配电网无功优化分析与研究

配电网无功优化分析与研究
摘要：本文通过对国内配电网无功损耗的分析和研究，得出配电与用户侧无功补偿优化的重要性。

同时对无功补偿规划、全无功随器补偿、低压侧三相不平衡的全电容补偿以及配电网无功设备的全局管理等几个方面进行了主体性分析和研究。

关键词：无功规划全无功随器补偿全电容补偿全局管理
我国配电网点多面广，结构复杂，负荷性质不同，负荷变化波动大，配电网的线损约占总损耗的43%，配网线损高的原因主要有：（1）无功补偿度较低；（2 ）配电变压器损耗大；（3 ）配网负荷不均衡。

配电网降损节能与提高电能质量工作的要点是减少通过联络线及联络变压器中电流的无功分量，无功补偿是电力网建设和改造的重要组成部分，它是保持网络无功平衡，提高电压质量，降低网络损耗的有效措施。

1 无功损耗组成分析
配电网的电压低，输电线路的电纳小，电抗小，充电无功少，无功损耗少，相对于负荷无功及变压器损耗而言可以忽略。

农村电网的无功损耗组成中，变电站主变压器约占10.1%，输电线约占1.23%，高压配电线约占3.87%，配电变压器约占41.4%，用户感性负荷约占43.4%。

城市电网的负荷比农村电网大，配电变压器的无功损耗比例
稍大，但配网整体的无功损耗比例组成也差不多少。

可见，只要用户及配电变压器的无功损耗做到完全补偿，配电网的输电线路中就只有少量无功( 约 5.1%) 流动，损耗就可以大大减少，电压质量就可以大大提高。

因此, 配电网无功补偿的主体是用户无功及配电变压器的无功损耗。

2 无功补偿规划
配电网无功补偿设备规划是配电网无功优化的重要而关键的内容之一。

为解决传统无功补偿规划方法的不合理与不科学现状以及因此带来的不良影响隐患，本文建议采用目前在国内已经较为成熟的专业配电网无功补偿规划软件来辅助进行无功补偿设备的规划和决策。

配电网无功优化规划软件以基于霍夫定律的前推回代潮流算法为基础，以定向变异遗传算法为寻优手段，结合灵敏度分析进行规划，同时提供人工干预功能，如人工设定投资约束、功率因数约束、电压合格率约束、补偿方式约束、补偿点数约束和负荷增长系数等，也支持人工指定补偿位置的规划决策，确保能够得到满足实际情况的、贴近现场需求的最优无功规划方案。

无功补偿规划时，一般采用“自下而上”的模式，需要综合考虑各种不同负荷水平下的无功补偿规划方案，避免因只考虑某一种方式而带来的单一性和不合理性。

软件规划时，根据电网的实际负荷水平与预测数据，以电压、功率因数、投资为主要约束条件，以网损最小为
目标进行配电网无功补偿设备的规划决策，得到无功补偿设备的安装位置、安装容量与分组方式，同时得到典型负荷水平下的配变最佳匹配档位，达到配电网无功电源的合理布局和潮流优化，实现无功的源头优化与节能。

3 全无功随器补偿
无功就地补偿原则包括 3 要素：什么地方用无功就在什么地方补偿；什么时候用无功就什么时候补偿；用多少无功就补偿多少。

10 千伏线路里的无功84.8% 来自于低压，把低压无功阻挡在10 千伏线路之外解决是最优的解决方式。

在低压侧补偿后，10 千伏线路电能损耗可明显下降。

这种节约是巨大的，它是系统的，它的节约是整体的。

全无功随器自动补偿，随器是指安装在配电变压器低压侧，即就地补偿；全无功即指把配电变压器的无功损耗完全补偿，如其所供无功负荷还有剩余，也要在此处完全补偿，不要留给上一级变电站进行补偿；自动补偿就是说跟踪无功负荷含无功损耗的变化进行补偿。

任何负载率下都能补偿到变压器高压侧的功率因数为 1.0 或略微倒送无功，输电线路上基本上只有有功电流流动，节能效益显著。

4 全电容补偿
低压配电系统大都采用三相四线制Yy n o 接线方式, 由于单相
负载的不均衡性和用电不同时性等原因, 造成配电变压器处于三相不平衡运行状态, 导致中线上出现不平衡电流, 不仅会增加损耗、降低效率, 还会使中性线过负荷发热甚至断线，在负荷接入点安装补偿装置，一般都采用固定的静止电容器补偿，很难达到理想效果，还往往造成无功倒送系统的问题，节能降耗作用不明显。

关于配电网无功补偿设备的现状，可以用“年年栽树、不见森林”来概括和总结。

目前, 绝大多数不平衡补偿方法的研究是针对三相三线制的, 通常是仅考虑负序分量的存在, 而没有考虑零序电流分量。

本文建议通过叠加原理和对称分量法，通过负荷的Y-Δ 变换, 得到低压不平衡电流的全电容补偿方法，借助全无功随器自动补偿设备对配变低压侧三相不平衡进行补偿。

经过实践检验证明，该方法实现方便，效果显著。

5 全局管理
通过调查了解，配电网低压无功补偿柜有些没有安装投运，处于闲置状态，而投运的设备损坏率也较高。

造成这个现状的主要存在问题如下：接线不规范，不统一，电源线的截面积过小，两端未压接；取样检测信号倍率不当；电容器的额定电压与运行电压不匹配；电容器的容量和组数与投切定值配置不当，造成电容器组频繁投切，容易损坏电容器设备；补偿装置柜的外壳接地不规范，不可靠；等等。

解决以上现状和问题的方法就是采用配电网无功设备的全局管理方案。

通过建立配电网无功设备后台监控管理主站，通过无线加密
专网进行组网，实现配电网无功补偿设备的遥测、遥信和遥控等“三遥”功能，实时掌握设备运行状态，同时在终端设备的后备就地控制功能的基础上，实现以馈线为单位的前推回代协调优化调控，实现针对配电网无功设备的管控一体化全局管理。

6 结语
随着全球各国对于能源和环保的提倡和推行，“建设节约型社会”早已上升到国家战略方针的地位，国家电网公司也对“降损节能”提出了指导性意见，针对电力网进行“降损、节能和挖潜”的工作也日益得到各级供电企业的重视。

配电网无功优化作为电力企业提高效益的主要工作内容之一，其所涵盖的内容丰富，意义深远，值得广大电力工作者和科研人员进行更深入和广泛的研究。