國網(wǎng)三門縣供電公司 鄭建宏

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直接向用戶供電的重要環(huán)節(jié)，但是其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性決定了系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量和線路損耗問題突出，特別是在考慮到負(fù)荷波動的影響下，往往難以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)性和經(jīng)濟(jì)性要求[1]。所以有必要尋求有效無功優(yōu)化補(bǔ)償策略，以改善配網(wǎng)系統(tǒng)電壓質(zhì)量和提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[2]。在電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著為廣大用戶輸送電力的任務(wù)，其具體結(jié)構(gòu)及實(shí)際特征構(gòu)成了在整個(gè)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓運(yùn)行質(zhì)量同線路運(yùn)行損耗問題，再加上負(fù)荷運(yùn)行波動所帶來的影響，通常無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行需達(dá)到的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)和優(yōu)質(zhì)性要求。因此需找到有效的無功功率優(yōu)化解決方案，以保障配網(wǎng)供電系統(tǒng)電壓運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)增收[3]。

關(guān)于電網(wǎng)存在波動性的負(fù)荷問題，采用無功功率分時(shí)、分段進(jìn)行補(bǔ)償?shù)霓k法予以解決，不但可以有效改善電壓運(yùn)行的穩(wěn)定性，還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。通過研究分析驗(yàn)證了此算法不僅可以實(shí)現(xiàn)電能的有效節(jié)約，還具有控制方法簡單，實(shí)施策略具有一定的安全性和有效性的特點(diǎn)。

1 無功補(bǔ)償方式及無功補(bǔ)償電容器安裝運(yùn)行過程中的安全問題

無功功率補(bǔ)償?shù)脑硎窃陔姶旁娐分邪幢壤惭b電容器，因此兩個(gè)電流相互補(bǔ)償，電流矢量和電壓矢量之間的夾角減小，從而提高電的工作能力，目前一般有三種補(bǔ)償方式。

中央補(bǔ)償。補(bǔ)償電容器組裝在變電站的母線上，可手動或成組自動補(bǔ)償。結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際情況，選擇功率因數(shù)、電壓、無功等不同的補(bǔ)償方式，電壓和無功綜合控制或電壓控制和電壓和無功綜合濾波器；動態(tài)無功補(bǔ)償。晶閘管控制電容器的轉(zhuǎn)換，該控制方式的反應(yīng)速度一般為20kg，切換時(shí)無充電電流和過電流。然而由于晶閘管的物理傳導(dǎo)電壓特性，電容器的轉(zhuǎn)換將產(chǎn)生諧波；供電線路無功自動補(bǔ)償分組。一般用于廠礦企業(yè)低壓部分和配電變壓器的就地補(bǔ)償。在考慮無功補(bǔ)償方法的選擇時(shí)，為充分發(fā)揮發(fā)電和供電設(shè)備的潛力，并盡量減少發(fā)電機(jī)的無功能量生產(chǎn)，變電站應(yīng)首先補(bǔ)償用戶所需的無功功率和電網(wǎng)中的無功功率損失，從而提高供電網(wǎng)絡(luò)各部件允許溫升和允許壓降的輸送能力，減少網(wǎng)絡(luò)電能損耗。

安裝接線必須符合技術(shù)要求。對于帶中央補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M，將建造一個(gè)單獨(dú)的電容器室，該電容器室應(yīng)通風(fēng)良好并防止陽光照射。電容器組通過斷路器和電纜連接到母線。對于中型點(diǎn)式間接接地系統(tǒng)，當(dāng)電容器采用星形接線時(shí)，為避免系統(tǒng)單相接地電壓升高其外殼將與地面絕緣，絕緣程度將與電網(wǎng)的額定電壓一致。

環(huán)境溫度的影響。電容器的工作溫度是操作人員的重要監(jiān)測元件。溫度不超過允許范圍是確保電容器安全運(yùn)行和達(dá)到預(yù)定使用壽命的重要前提。工作溫度過高導(dǎo)致介質(zhì)擊穿力降低或介質(zhì)損耗迅速增加。如溫度繼續(xù)升高將破壞熱平衡并導(dǎo)致熱中斷。在低溫下電容器內(nèi)部會有負(fù)壓，自由電壓會下降。所以不同地區(qū)的能源元件將根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和電容器技術(shù)法規(guī)的要求選擇相應(yīng)的型號，以確保安全行動的細(xì)節(jié)。

電容器過載風(fēng)險(xiǎn)。該法規(guī)規(guī)定電容器可以在1.1倍額定電壓下長時(shí)間運(yùn)行，但在許多情況下，夜間鉆孔的工作電壓通常高于規(guī)定的允許電壓，工作過電流會影響電容器的壽命。發(fā)現(xiàn)電容器的壽命與電壓的7～8次方成反比。如果電壓增加15%，在額定電壓下運(yùn)行時(shí)其使用壽命可降低到32.7%～37.6%。為避免實(shí)際運(yùn)行中的過電流，設(shè)備選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用額定電壓最高的電容器，容量差小的電容器應(yīng)在同一相位串聯(lián)，三相差不應(yīng)太大。應(yīng)正確選擇電容器組專用斷路器組，一般為真空斷路器等。此外應(yīng)盡可能減少電容器組的開關(guān)次數(shù)，以避免操作過電壓的頻繁影響。

2 電網(wǎng)運(yùn)行的無功功率優(yōu)化補(bǔ)償模型

2.1 負(fù)荷運(yùn)行曲線不同分段特點(diǎn)分析

通常根據(jù)負(fù)荷運(yùn)行曲線的具體條件，通過負(fù)荷運(yùn)行水平以及曲線的不同趨勢和調(diào)壓補(bǔ)償設(shè)備動作的次數(shù)要求，首先把分段數(shù)定下來，然后再對負(fù)荷運(yùn)行曲線加以分段。由于需要利用無功調(diào)節(jié)功率的電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對有功的損耗減少目的，因此要采用無功曲線變化的方法完成分段。通常情況下，電網(wǎng)有功與無功的運(yùn)行變化大體相同，故而兩者能夠兼顧，實(shí)際分段較容易[4]。在達(dá)到無功分段控制裝置限定次數(shù)條件下，實(shí)際分段數(shù)由負(fù)荷運(yùn)行曲線狀況決定，分段越細(xì)其有功的損耗就會越小。其中負(fù)荷運(yùn)行曲線的實(shí)際分段同負(fù)荷的實(shí)際水平、曲線運(yùn)行變化、調(diào)壓設(shè)備次數(shù)限制等因素密切相關(guān)，通過調(diào)節(jié)無功運(yùn)行功率的實(shí)際損耗比有功的實(shí)際損耗小，因此在進(jìn)行實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)要首先查對無功運(yùn)行負(fù)荷的曲線分段。

通常有功和無功運(yùn)行的曲線不會存在很大變化，對有功的實(shí)際功率進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)可參照無功分段的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。把無功補(bǔ)償裝置運(yùn)作的次數(shù)確定下來，具體分段數(shù)則要看曲線實(shí)際運(yùn)行變化的情況而定，這時(shí)電網(wǎng)有功功率消耗的越少其運(yùn)行效率就會越高。

2.2 目標(biāo)設(shè)定函數(shù)與制約條件

當(dāng)分段和負(fù)荷點(diǎn)得到確定后，再選擇科學(xué)的方法計(jì)算得出各個(gè)時(shí)段下所耗電能的實(shí)際情況，同時(shí)根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果提出控制今后電能消耗的具體策略，如采用具有代表性負(fù)荷點(diǎn)加入研發(fā)設(shè)計(jì)，其兩點(diǎn)間所用的電量須同分段時(shí)間存在必然聯(lián)系，在做好電量的函數(shù)目標(biāo)值確定工作后要制定出相關(guān)的制約標(biāo)準(zhǔn)。比如各個(gè)時(shí)段需達(dá)到的電壓、電容需補(bǔ)償?shù)木唧w容量、變壓變電器的調(diào)節(jié)與操作等都要達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是調(diào)節(jié)補(bǔ)償設(shè)備，只有將各個(gè)設(shè)備之間不同的用電需求處理好，才可真正達(dá)到對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率優(yōu)化升級的目標(biāo)。

2.3 配電網(wǎng)運(yùn)行中無功功率優(yōu)化補(bǔ)償

采取最小的負(fù)荷辦法確定適合無功用電功率的最佳補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。如今配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中采取無功功率的補(bǔ)償設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)娜萘空{(diào)節(jié)，為防止出現(xiàn)無功倒送功率問題，通常會采取負(fù)荷最小的辦法計(jì)算潮流，同時(shí)把補(bǔ)償點(diǎn)持續(xù)流出的無功量作為整點(diǎn)補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘?，以便?shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)行配電網(wǎng)補(bǔ)償功率的最大化。

優(yōu)化后的算法步驟。據(jù)PSO 變異模擬算子方法做步驟分解：錄入初始數(shù)據(jù)，主要分為配電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)和負(fù)荷信息數(shù)據(jù)及所對應(yīng)的無功粒子群補(bǔ)償算法標(biāo)準(zhǔn)等。在初始化過程中需設(shè)置迭代次數(shù)、即m=0，同時(shí)根據(jù)設(shè)定次數(shù)確定補(bǔ)償?shù)奈恢煤途唧w點(diǎn)數(shù)，并對所有節(jié)點(diǎn)速度開始初始化的隨機(jī)性作業(yè)。完成其最小的負(fù)荷量計(jì)算。采取與其相適宜的算法獲取補(bǔ)償點(diǎn)總的補(bǔ)償量并完成最大的負(fù)荷量測算，由此判斷需不需要新增補(bǔ)償點(diǎn)，從而求出所對應(yīng)的函數(shù)值。然后計(jì)算出粒子群中每一個(gè)粒子的速度和更新以后的所處位置，并檢查更新粒子位置后它的變量是否發(fā)生越線，當(dāng)通過檢查粒子已發(fā)生越線就須對其進(jìn)行限制，同時(shí)要進(jìn)行判斷變異的算子是不是已經(jīng)達(dá)到啟動的條件，當(dāng)達(dá)到條件時(shí)要啟動變異的算子排除局部的優(yōu)化，另外要對歷史粒子位置的優(yōu)化和全部的位置優(yōu)化實(shí)施更新。

3 供電網(wǎng)絡(luò)無功功率分時(shí)分段進(jìn)行控制的策略

3.1 兩階段的優(yōu)化形式

兩階段進(jìn)行優(yōu)化的主要形式是，調(diào)度前進(jìn)行相應(yīng)預(yù)先的優(yōu)化和實(shí)時(shí)的優(yōu)化，其中預(yù)先的優(yōu)化主要是利用預(yù)測供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大小，再進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的周期統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，隨后再利用統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化，實(shí)時(shí)進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整，不僅可對電網(wǎng)無功功率進(jìn)行控制與管理，同時(shí)還能防止信息的失真，最終達(dá)到供電網(wǎng)絡(luò)無功功率優(yōu)化的需求[5]。

3.2 預(yù)先進(jìn)行優(yōu)化的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算

預(yù)先進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的實(shí)施主要是根據(jù)模型進(jìn)行的，同時(shí)依據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的目標(biāo)參數(shù)和約束的條件。在實(shí)際的計(jì)算中無需考慮實(shí)際工作次數(shù)，且調(diào)度周期設(shè)定成24小時(shí)，同時(shí)應(yīng)用遺傳的算法對各個(gè)階段無功功率的優(yōu)化進(jìn)行計(jì)算，并將預(yù)先進(jìn)行優(yōu)化出的結(jié)果當(dāng)做實(shí)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行各階段無功功率優(yōu)化計(jì)算時(shí)，還要進(jìn)行設(shè)備使用的數(shù)量和調(diào)控設(shè)備次數(shù)的記錄，最終通過各方因素的分析獲得精準(zhǔn)結(jié)果。在設(shè)備調(diào)控過程中，設(shè)備顯示1時(shí)證明調(diào)控動作，當(dāng)設(shè)備顯示0時(shí)證明調(diào)控沒有工作。設(shè)備工作限動的次數(shù)和電氣設(shè)備實(shí)際工作的壽命及使用的壽命存在必然的聯(lián)系，設(shè)備使用的限動次數(shù)的計(jì)算是和設(shè)備所使用年限以及設(shè)備運(yùn)行次數(shù)相關(guān)。

通過計(jì)算獲得相應(yīng)結(jié)論如下：當(dāng)在動作限制次數(shù)范圍內(nèi)工作，分段控制越多其電網(wǎng)供電電能的損失將會越小，可是分段控制的次數(shù)越多、會出現(xiàn)降低補(bǔ)償設(shè)備的使用壽命。因此要依據(jù)實(shí)際控制復(fù)雜的程度及經(jīng)濟(jì)性確定分段控制的數(shù)量，一般在一個(gè)荷峰及一個(gè)荷谷情況下可選擇兩個(gè)到四個(gè)分段控制；依據(jù)供電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際變化情況，通過調(diào)壓型變壓器調(diào)解電壓，不但可降低供電網(wǎng)絡(luò)的損耗，同時(shí)還可減輕補(bǔ)償設(shè)備中電容投入；在供電網(wǎng)絡(luò)中須考慮可調(diào)變壓器存在的鐵損，從而達(dá)到優(yōu)化降低供電的損失，提高供電電壓的質(zhì)量以及達(dá)到控制過程的簡單化。

3.3 實(shí)施多目標(biāo)無功功率的優(yōu)化

實(shí)施多目標(biāo)無功功率的優(yōu)化，其具體實(shí)現(xiàn)要分成三部分達(dá)到：首先須進(jìn)行多目標(biāo)確定，為確保調(diào)控優(yōu)化后的結(jié)果具有一定的精確性，在實(shí)際計(jì)算中須應(yīng)用多目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，要綜合使用各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行函數(shù)目標(biāo)的建立，然后依據(jù)函數(shù)目標(biāo)實(shí)際參數(shù)確定決策；其二進(jìn)行必要的計(jì)算工作，在進(jìn)行多目標(biāo)實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)，須區(qū)分出多目標(biāo)中的權(quán)重問題，對比出目標(biāo)存在差異的不同點(diǎn)，隨后把各個(gè)目標(biāo)存在的差異利用矩形列陣表現(xiàn)出來，然后再根據(jù)矩形列陣求出矩形的行列及矩形的列陣，列陣的最終結(jié)果就是權(quán)重；最后進(jìn)行結(jié)果評定和設(shè)定動作的閾值。供電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)供電網(wǎng)出現(xiàn)非常大的損耗時(shí)控制設(shè)備會發(fā)出損耗報(bào)警，要想能有效提高供電網(wǎng)絡(luò)使用的效率、減輕供電網(wǎng)絡(luò)在供電狀態(tài)下的損耗，須對控制系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化及報(bào)警閾值的設(shè)置。

報(bào)警閾值的設(shè)定步驟由三部分組成：首先確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)正常，網(wǎng)絡(luò)是否正常和電壓存在偏差、各個(gè)時(shí)段之間的負(fù)荷及系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)存在直接的聯(lián)系，當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)到達(dá)相應(yīng)數(shù)值時(shí)系統(tǒng)會立刻利用網(wǎng)絡(luò)對控制系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化。

圖1 配電變低壓端機(jī)電一體開關(guān)無功補(bǔ)償裝置接線圖

其次進(jìn)行報(bào)警閥值的調(diào)節(jié)，報(bào)警閾值是利用優(yōu)化的結(jié)果計(jì)算進(jìn)行報(bào)警閾值的確定的，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出控制指令時(shí)報(bào)警閾值自動會進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

最后對計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，在供電網(wǎng)絡(luò)無功功率相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算低于報(bào)警閾值時(shí)表明供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行非常好，這時(shí)不需對控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，但在實(shí)際的計(jì)算過程中存在相應(yīng)的誤差，因此為確保計(jì)算的優(yōu)化結(jié)果具有一定準(zhǔn)確性及一定的精確性，在進(jìn)行兩段形式優(yōu)化同時(shí)，還要實(shí)施分段控制的遺傳算法的策略。

4 結(jié)語

為達(dá)到降低供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的壓力、減小供電過程中對電能的損耗，本文通過研究提出了分段進(jìn)行優(yōu)化的控制形式。針對已經(jīng)安裝無功補(bǔ)償設(shè)施的供電網(wǎng)絡(luò)，提出24小時(shí)無功補(bǔ)償優(yōu)化策略，這種分段控制與不分段控制相比，更加容易解決受到調(diào)壓補(bǔ)償設(shè)備動作的次數(shù)以及節(jié)點(diǎn)處電壓等制約，能夠兼顧各階段負(fù)荷變化情況，并能減小供電網(wǎng)絡(luò)有功功率的損失，其控制的形式非常方便。