城市电网无功优化控制策略探讨

摘要：当今，如何在确保供电安全可靠性的基础上，通过合理的优化改进减少供电电能损耗，提高电网运行效率和经济效益，实现其节能经济优化调度运行，已成为城市电网无功优化技术人员研究的热点。在对城市电网无功优化补偿带来的改善供电电能质量、降低线损等功能作用进行简单归纳后，探讨了就地无功补偿和集中无功补偿控制策略。最后，结合某35kV线路工程，详细分析了SVG动态无功补偿装置在城市电网中应用的节能降耗经济效益。

关键词：城市电网 无功优化补偿 控制策略 节能降耗

中图分类号：TM761.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0026-02

对城市电网进行无功优化补偿是改善供电电能质量、提高供电电压合格率、降低供电线损、节能降耗、提高供电企业电能运营经济效益的重要技术手段之一[1]。当城市电网系统中出现无功功率不足现象时，轻者可引起电网系统供电电压发生下降，降低用户（尤其是电网终端用户）的用电质量水平和供电网络线损的增加，严重时则会引起电网系统中配电、用电电气设备其正常功能水平不能正常发挥，甚至出现电气设备烧损、系统崩溃瓦解等恶性故障发生，给供电企业和用户带来巨大经济损失。

1 城市电网无功优化补偿的主要作用

1.1 无功补偿改善电网供电电压质量

电网系统中合理的无功功率补偿，可以有效改善电能输送和分配调度运行环境，确保供电电能具有较高质量水平。

1.2 无功补偿降低供电网络电能损耗

在电网系统中合理装设无功补偿装置，除了可以改善供电电压质量水平外，降低供电网络电能损耗也是一个重要的优化配置目的。通过在合理位置装设无功补偿装置，可以有效降低供电网络中电能传输、调度、分配、用电等环节中的电能损耗，以达到节约降耗的目的。

2 城市电网常用无功补偿优化控制策略

无功补偿最好的方式就是采用就地分散无功补偿，以使整个电网系统在运行过程中不存在无功电流的流动。但在实际电网运行过程中，是根本不可能做到的，无论是电力变压器、输电线路运行，还是各类电力负荷运行，均需要无功。电网系统无功补偿通常采用并联无功补偿电容器来改善电网运行环境和提高电网供电功率因数。提高电网功率因数的实质就是在供电网络适当位置加装无功补偿装置以减少用电设备从电网系统中吸收的无功功率总量，确保有功功率和无功功率的动态平衡[2]。

2.1 0.4kV电动机就地无功补偿控制策略

就地分散无功补偿的优点是对于用电负荷较为分散的场所，有利于实行无功区域的实时平衡，重点突出无功“就地平衡”的原则。从节电节能效果来看，设备就地无功补偿方式较其它补偿效果优越，尤其适用于长距离大负荷用电设备。根据0.4kV电动机运行工况合理切投就地并联无功电容器组，可以实时补偿电动机运行过程中的无功消耗，确保供电网络具有较高的功率因数，降低供电网络电能损耗，对电力用户和供电公司均有较大经济效益。

2.2 35kV及以下变压器集中补偿优化控制策略

对于用户终端配电系统而言，除了在电动机等负荷就地补偿外，还需要在配电变压器处集中进行无功补偿。在35kV及以下电网系统中，除了专变及容量较大的公用配电变压器外，还有许多小容量的用户终端配电变压器没有进行集中，进而使得整个电网系统没有得到有效无功补偿，致使35kV及以下用户终端低压侧送出端的功率因数值较规范要求偏低。因此，在35kV及以下变配电台区通过集成装设SVC、SVG等动态无功补偿装置后，以补偿变配电台区因为负荷波动、三相供电不平衡引起的电压波动，确保为用户提高优质、安全、可靠的电能资源。

2.3 110kV及以上变电站集中无功补偿优化控制策略

针对输电网中无功平衡问题，在变电站尤其是110kV及以上高压变电所中采用并联电容器组、同步调相机、静止补偿等装置进行集中无功补偿，可有效改善110kV及以上变电所和电网的功率因数，提高110kV及以上变压器的供电能力和变配电设备的利用效率，以确保110kV及以上电网具有较高供电电能质量水平和功率因素，减少系统母线、变配电变压器、高压输电线路上的有功和无功损耗，同时可以和变压器分接头匹配运行以控制母线电压，提高供电电能质量水平。

2.4 35kV及以上输电网络分散无功补偿优化控制策略

在35kV及以上输电网络中合理选点进行无功补偿，可以有效提高输电网络的整体传输容量、改善输电网络的运行安全可靠性。按照不同无功控制量，中高压电网无功补偿控制方式包括：无功电压控制方式、无功电流控制方式、电网电压控制方式以及无功功率控制方式等。其中，无功电压控制方式其控制策略较为简单，比较适用于大容量电网系统的无功补偿控制，如在：35kV及以上变电站母线侧进行无功补偿，其补偿效果较为明显和控制较为成熟，在电力系统中仍在继续使用；无功电流补偿控制方式，其是单一控制量判别模式，容易受负荷波动和谐波的影响，导致其无功电流检测不准确，引起误动作；电网电压控制方式同无功电流控制方式相似，受三相电压不平衡、系统电压波动、谐波等因素的影响也较大，也容易引起误动作；并联电容器组、SVC、SVG、APE等无功补偿装置均是基于2个及以上控制量的无功功率综合控制策略，其通过将电网实时运行电压、电流、无功功率等因素与设定值进行综合比较，形成对应的控制监测，完成对电网无功补偿装置的实时切投，以维持电网节点处的无功功率处于最佳运行范围，同时其切投控制较为稳定，补偿效果也较为优越。

3 35kV配电网合理无功补偿经济效益探讨

从实际运行工作经验可知，在35kV电网系统调控运行过程中，如在合理位置采用无功补偿有效提高电网功率因数，则其利用视在功率来提供给用户的有功功率就相对较大，在供电网络中的电能损耗也就相对较小。适当利用35kV的SVC、SVG等无功补偿装置来提高配电网及电力用户的功率因数，不仅可以确保电网系统中电气设备具有较高电能转换效率，减少供电网络电能损耗，改善电压质量水平，同时还提高电气设备的工作效率，为电力用户提供优质的电能资源。例如对于某条35kV供电线路而言（以该线路统计资料为准），其有功电力负荷约3200kW；线路总长4.1km；导线选用截面为120mm2，选用LGJ型钢芯铝绞线，其电阻率为0.35D/km。该线路在没有加装无功补偿装置时，其功率因数大约为0.79，线路运行电流平均值为335.6A，线路电阻消耗的电能功率约473kW，线损率为7.35%，线路压降为0.831kV，即母线出线电压需要在35.831kV才能确保电力负荷终端电压在35kV，才能满足供电电能电压水平要求。在加装了35kV的SVG动态无功补偿装置后（以该线路统计资料为准），将该分支线路的功率因数从0.79有效提高到0.94，其线路运行电流平均值降低为287A，线路电阻消耗功率降低到247kW，线损率也降低到4.1%，线路压降降低为0.296kV。由此可以看出采用35kV配电网SVC动态无功补偿装置对电网进行补偿后，线路运行电流、损耗、线损率均有明显降低，功率因素也得到提高，电网运行经济效益较为良好。

4 结语

通过上面分析和实例计算证明，对城市电网采取无功优化补偿，不仅可以提高供电电能质量降低线损创造较为突出的经济效益，同时还可以提高供电可靠性，增强供电企业的社会影响效益。

参考文献

[1]王向臣.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]丘文千.电力系统无功配置的综合优化方法[J].中国电力，2008，41（10）：10-14.

[3]赵彩虹，唐寅生.我国电网降损节能方面的几个关键问题[J].中国电力，2007，40（12）：59-62.