電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化與無功補償

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1、電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償摘要：電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償是提高系統(tǒng)運行電壓，減小網(wǎng)損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。本文對當前國內外的無功優(yōu)化和無功補償進行了總結，對目前無功補償和優(yōu)化存在的問題進行了一定的探討和研究。關鍵詞：無功優(yōu)化無功補償非線性網(wǎng)損電壓質量1前言隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟運行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性是電力系統(tǒng)運行部門面臨的實際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實行，輸電公司（電網(wǎng)公司）通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功

2、功率優(yōu)化和無功功率補償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損,使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟運行。無功優(yōu)化計算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和系統(tǒng)負荷給定的情況下，通過調節(jié)控制變量（發(fā)電機的無功出力和機端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調節(jié)）使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達到最小。通過無功優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運行，而且能取得可觀的經(jīng)濟效益，使電能質量、系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性完美的結合在一起，因而無功優(yōu)化的前景十分廣闊。無功補償可看作是無功優(yōu)化的一

3、個子部分，即它通過調節(jié)電容器的安裝位置和電容器的容量，使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達到最小。2無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t和類型2.1無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t在無功優(yōu)化和無功補償中，首先要確定合適的補償點。無功負荷補償點一般按以下原則進行確定：1)根據(jù)網(wǎng)絡結構的特點，選擇幾個中樞點以實現(xiàn)對其他節(jié)點電壓的控制；2)根據(jù)無功就地平衡原則，選擇無功負荷較大的節(jié)點。3)無功分層平衡，即避免不同電壓等級的無功相互流動，以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。4)網(wǎng)絡中無功補償度不應低于部頒標準0.7的規(guī)定。2.2無功優(yōu)化和補償?shù)念愋酮ァ‰娏ο到y(tǒng)的無功補償不僅包括容性無功功率的補償而且包括感性無功功率的補償。在超高

4、壓輸電線路中(500kV及以上)，由于線路的容性充電功率很大，據(jù)統(tǒng)計在500kV每公里的容性充電功率達1.2Mvar／km。這樣就必須對系統(tǒng)進行感性無功功率補償以抵消線路的容性功率。如實際上，電網(wǎng)在500kV的變電所都進行了感性無功補償，并聯(lián)了高壓電抗和低壓電抗，使無功在500kV電網(wǎng)平衡。3輸配電網(wǎng)絡的無功優(yōu)化(閉式網(wǎng))電力系統(tǒng)的無功補償從優(yōu)化方面可從兩個方面說起，即輸配電網(wǎng)絡(閉式網(wǎng))和配電線路及用戶的無功優(yōu)化和補償(開式網(wǎng))。3.1無功優(yōu)化的目標函數(shù)　　參考文獻［3］中著名的等網(wǎng)損微增率定律指出，當全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等時，此時的網(wǎng)損最小。無功的補償點應設置在網(wǎng)損微增率較小的點(網(wǎng)損

5、微增率通常為負值時進行無功補償)，這樣通過與最優(yōu)網(wǎng)損微增率相結合進行反復迭代求解得到優(yōu)化的最佳點。一方面，該方法沒有計及其它控制變量的調節(jié)作用，同時在實際運行中也不可能通過反復迭代使全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等，這樣做的計算量太大且費時。與此同時，國內外學者對無功優(yōu)化進行了大量研究，提出了大量的無功優(yōu)化的數(shù)學模型的優(yōu)化算法。無功優(yōu)化的數(shù)學模型主要有兩種，其一為不計無功補償設備的費用，以系統(tǒng)網(wǎng)損最小為主要目的。即優(yōu)化狀態(tài)時無功優(yōu)化的目標函數(shù)可用下式表達：其二，以系統(tǒng)運行最優(yōu)為目標函數(shù)，它計及了系統(tǒng)由于補償后減小的網(wǎng)損費用和添加補償設備的費用，可用下式表達：式中，β為每度電價，τmax為年最大負荷損

6、耗小時數(shù)，α、γ分別表示為無功補償設備年度折舊維護率和投資回收率，KC為單位無功補償設備的價格，QC∑為無功補償總容量。模型二考慮了投資問題，可認為是一種比較理想的模型。特別是隨著電力市場的實行，各部門都追求經(jīng)濟效益，顯然考慮了無功投資問題更合理一些。3.2優(yōu)化算法由于電力系統(tǒng)的非線性、約束的多樣性、連續(xù)變量和離散變量混合性和計算規(guī)模較大使電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化存在著一定的難度。將非線性無功優(yōu)化模型線性化求解，是一些算法的出發(fā)點，如基于靈敏度分析的無功優(yōu)化潮流、無功綜合優(yōu)化的線性規(guī)劃內點法、帶懲罰項的無功優(yōu)化潮流和內點法等等，以上均是通過將非線性規(guī)劃運用泰勒級數(shù)展開,忽略二階及以上的項,建

7、立線性化模型求得優(yōu)化解。這些方法由于在線性化的過程中，忽略了二階及以上的項，其計算的收斂性得不到保證。為了提高優(yōu)化計算的收斂性，又提出了將罰函數(shù)的思想引入線性規(guī)劃,提出了帶懲罰項的無功優(yōu)化潮流模型與算法，使依從變量的越限消除或減小到最低限度。但它不能從根本上結局線性化后的不收斂問題。針對線性算法方法的不足，又提出了一些運用非線性算法，混合整數(shù)規(guī)劃、約束多面體法和非線性原-對偶算法等等。盡管這些方法能在理論上