电力系统无功优化与无功补偿控制策略

刘清平　邹清源　周锦丽

摘 要

在电力系统运行过程中，无功补偿和优化的良好控制能够有效减少电网运行的损耗，同时还可提升电网运行的稳定性。但是现阶段我国电力系统无功优化和补偿的问题日渐突出，这对其控制策略也提出了更加严格的要求。本文针对我国当前电力系统无功优化和补偿应用等方面的不足进行分析，并提出相应控制措施予以改善。

【关键词】电力系统 无功优化 无功补偿 控制策略

城市化进程的加快促进现代化进程的发展，城市电网逐渐走向低压配电的形式，随着电力负荷与电源的涌现，其对城市电力系统的网络结构与电源分布产生了一定的影响，这就导致电力系统的无功分布变得不合理化。在低压电的线路中涌动着大量的无功电流，降低了电网功率因数，增加线路损耗，降低末端电压，使用电客户的用电质量出现问题。因此电力系统的无功优化和补偿是现阶段电力部门研究的主要课题之一。

1 电力系统无功优化

1.1 无功优化现状

我国电力事业与电力系统的发展使电网电压水平得到较大的提升，但是其中依然存在较多的问题需要解决。部分电网进行轻载运行时常出现电压过高的情况，一些用电量较大的地区电压设置已经超过相关部门的规定，对电网的安全运行造成巨大的隐患；在进行重载运行时，电网电压偏低，导致大部分工业生产以及居民的正常用电受到影响。此外，电力系统无功功率的流动存在不合理性，这不仅会增加配电线路的损耗，还会降低电网运行的稳定性与经济性。

1.2 无功优化存在的问题

当前我国配电网无功优化存在以下几项问题有待解决：

（1）电力系统无功优化属于一种非线性问题，非线性问题的规划一般在进行局部收敛时可获得最佳解决方案与效果，但是如何能够跳脱出局部限制进行全局最优化有待研究；

（2）电力系统配电网线路损耗是无功优化的最低目标函数，这可能导致最后的母线电压优化求解值会更加接近电网电压设置的上限，但是在电网的实际运行中有关部门并不希望出现该情况。但若缩小电网电压的约束范围，则会增大无功优化收敛效果较差或不进行收敛或反复修正的风险，因此如何统一电压质量与最佳经济指标是需要進行解决的问题；

（3）电力系统的发展以及自动化水平的日渐提升均对无功优化的实时性提出了较为严格的要求，怎样在最短的时间内，在不出现未收敛的基础上求出优化最佳值是当前有关部门急需解决的问题之一。

1.3 无功优化措施

传统静态无功优化过程中的优化方法是采用过去某一时刻产生的最佳优化结果给予电力系统设备下一步优化指导，这种做法存在显而易见的不合理性和不科学性。而采用动态无功优化则能够在最大程度上避免静态无功优化的缺点，一般情况下动态无功优化包括无功补偿设备的优化以及电网电压无功优化控制两部分。

1.3.1 无功补偿设备优化

无功功率的产生与配电变压器、电机、加热器等多种电力设备的运行有关，因此补偿装置选择的合理性能够有效减少电网线路的损耗，进而提升电网的配电质量。一般而言，可对负荷所致的无功电流使用电容器进行补偿，至此出现无功补偿。将其进行简化叙述则为，电网运行过程中会产生有功和无功功率，无功功率过大会增加电网线路的损耗，但是电机类设备产生的负载属于感性负载，其需要消耗无功功率保证运行，这就需要对电网进行无功补偿以保证感性负载的水平。

1.3.2 电网电压无功优化控制

无功优化闭环控制首先需要使用调度自动化设备和系统对各个节点的遥测数据、电压合格数据等进行采集，并将其设置为优化控制的约束条件，同时在线实现电压无功优化项目的分析以及控制措施设定，进行主变电分接开关最少次数的调整，对电容器进行最为合理的投切控制，实现最高电压合格率以及最小电网损耗率的优化目标，进而以优化目标为依据形成指令，通过自动控制系统进行指令执行。

2 电力系统无功补偿

2.1 无功补偿形式

无功补偿属于无功优化的一部分，是无功优化在实际生活中的具体操作实例，其通过对电容器安装位置以及容量进行不断调整，进而寻找出能够满足各个约束条件的电网线路损耗最小值。电容器安装位置以及容量的合理设定能够使电力系统的电压水平保持在合理的范围内，保证电网运行的安全性和稳定性。现阶段，实际生活中常见的配电网无功补偿形式包括：变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿以及用电客户终端补偿四种。

2.2 无功补偿存在的问题

现阶段我国配电网无功补偿过程中存在较多急需解决的问题，主要包括下述三个问题：

2.2.1 优化

电力系统无功优化配置的最终目的是基于电网电压的正常水平最大幅度的减少电网损耗，在实现该目标的过程中还需要对补偿后电网运行经费以及设备安装经费进行最小化计算，其过程十分复杂繁琐，为解决该问题曾有研究人员提出多种优化计算方式的假设，但最终效果并不显著。

2.2.2 测量

当前国内10KV配电网线路负荷点无表计，加之工作人员的能力水平偏低，这就无法保证表计数据的实时性和准确性，导致优化计算难上加难。

2.2.3 谐波

电容器运行能够放大谐波，而这种副作用则会对电容器的使用期限造成不良影响，并且电容器的损坏会加重谐波对电力系统的干扰，因此在进行无功补偿时需要对谐波的治理进行充分考虑，以此减少对电力系统的影响。

2.3 无功补偿措施

相关部门应对高、低压电用电客户的电网运行功率因数进行计算，并根据实际情况将功率因数法定值进行合理的提升，保证能够在规范化层面以及法律层面解决用电客户的无功补偿问题。此外，有关部门应该为对电能流失漠然的客户制定能够提升其积极性的电力系统动率因数，并且建立既具有节能意识，又存在投资回报的法律法规，研发各种小巧、高质量以及高性价比的自动无功补偿产品，保证实现小功率用电客户的无功补偿，进而减少无功功率的流动，提升电网运行安全性和稳定性。

3 结语

节约型社会是我国未来发展的目标，节约资源也是我国的基本国策之一，这就需要我们从实际生活中的点滴做起，实施电力系统的无功优化，开发电力系统的无功补偿，降低无功功率对电网产生的损耗，节约电力资源，促进社会发展。

参考文献

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作者单位

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