城市配电网无功补偿优化设计简析

【摘要】电力系统的无功优化和无功补偿是减小网损、提高系统运行电压和系统稳定水平的有效手段，因此也是电力系统研究的主要方向之一。对当前国内外的无功补偿优化设计进行了总结，并对目前无功补偿优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。

【关键词】 电网 ，无功补偿 ，优化设计

中图分类号：U665文献标识码： A

【 abstract 】 the power system of reactive power optimization and reactive power compensation is to reduce the network loss, improve the system running voltage and effective way to measure the level of the system is stable, so also is the main research fields in the power system of one. The current domestic and international of reactive compensation optimization design are summarized, and the optimization of the reactive power compensation for the problems of certain discussion and study.

【 key words 】 power grid, the reactive power compensation, optimization design

前言

随着我国电力工业的迅猛壮大，电网逐步扩张，电力负荷增长很快，电压等级越来越高，电网、发电厂以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。但是，由于地理环境、燃料运输、水资源及经济发展规模等诸多因素的影响，致使电源(发电厂)分布不均衡，要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。

电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。

一、相关理论

1.1 无功补偿的基本原理

无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性。所有电感负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低损耗。

1.2 无功的经济补偿

对于电力系统而言，在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是，如果在低压侧进行补偿，既可减少变压器、输电线路等的损耗，又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压，所以补偿电容器的安装越靠近负载端，对用户而言越可获取较大的经济效益。

二、 无功补偿的原则

全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体内容如下。

总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。

集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。

高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。

降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。这是针对线路长、分支多、负荷分散、功率因数低的线路，这种线路最显著的特点是：负荷率低，线路损失大。若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。

供电部门的无功补偿与用户补偿相结合，因为无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中，若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，达不到理想的效果。

三、无功补偿方案

现有的配电网无功补偿方案有4 种：a.变电站集中补偿方式；b. 低压集中补偿方式；c.杆上无功补偿方式；d.用户终端补偿方式。

3.1 变电站集中补偿：其主要目的是改善输电网的功率因素、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗，这些补偿装置一般连接在变电站的10KV 母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网的降损作用很小。

3.2 低压集中补偿：它是目前国内比较普遍采用的一种方式，它是在配电变压器380V侧进行集中补偿，其主要目的是提高专用变压器用户的功率因素，实现无功就地平衡。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取，因为虽然线路的电压的波动主要由无功量的变化引起，但线路的电压水平是由系统线路的电压等级决定的，当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相差甚远，出现无功过补偿或欠补偿。

3.3 杆上无功补偿：主要是针对10kV 馈线上沿线的公用变压器所需无功进行补偿，因其具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基荷，在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。

3.4 用户终端分散补偿就是在用户负荷所在的位置就地补偿，这种方式较前三种方式能大大的减少线损、改善电压质量、提高系统供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压所低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。

四、配电网的无功补偿优化

4.1无功补偿点的确定

为了减少管理和维修量，对每条馈线确定补偿点设置的上限为5个。

4.2由最小负荷方式确定无功功率补偿容量

现在10 kV配电网的大多数无功功率补偿装置无法调节补偿容量，为防止出现倒送无功功率的情况，采用在最小负荷方式下进行潮流计算，以补偿点流出的无功量作为该点的补偿容量，使配电网的无功功率补偿更为优化。

4.3在最大负荷时新增补偿点

在配电网无功功率补偿中，当补偿容量按照最小负荷确定后，还要检验补偿后的网络在各种负荷运行方式下是否满足约束条件。当某个点出现电压越下限时，可以采用增加补偿点的方法来进行调节，即在电压越限点或其他邻近点增设补偿点，再重新进行补偿容量计算，并进行验证，直到电压符合要求为止。

4.4动态无功补偿优化

一般的无功补偿优化配置问题都是针对系统在某一个典型负荷下的情况所进行的无功补偿优化，即静态无功补偿优化配置问题。面对一个复杂动态变化的电力系统，静态无功补偿优化配置方法具有明显的局限性，静态优化配置只对电力系统的某一时间断面进行优化，忽略了各时间断面之间的内在联系，优化结果不能很好地满足实际电网的运行。而动态无功补偿优化配置综合考虑多方面的因素，因此动态无功补偿优化配置更具有实际意义。

结论

近些年，随着我国配电网工程建设量的不断加大，对配电网运行安全以及相应的将能损耗越来越重视。本文结合无功率补偿的几种数学模型，在此基础之上对如何实现配电网运行过程中的无功补偿优化进行了相应的探究与讨论。

参考文献

[1]王彤.中压配网无功补偿优化方法研究[J].水电能源科学，2009（2）.

[2]颜伟，徐郑.10kV馈线无功补偿选点的负荷功率阻抗矩方法[J].电力系统及其自动化学报，2005（5）.