题，其一般模型由如下部分组成:

Fmin=f(u,x) （4.1）

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s.t.g(u,x)=0 （4.2）

Umin?U?Umax （4.3） Xmin?X?Xmax （4.4） 其中u表示控制变量的向量，主要包括发电机的机端电压、有载调压变压器的变比和并联无功补偿器的无功功率，其中前者为连续变量，后两者为离散变量。x表示依存变量的向量，主要包括PQ节点电压和发电机无功出力，有时也加入支路无功潮流约束。式(4.2 )即为由系统潮流方程构成的等式约束，式(4.3)和(4.4)分别表示控制变量和依存变量的上下限不等式约束。

无功优化从数学角度而言要寻找控制变量的一组设定值，使电力系统在依存变量不越限的前提下达到目标函数最优的运行状态。

4.4无功优化目标函数

常见的无功优化模型的目标函数主要有以下几类： （1）系统网损最小

电力系统网损最小是电力系统无功优化最常见的目标函数之一，如式（4.5）所示。式中，n 为支路数，Gk ( i , j)是以节点 i 和节点 j 为首末端节点的第 k 条支路的电导。随着电力市场化运营的开展，也可能采用计及无功发电成本及无功补偿设备运行成本的目标函数。

(4.5)

（2）储备最大化

基于安全性方面的考虑，无功优化的目标函数也可以是最大化发电机的无功储备，即最小化发电机的无功出力，从而为电力系统在紧急情况下提供足够的无功出力，保证系统的安全稳定运行。如式（4.6）所示；还有考虑将无功储备一致分布在不同的发电机中的目标函数，如式（4.7）所示；

（4.6）

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（4.7）

（3）小化各约束的总越限量

即越限约束的总数最小化，如式（4.8）所示，一般此类模型用于无功电压的修正控制。式中，Q

RQGQGK Q为第 k 台发电机的无功出力hV为额定无功容量， hKK为越限约束，WK为hk的权重，用于考虑不同约束的重要性差异。

GK （4.8）

(4)最优化无功电压运行质量

用以对应于电网电压质量目标要求较高的无功优化环境。文献中将最小化各重要节点的电压或线路的无功潮流与相应设定值的偏差作为目标函数，如式（4.9）所示。式

set中K为重要节点（或线路）的数目YK、YK 和?Ymax分别为节点 k 的电压（或线路 k

K的无功潮流）的实际值、设定值和最大允许偏差。

n

（4.9）

（5）最优化控制设备动作量

对于实际电力系统环境，有时对设备操作数以及操作成本有一定的要求，此时对应于最优化设备动作的数学模型应运而生。主要包括最小化控制设备动作量的某种求和，如将最小化控制设备动作量的加权平方和作为目标函数如式（4.10）所示。式中nu 为控制设备的数目；?uk为第 k 个控制设备的动作量；权系数k可以用来区分设备的动作优先级，k越大，优先级越低。

ww （4.10）

（6）多目标无功优化

前文列举了无功优化的目标函数，但如果仅仅使用上述各类单一目标对实际电力系统行建模仿真，优化结果往往都不够理想，因为单一的目标模型都不足以完整的表达电

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