許家寶

( 安徽工程大學(xué) 安徽蕪湖 241000)

隨著我國電力的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的內(nèi)部的無功補(bǔ)償和無功優(yōu)化問題變得日益突出，對于無功控制方法和優(yōu)化方案的要求都越來越高，但現(xiàn)今我國在無功優(yōu)化的控制模型中的算法上和應(yīng)用上不充足，有很多的漏洞和缺陷。無功優(yōu)化是一個重要的控制措施，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。無功優(yōu)化的目的是采用各種控制方法，將各項(xiàng)性能指標(biāo)調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)，從而達(dá)到電力運(yùn)行最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最高的經(jīng)濟(jì)效益。作為電力工作人員，在實(shí)際工作中，要主動根據(jù)研究問題的實(shí)際情況和特點(diǎn)，探尋無功補(bǔ)償和無功優(yōu)化的最佳方案。

1 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化現(xiàn)狀與途徑

1.1 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化，是在滿足充分確保電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量的要求下，采用科學(xué)的無功補(bǔ)償措施和方法，以改變現(xiàn)有電網(wǎng)有功損耗的操作模式，減少電力系統(tǒng)的功能損失和無功補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用。

隨著時代的發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)也變化很快。電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢，也會擴(kuò)大電網(wǎng)的規(guī)模，從而會使電壓中出現(xiàn)的問題越來越復(fù)雜，電壓崩潰并導(dǎo)致整個電網(wǎng)出現(xiàn)事故的概率也漸漸增加，因此電壓系統(tǒng)中電壓的質(zhì)量需要提高和改善，為了提高電壓合格率、確保電能的質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)無功電壓調(diào)節(jié)能力，通過各種調(diào)節(jié)的手段，提高電網(wǎng)電壓的合格率，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的途徑

通過合理分配電力系統(tǒng)中的無功電源和對無功負(fù)荷補(bǔ)償，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，是動態(tài)的電荷，有時會有變化很大。而傳統(tǒng)的動態(tài)無功是靜態(tài)的無功優(yōu)化，未能充分地考慮到動態(tài)電荷間的聯(lián)系。

在傳統(tǒng)的靜態(tài)的無功優(yōu)化中，往往是通過使用當(dāng)時或者過去的優(yōu)化結(jié)果去調(diào)節(jié)下一時刻的電力系統(tǒng)的設(shè)備，這種做法并不科學(xué)。動態(tài)的無功優(yōu)化的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)的靜態(tài)的無功中出現(xiàn)的弊端。在一般情況下，無功優(yōu)化包括兩個方面:一個是規(guī)劃優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)难b置;另一個是有效的控制電壓的無功優(yōu)化。

1.2.1 優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)难b置 無功功率是靠由電動機(jī)、變壓器、線圈、感應(yīng)加熱裝置等一些電力設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的?？茖W(xué)合理選擇電壓補(bǔ)償裝置，能在最大程度上減少電力的損耗，提高電網(wǎng)的質(zhì)量。在大多數(shù)情況下，能通過電容器去補(bǔ)償負(fù)荷中的無功電流，即無功補(bǔ)償。簡而言之，電網(wǎng)同時產(chǎn)生了無功功率和有功功率。功率是過于籠統(tǒng)，增加了功率損耗，一般負(fù)載如電機(jī)負(fù)載是感性，工作的需要，不消耗功率，然而過大的無功功率增加了損耗電能，而普通的負(fù)載都是感性的，在運(yùn)行時要消耗很多無功功率，因此，電網(wǎng)的無功補(bǔ)償十分必要，現(xiàn)今電容補(bǔ)償是運(yùn)用最廣，是通過電容器產(chǎn)生的無功給負(fù)載所需的無功功率，可以減少電網(wǎng)的功率損失，且能使設(shè)備的使用效率得到提高。

1.2.2 電壓無功優(yōu)化閉環(huán)控制 無功優(yōu)化的閉環(huán)控制是利用調(diào)度自動化系統(tǒng)來收集的遙信、各節(jié)點(diǎn)遙測等實(shí)時數(shù)據(jù)和關(guān)口功率因素、各節(jié)點(diǎn)的電壓的合格率作為約束條件，進(jìn)行在線的電壓無功優(yōu)化控制和分析，以實(shí)現(xiàn)調(diào)整主變分接開關(guān)的次數(shù)最少和最合理的電容器投切、合格率最高的電壓和損率最小的輸電網(wǎng)等綜合優(yōu)化的目標(biāo)，最終就能形成控制的指令，利用自動化系統(tǒng)自動完成調(diào)度?，F(xiàn)在主要是網(wǎng)調(diào)級別、縣級網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和省級網(wǎng)幾種。在縣級電網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)，此系統(tǒng)可分為分布式模式和集中式模式。不僅能保持的電壓平衡，并提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以減少無功損耗和有功損耗，使電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和安全地運(yùn)行。

2 無功補(bǔ)償原則與方式

2.1 無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

無功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t為布局合理，規(guī)劃全面，就地平衡，補(bǔ)償分級。具體的內(nèi)容如下。

2.1.1 局部平衡和總體平衡相互結(jié)合 局部與總體平衡相結(jié)合既可以使電網(wǎng)的總無功達(dá)到平衡，又能使分站、分線的無功達(dá)到平衡。

2.2.2 分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相互結(jié)合 主要是分散補(bǔ)償，必須在負(fù)荷集中處實(shí)行電壓補(bǔ)償，既要在變電站中進(jìn)行集中地補(bǔ)償，又要在用電設(shè)備處、配電變壓器和配電線路中進(jìn)行分散地補(bǔ)償，以至于保持無功的就地平衡，降低在長距離輸電中電壓損耗。

2.2.3 低壓補(bǔ)償和高壓補(bǔ)償相互結(jié)合 主要是低壓補(bǔ)償，這就跟分散補(bǔ)償緊密聯(lián)系。

2.2.4 調(diào)壓和降損相互結(jié)合 主要是降損，同時不能忽視調(diào)壓。對于輸電線路分支多、距離較長、功率因數(shù)低、負(fù)荷較分散的線路可以優(yōu)先考慮該種調(diào)節(jié)方法，此線路最明顯的特點(diǎn)就是:線路損失大、負(fù)荷率低。若對線路進(jìn)行補(bǔ)償，能大大提高供電線路的輸電能力。

2.2 按照補(bǔ)償原則，確定無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h3>

根據(jù)上述的基本原則，按照在電力系統(tǒng)中無功的走向，確定其容量和補(bǔ)償方式。變電站高壓集中補(bǔ)償，是在變電站的母線上配置高壓并聯(lián)電容器組，以此補(bǔ)償主變的空載線路漏補(bǔ)和無功損耗的無功功率。

2.2.1 隨器補(bǔ)償 配電變壓器低壓側(cè)電容器，可以起到補(bǔ)償配電變壓器的漏磁無功功率和空載無功功率。通常情況下農(nóng)網(wǎng)配邊負(fù)載率比較低，尤其是在輕載和空載時，變壓器的空載勵磁武功是主要的無功富惡化，正因如此，配變無功不成容量不應(yīng)該超過空載無功，否則容易導(dǎo)致過補(bǔ)償問題的發(fā)生，具體的操作過程當(dāng)中應(yīng)該嚴(yán)格按照式Qb≤10% Se/100 (其中:10% 是空載電流百分?jǐn)?shù)，從手冊中可查出，Se 是變壓器的額定容量)，但是用戶變壓器負(fù)荷率較高，對用戶的變壓器補(bǔ)償應(yīng)該以提高變壓器出力為主。

2.2.2 隨電動機(jī)補(bǔ)償 在電動機(jī)之上并聯(lián)電容器可以起到補(bǔ)償電動機(jī)無功消耗的效果。根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)顯示，縣級農(nóng)網(wǎng)中電動機(jī)往往會有60%左右的無功功率，對此必須要做好電動機(jī)的無功補(bǔ)償，從而降低對配電線路的損耗，并達(dá)到無功就地平衡和提高電動機(jī)出力的效果。通常情況下對于7.5kw 以上電動機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償時，確定容量應(yīng)按QC≤3UeI0。其次，對于符合較大的電動機(jī)，應(yīng)該適當(dāng)加大補(bǔ)償容量，以大于電動機(jī)空載無功、小于額定無功負(fù)荷為準(zhǔn)，即為Q0≤QC≤Qe。

2.2.3 動態(tài)無功補(bǔ)償 電壓是衡量電能的質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，網(wǎng)損也體現(xiàn)了電力企業(yè)的綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)。尋求提高電壓的質(zhì)量、降低電能的損耗的方法是電力企業(yè)目前的工作重心。電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗的問題十分突出，無功補(bǔ)償就是一種能有效減少線損的方法。在電力系統(tǒng)中，電壓的無功控制通常包括就地控制和集中控制兩種模式。隨著電力系統(tǒng)中的自動化不斷的提高，無人值班變電所的數(shù)量也不斷增加，使集中控制變?yōu)榭赡芎鸵彩直匾?，可采取以下措?①針對無功優(yōu)化的特性和各種算法的基礎(chǔ)上，使用線性的無功優(yōu)化的模型，并通過潮流雅可比矩陣直接求得靈敏度的系數(shù)，再建立無功優(yōu)化模型，它的過程簡單、原理清楚、沒有經(jīng)過簡化處理，在規(guī)模較大的電力系統(tǒng)優(yōu)化中有突出的優(yōu)點(diǎn)。②針對無功優(yōu)化中出現(xiàn)的問題，提出了帶模糊約束函數(shù)的原對偶路徑跟蹤法。通過把運(yùn)行中的軟約束進(jìn)行模糊化，就能獲得較接近的最優(yōu)解。大大減少計(jì)算量，并且迭代方程只增加一階，還保持了原問題的良好的稀疏技術(shù)，保留了內(nèi)點(diǎn)法良好的數(shù)值魯棒性和收斂性能。③因?yàn)橛休d可調(diào)變壓器和可投切的電抗器/電容器的都采用離散的分接頭，所以無功優(yōu)化是一個混合整數(shù)的規(guī)劃?？衫梅种Χń绶ㄟM(jìn)行規(guī)劃。通過對分枝變量(變壓器的分接頭與電抗/電容器的投切組數(shù))進(jìn)行以啟發(fā)式規(guī)則為基礎(chǔ)的合理排序，能大大提高它的計(jì)算的精度，減少求解的時間以得到較滿意的結(jié)果。

3 無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償?shù)拇胧?/h2>

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，電器設(shè)備每消耗1kw的有功功率，應(yīng)該有1.2 ～1.3kvar的無功功率與之匹配。電力系統(tǒng)中無功電源主要是無功補(bǔ)償設(shè)備、發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率、高電壓輸電線路、電纜線路的充電功率及輸出的無功功率等三個部分組成。從發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的無功功率通常是有功功率的40 ～60%;然而電纜線路和高電壓輸電線路的充電功率由于電壓的高低和線路的長短等一些因素會有較大的差異。因此，在電力系統(tǒng)中有大約50%的無功功率需要用無功補(bǔ)償設(shè)備去平衡。

現(xiàn)在的能源形勢十分嚴(yán)峻。全面提倡構(gòu)建節(jié)約型的社會，重視對無功功率的管理，加強(qiáng)無功功率的補(bǔ)償力度，最大程度上降低電能的損耗，國家相關(guān)部門需要探索、論證、研究相關(guān)的法規(guī)技術(shù)或者標(biāo)準(zhǔn)形式，適當(dāng)提高現(xiàn)在高、低壓用戶的功率因數(shù)的基本值;嚴(yán)格按照法律法規(guī)從根本上解決用戶的無功補(bǔ)償容量不足的問題。

對于大多數(shù)用戶，無功的意思只是計(jì)量數(shù)據(jù)而沒有費(fèi)用的收取，認(rèn)為這些電能只占有供電企業(yè)電網(wǎng)的電力資源，卻和自己在經(jīng)濟(jì)上無任何關(guān)系，幾乎沒有人去關(guān)心和重視電能是否流失以及流失了多少。要調(diào)動這些用戶提高功率因數(shù)的積極性，根據(jù)最新的技術(shù)要求制定出一套有助于節(jié)能減耗的方案，還要有助于用戶的投資回報，運(yùn)用高科技的研究成果，研究出適用于小用戶、體積小、價格合理、性能高的無功補(bǔ)償產(chǎn)品，還要采取無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)措施，以至于能減少無功功率的流動，真正實(shí)現(xiàn)“跟蹤補(bǔ)償”和“就地補(bǔ)償”的無功補(bǔ)償原則。

4 結(jié)束語

我國已經(jīng)全面進(jìn)入節(jié)約型的社會，節(jié)約資源已成為我國的基本國策。加強(qiáng)電力系統(tǒng)有功優(yōu)化和無功補(bǔ)償方面的開發(fā)和研究，把節(jié)約電能作為電力系統(tǒng)內(nèi)部的頭等大事，不僅能降低電力的損耗，有效地節(jié)約電力資源，在本質(zhì)上增加供電企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以讓廣大的用戶從中受益匪淺。因此，電力工作人員有責(zé)任和義務(wù)立足于工作本身，為節(jié)約電力能源、構(gòu)建節(jié)約型的社會做出自己的貢獻(xiàn)。