论配电网的无功优化论文

论配电网的无功优化论文（通用10篇）

篇1：论配电网的无功优化论文

论配电网的无功优化论文

摘 要：当今，电力已作为现代社会的主要能源，与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系，越来越多的用户对电压质量提出了更高的要求，如何提高电压质量已经成为电力企业的一个重要目标，而其中无功优化又是提高电压质量的重要手段。

关键词：电压质量;配电网;无功补偿;线损;优化

电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响，无功则是影响电压的一个重要因素。对确定规模的10 kV配电网络终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命;另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本, 电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，优化无功，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

1 无功与线损的关系

因此合理的选择无功补偿点以及补偿容量，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，尤其造成的线损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。

2 配电系统无功补偿方案

2.1 变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、电抗器等，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上，通常无功补偿装置(一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节，通过两者的协调来进行电压/无功控制，然而操作上还是较为麻烦的，需要运行人员根据实时电压及有、无功进行分组投切。并且这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

VQC装置的投入运行能有效地调节系统的电压和做到无功平衡，并减少运行人员日常调整电压、投切电容器组的`工作量。但是目前一些厂家的电压无功综合控制系统仍存在较多的问题，以至于不少的变电站中虽然安装有VQC装置，但是实际却没有投入运行，或者虽然投入运行，却存在较大的事故隐患。

2.2 杆上补偿方式

目前10千伏配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：(1)补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿, 安装位置的确定线路出口电压较高，无需进行补偿，线路末端电压偏低，电容器运行困难，可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处。如果线路较长，可根据负荷情况选择两处补偿点，一处安装在线路2/5处，另一处在4/5处;(2)控制方式从简。杆上补偿不设分组投切;(3)补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热;(4)接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率;(5)保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。显然，杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，这种补偿方式具有投资小，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本负荷，在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术, 可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿，达到最佳效果。

2.3 用户终端分散补偿方式

《供电系统设计规范》指出，容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿;针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：①智能型控制，免维护;②体积小，易安装;③功能完善，造价较低。

与前面三种补偿方式相比，本补偿方式将更能体现以下优点：①线损率可减少20%;②减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件;③释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。

3 配电网无功优化遇到的问题

(1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。

(2)量测的问题。目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计或部分安装了负荷测录仪，人员的技术水平和管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

(3)谐波的问题。电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。

(4)无功倒送的问题。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功倒送，这引起充分考虑。

综上所述，10kV配电网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响(包括网损)。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。

篇2：论配电网的无功优化论文

摘 要：将目标函数确定为节点电压质量、无功补偿设备投资以及配电网电能损耗等，将配电网无功规划优化数学模型在最大负荷运行的方式下建立起来。针对配电网具有较多的待补偿节点和分支的特点，将一种具有最小无功电流损耗的算法提了出来，从而对补偿电容器的位置和个数进行优化，然后以此为基础与改进的遗传算法结合起来，使无功规划优化的效率和精度得到进一步的提升。

关键词：遗传算法;无功规划优化;配电网

并联电容器组是主要的配电网无功补偿设备，将电容器组的安装容量安装位置以及补偿点的个数科学合理地确定下来，可以确保实现提升电压质量和降低网损的目的。配电系统具有较大的负荷分散性，再加上具有较多的带补偿点和较长的供电半径，因此在无功配置方面具有较为独特的地方。为此，本文分析并介绍了基于遗传算法的配电网无功补偿优化规划。

篇3：论配电网的无功优化

1 无功与线损的关系

有功功率损失可按式 (1) 计算:

ΔP= (P2+Q2) /U2R=P2/U2cos2φ (1)

式中ΔP——有功功率损失;U——网络电压;P——有功功率;Q——无功功率;R——网络电阻;cosφ——网络功率因数。

可以看出:cosφ下降, ΔP增加。为简化计算, 可按式 (2) 计算:

ΔP={1- (cosφ1/cosφ2) 2} (2)

式中cosφ1——原有功率因数;cosφ2——提高或降低后的功率因数。因此, cosφ与线损的关系非常密切, 努力提高cosφ是降低线损的重要措 施。当P、U基本不变时, cosφ和配网ΔP的数量化关系见表1。

如此可以看出, 提高了cosφ既是降低了线损, 而功率因素cosφ是可以通过无功优化来提升的。

因此合理的选择无功补偿点以及补偿容量, 能够有效地维持系统的电压水平, 提高系统的电压稳定性, 避免大量无功的远距离传输, 从而降低有功网损, 减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏, 尤其造成的线损相当大, 因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。

2 配电系统无功补偿方案

2.1 变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡, 在变电站进行集中补偿, 补偿装置包括并联电容器、电抗器等, 主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上, 通常无功补偿装置 (一般是并联电容器组) 结合有载调压抽头来调节, 通过两者的协调来进行电压/无功控制, 然而操作上还是较为麻烦的, 需要运行人员根据实时电压及有、无功进行分组投切。并且这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

VQC装置的投入运行能有效地调节系统的电压和做到无功平衡, 并减少运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。但是目前一些厂家的电压无功综合控制系统仍存在较多的问题, 以至于不少的变电站中虽然安装有VQC装置, 但是实际却没有投入运行, 或者虽然投入运行, 却存在较大的事故隐患。

2.2 杆上补偿方式

目前10千伏配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补, 大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上 (或另行架杆) 进行无功补偿, 以提高配电网功率因数, 达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站, 容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此, 杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行: (1) 补偿点宜少, 一条配电线路上宜采用单点补偿, 不宜采用多点补偿, 安装位置的确定线路出口电压较高, 无需进行补偿, 线路末端电压偏低, 电容器运行困难, 可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处。如果线路较长, 可根据负荷情况选择两处补偿点, 一处安装在线路2/5处, 另一处在4/5处; (2) 控制方式从简。杆上补偿不设分组投切; (3) 补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限, 太多的电容器同杆架设, 既不安全, 也不利于电容器散热; (4) 接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置, 以降低整套补偿设备的故障率; (5) 保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。显然, 杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿, 这种补偿方式具有投资小, 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本负荷, 在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术, 可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿, 达到最佳效果。

2.3 用户终端分散补偿方式

《供电系统设计规范》指出, 容量较大, 负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机, 应该进行就地无功补偿, 即随机补偿;针对小区用户终端, 由于用户负荷小, 波动大, 地点分散, 无人管理, 因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置, 并满足以下要求:①智能型控制, 免维护;②体积小, 易安装;③功能完善, 造价较低。

与前面三种补偿方式相比, 本补偿方式将更能体现以下优点:①线损率可减少20%;②减小电压损失, 改善电压质量, 进而改善用电设备启动和运行条件;③释放系统能量, 提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置, 设备利用率不高。

3 配电网无功优化遇到的问题

(1) 优化的问题。

目前无功补偿的出发点往往放在用户侧, 只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损, 必须从电力系统角度出发, 通过计算全网的无功潮流, 确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点, 才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化, 计算过程相当复杂。

(2) 量测的问题。

目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计或部分安装了负荷测录仪, 人员的技术水平和管理水平参差不齐, 表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持, 使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电度表, 要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

(3) 谐波的问题。

电容器本身具备一定的抗谐波能力, 但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响, 甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波的放大作用, 将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理, 在有较大谐波干扰, 又需要补偿无功的地点, 应考虑增加滤波装置。

(4) 无功倒送的问题。

无功倒送会增加配电网的损耗, 加重配电线路的负担, 是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户, 则可能在负荷低谷时造成无功倒送, 这引起充分考虑。

综上所述, 10kV配电网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点, 不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响 (包括网损) 。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造, 则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。

摘要：当今, 电力已作为现代社会的主要能源, 与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系, 越来越多的用户对电压质量提出了更高的要求, 如何提高电压质量已经成为电力企业的一个重要目标, 而其中无功优化又是提高电压质量的重要手段。

篇4：论配电网的无功优化论文

摘要：lOkV的配电线路展开优化设计进而达到节能的目标是电力行业所面临的最大难题，对10kV 配电网无功优化自动控制系统进行设计，对无功补偿的原理与具体设计方案进行阐述，本文对10kV 配电网无功优化自动化控制系统的设计，旨在提升用电效率，促进现代配电系统的经济效益与社会经济的可持续发展。

关键词：电力电网；10kV 配电网；自动化控制；无功补偿

目前，在我国现有的电力系统之中，lOkV电压等级的输变电系统是全部配电系统的重要部分，直接与用户展开连接。因为整个配电线路比较长，覆盖面非常广，电能在通过变压器等设备展开传输的过程之中，会由于各种各样的原因而发生功率的耗损，最终会致使用户无功补偿产生非常大的差异。通过选择控制参照量，基于功率因数通过TCP/IP 协议以及下位控制机的电压互感器获得具体数值，分析无功优化自动化系统构成，设计系统框架，对配电网进行无功优化能够有效改善电能质量、提升电压合格率、降低线损，减少碳排放和提升供电企业利润，同时也是实现上述内容的必然条件。最后对无功补偿装置投切控制，最后通过软件设计完善自动化控制系统。

1.配电网无功补偿原理

无功补偿是无功优化的重要组成部分，主要是通过在电网中安装补偿电容器等无功补偿设备元件，提供电动机或者变压器运转时所需要的电能，减少电网线路传输中的无功功率。其中电网输出功率方面主要包含两种，通过转化热能、光能以及机械能等方式直接消耗电能的属于有功功率；不消耗电能，只是将电能转化为其他形式的能，例如转化为磁能促使电网中的电子元件工作，此种功率被称之为无功功率。

2.控制参数选择

10kV 配电网运行的状况需要通过具体指标进行衡量，其中包括馈线首端功率因数以及电压合格率两个指标。其中馈线首端的功率因数与线路有功负荷以及感性无功的大小、分布有关。同时，根据整个配电网运行线路的运行状况，即馈线首端功率因数与现场电压内容，动态控制补偿电容器的投切，通过此种方法达到无功优化的根本性目的。功率因数内容可通过变电站调度自动化系统中获取有功功率与无功功率计算得来，为控制电容器自动投切与执行机构供电。现场电压则需要电压互感器从10kV 线路取得电压，通过控制器进行运算识别出运行中的现场电压。因此，本文在控制参数的选择方面，选择10kV 线路首端无功功率、功率因数以及现场电压作为控制电容器投切的具体参数。

3.系统整体设计框架

在整个无功优化自动化控制系统当中具有核心地位的是运行在调度中心上位机并且起到补偿作用的远程投切无功优化自动化控制系统。因此，上位机无线优化自动化控制系统应该根据10kV 线路运行状况，协调补偿器运行。现阶段配电网的管理普遍采用调度自动化系统，这用能够对整个配电网的运行状况实施监控，测量运行数据，运用相应数据计算馈线首端功率因素与现场电压参数值。补偿器沿馈线分布，与上位机之间的通信系统所采用。通过实现无线分组业务，在现有移动通信网络中增加网关支持节点与服务支持节点进而实现，能够实现补偿器与上位机之间的无线通信。无功优化自动化控制系统框架如图1 所示。

10kV 配电网结构变化较为频繁，在整个线路补偿器也会随着网络呈现出的变化对整个容量、位置以及个数进行合理有效的调整。通过此项内容可以得知，无功优化自动化控制系统具备一定的灵活性，能够依据动态状况进行自我调整。数据库能够记录拓扑结构信息、控制器信息、电容器信息等相应数据内容。当整个系统运用数据时，能够建立逻辑控制内容，充分获取配电网当中的无功补偿状况以及补偿容量信息数据，对无功优化自动化控制系统能够起到一定的监控作用。

4.投切控制及软件设计

4.1 投切控制

控制器投切控制的方式能够对整个系统运行奠定稳定性基础。为保证控制器设置电压整定上下限制，并将上下限值的具体差值称之为整定窗口，当控制器检测到现场电压高于整定上限时，需要切除电容器；一旦现场电压值低于整定上限时，需要投入电容器。并且当整个系统的上位机方面发送投入指令，需要将整个窗口向上移动，促使电容器投入。系统对控制器进行控制，需要报送确认包，如果连续发送确认包得不到回应，则证明系统运行出现异常状况，控制器转为独立工作模式，转为受控运行状态。因此，能够在整个系统运行状况异常的同时，保证电容器的投切。

4.2 软件设计

软件运用采用模块化与多线程技术进行软件架构设计，主要原因是由于该系统对调度自动化系统数据请求与获取以及远程控制器之间数据包交换均采用的是异步发生。在软件设计方面主要分为三个方面的内容，分为线路1、线路2 以及主线路程序。其中主线路程序当中包括电容器代理模块、数据路读写代理以及控制器代理模块等内容；线路1 方面主要是通过对调度自动化系统数据请求与结息模块分析整个系统中的首端参数，控制决策模块制定投切指令；线路2 主要是对整个数据内容进行分析，交由数据中心进行处理并发出相应指令。为保证软件设计得以实现，采用VisualStudio2008 作为开发工具，选择C 语言作为程序设计序言，对无功优化自动化控制系统进行设计。经过具体软件对10kV 配电网的实际检测，证明系统能够按照具体指令在调度自动化系统中或缺补偿的首端参数，实现补偿控制的运行，运行状况良好。

5.结论

根据上述分析可知，随着经济建设的飞速发展，人民的生活水平逐渐的提高，电力客户对电能质量的要求也愈来愈高，配电线路是连接电力系统和用户的重要环节，对10kV 无功优化自动化控制系统进行设计，通过无功补偿控制原理进行分析并对控制参数进行选择，设计整个系统运行框架，做好10kV配电线路的无功优化及自动化控制对于电网的发展具有非常重的意义。

参考文献：

[1] 袁贵中. 10KV配电网无功补偿技术分析[J]. 电源技术应用. 2012（10）

[2] 黄佩珊. 配电网无功补偿技术的研究[J]. 工业设计. 2012（02）

[3] 趙云花. 无功补偿提高功率因数的节能与降耗浅析[J]. 科技信息. 2011（05）

篇5：浅谈山区低压配电网的无功补偿

建始县地处鄂西南, 位于巫山、武陵山交错处, 是典型的山区地形。截至2008年年底, 建始县电力公司农网有110 kV变电站1座, 35 kV变电站9座;110 kV主变压器2台, 总容量50 MV·A;35 kV主变压器14台, 总容量62.1 MV·A;110 k V线路2条, 总长度54.8 km;35 k V线路20条, 总长度332.86 km;10 k V线路54条, 总长度2 534.3 km;低压配电线路14 200 km, 配电变压器1 990台, 容量149.3 MV·A。用户无功补偿容量7.96 Mvar, 与配电变压器容量之比为5.33%。近3年来, 建始县平均综合电压合格率91%, D类 (用户端) 电压合格率91.05%, 刚好达到供电企业对社会承诺的电压合格率。还没有达到省一流县级供电企业的电压合格率标准 (95%) 。为了降低线损率、提升电压合格率, 仍需加强电力无功补偿。

2 无功补偿方式及无功补偿容量

2.1 变电站集中补偿

这种补偿是在变电站10 kV母线上集中装设高压并联电力电容器组, 用以补偿主变压器的空载无功损耗和线路漏补的无功功率。建始县电力公司在110 k V建变等10座变电站加装了无功补偿装置, 分别采用襄樊某电气公司的BFMR型和黄石某科技有限公司的WZDK-10型产品, 总补偿容量11.05 Mvar, 与变压器容量之比为9.86%。为各站装设电力电容器后, 10 k V电压由9.92kV提高到9.94 kV, 电压质量有所改善。

2.2 线路补偿方案

以线路为单元, 采取0.4 k V部分就地补偿, 10 k V部分多级自动补偿相结合的多点补偿方案。

将电力电容器分散安装在高压配电线路上, 主要补偿线路上的无功消耗, 还可以提高线路末端电压, 改善电压质量。其补偿容量一般遵循线路负荷2/3原则, 即补偿容量为无功负荷的2/3, 但在实际应用中不能完全按照此原则进行, 因为山区负荷变化大, 线路负荷的2/3点是随着负荷变化而变化的, 如果在此点采用高压集中补偿, 无功负荷较集中, 单级电力电容器容量大, 且投切频繁, 设备容易损坏。为此, 建始县电力公司采用多点、多级的高压无功补偿方案, 即按线路的无功负荷分布, 设置3处以上的补偿点, 而装置采用单级容量小, 步长最短 (50～100 kvar) 的集中式补偿 (用户侧) , 对整条线路的无功补偿效果良好。

2.3 随配电变压器补偿

在配电变压器低压侧安装电力电容器, 用于补偿配电变压器的空载无功功率和漏磁无功功率。通常情况下, 农网配电变压器负载率较低, 轻载或空载时, 无功负荷主要是变压器的空载励磁无功, 因此配电变压器无功补偿容量不宜超过其空载无功, 以免在配电变压器接近空载时造成过补偿, 可按式Q≤I0SN/100 (其中:I0是变压器空载电流百分数, SN是变压器的额定容量) 补偿。但对于工业用户的变压器补偿, 因其负荷率高, 补偿时应从提高变压器出力的角度考虑。

2.4 低压集中补偿

在低压母线上装设自动投切的并联电力电容器成套装置, 主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗。但在配电线路上产生的损耗并未减少, 因此, 补偿容量不宜过大, 否则变压器轻载或空载运行时, 将造成过补偿。补偿容量应按变压器额定容量的30%～40%确定, 或从提高功率因数的角度考虑Q=P (tanφ1-tanφ2) , 其中tanφ1, tanφ2是补偿前后功率因数角的正切值。

2.5 随电动机补偿

据运行统计, 山区农网中约有65%的无功功率消耗在电动机上。一般对7.5 kW以上电动机进行补偿时, 确定容量应按Q≤3UNI0。另外, 对于排灌所带机械负荷较大的电动机, 补偿容量可适当加大, 即大于电动机的空载无功, 但要小于额定无功负荷。

2.6 动静结合补偿

对于山区线路出线较长、负荷重 (如工矿企业) 、线损大的线路, 不能照搬变电站的集中补偿方式。因其随着线路负荷的改变, 极易造成过补, 从而倒送无功, 故应采用动静共补方式, 例如 (100+300) kvar, 即100 kvar为静止的固定补偿, 300kvar为动态补偿, 根据所需无功容量自动投切。

例如, 10 kV高广线供电支路总负荷1 030 kV·A, 平均输送有功功率824 kW, 平均输送无功功率618kvar, 补偿前平均功率因数0.8, 补偿后平均功率因数0.9, 线路等值阻抗为Z=15+j6.8, 需400 kvar无功补偿容量。

补偿前电网功率损耗:

补偿后电网功率损耗:

线损降低值:

159.14-112.85=46.29 (kW)

一年节省损失电能量:

46.29 kW×8 640 h≈40万kW·h

一年节省损失电费:

0.58×40=23.2 (万元)

篇6：论配电网的无功优化论文

【摘要】本文着重介绍了无功功率补偿的性质、方法、补偿的作用以及电容器容量的选择等内容。

【关键词】无功功率补偿；补偿方式；电容器容量

一、引言

随着电力电子设备的广泛应用，一方面带来了巨大的经济效益，另一方面也带来了供电质量的下降，电能质量的好坏直接影响到供电系统的稳定。电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流，这些无功电流占用大量的供配电设备容量，同时增加了输送电流，因而增加了馈电线路损耗，使电力设备得不到充分利用，造成电能的浪费。作为解决方法之一，就是采用无功功率补偿装置使无功功率就地得到补偿，尽量减少或不占用供配电设备容量提高设备的利用率。

二、功率因数及无功补偿的性质

2.1功率因数

电网中的电气设备如电动机、变压器等绝大部分属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相位间存在着一个相位差，相位角的余弦cosΦ既是功率因数又是有功功率与视在功率之比，既cosΦ=P/S。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。

2.2影响功率因数的主要因素

2.2.1大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。2.2.2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。2.2.3供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作，特别是大容量电动机的启动会很困难。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

2.3无功功率补偿

把具有容性功的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时容性装置吸收能量，实现能量相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

三、无功功率补偿的方法

3.1过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，因设备复杂，造价高，只适用于大功率拖动装置。

3.2用调相机做无功功率电源

因造价高、投资大，损耗高，只适用于中枢变电所使用。

3.3电力电容器补偿装置

电力电容器做为补偿装置，具有安装方便，建设周期短、造价低等优点，因而被广泛应用。我公司10KV系统采用集中式并联电容器补偿，新加装的配电室如甲醇、二甲酯等采用分散式并联电容器补偿。电力电容器作为补偿装置有两种：串联补偿和并联补偿，串联补偿用于高压远距离输电线路，这种方法用电单位很少采用，并联补偿是把电容器直接与被补偿设备接到同一电路上，以提高功率因数。绝大部分用电企业都是采用并联电容器进行无功补偿，补偿时通常采用集中、分散或个别补偿三种形式。3.3.1个别补偿：个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一开关控制，同时投运或断开，这种补偿方法的效果好。电容器靠近用电设备就地平衡，无功电流可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。个别补偿一般用于容量较大的高低压电动机等用电设备，但这种方法在用电设备非连续运转时电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。3.3.2分散补偿：分散补偿是将电容器分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动时投入或切除，这种补偿方法也较好。3.3.3集中补偿：集中補偿是电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法安装简便、运行可靠、利用率较高。补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费增加同时便于运行维护，补偿效益高。

四、无功补偿的作用与效益

4.1补偿无功功率提高功率因数

为满足用电的需要，往往供电线路和变压器的容量比较大，这不仅增电投资，降低设备利用率，也增加线路损耗。用户应在提高用电自然功率因数的基础上装配无功补偿装置，减少负荷的无功损耗提高功率因数，降低损耗。

4.2提高设备的出力

有功功率P=S*cosΦ当设备的视在功率S一定时如果功率因素cosΦ提高，那么上式中的P就增大，电气设备的出力也就提高了。

4.3降低功率损耗和电能损失

在三相交流电路中，功率损耗ΔP的计算公式如下

ΔP=P2R/U2（COSΦ）2*10-3（KW）

由式可见当功率因数提高后将使功率损失大大下降。

4.4改善电压质量

在线路中电压损失公式：ΔU=P*R+QXL/U*10-3

式中：ΔU -----电路中的电压损失 KV

P ------有功功率 MW

Q ------无功功率 Mvar

U ------额定电压 KV

R ------线路的总电阻 Ω

XL ------线路电感 Ω

由上式可知当线路中的无功功率Q减少以后电压损失减少

五、无功补偿电容器容量的选择：

5.1按提高功率因数确定补偿容量

公式：QC=P*（tgθ1- tgθ2）

P——最大负荷用的平均有功功率 KW

tgθ1，tgθ2——补偿前后功率因数角的正切值

5.2按提高电压确定补偿容量

公式：QC=UU2/X（KVar）

U——需要提高的电压值 V

U2 ——需要达到的电压值 KV

X——线路电抗 Ω

5.3按降低线损确定补偿容量

公式：P%=（1-（COSθ1-COSθ2）2）100%

5.4按感应电动机空载电流确定补偿容量

公式：QC<（3）1/2UeIo KVar

Ue——电动机额定电流

Io ——电动机的空载电流

结束语

本文介绍了功率因数对广大供电企业的影响，补偿无功功率的方法、作用与效果，及其补偿装置的选择。

参考文献

[1]进网作业电工培训教材.辽宁科学技术出版社.

[2]电力系统运行实用技术问答.中国电力出版社.

[3]工厂电气技术.化学工业出版社.

篇7：论配电网的无功优化论文

1 无功补偿的作用分析

配电线路的无功补偿装置通过检测线路的功率因数和电压, 自动投切电容器, 从而改善功率因数, 减少线路损耗、提高电压质量。主要包括如下: (1) 减少线路损耗。线路有功功率损耗算式为:Px=R (P2+Q2) /U2, 减少无功功率输送将使功率损耗大大降低。 (2) 提高电网输送能力。根据视在功率与有功功率的关系:P=Scos￠, 在视在功率一定时, 功率因数越高, 所输送的有功越大。 (3) 减少电压损失。当采用无功补偿后, 使输送的无功功率Q减少, 从而使电压损失减少, 改善了电压质量。

2 无功补偿方式的选择

配电网无功补偿的主要方式有五种:变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

变电站补偿:针对电网的无功平衡, 在变电站进行集中补偿, 补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等, 主要目的是平衡电网的无功功率, 改善电网的功率因数, 提高系统终端变电所的母线电压, 补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上, 因此具有管理容易、维护方便等优点, 缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。

配电线路补偿:线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多;控制方式应从简, 一般不采用分组投切控制;补偿容量也不宜过大, 避免出现过补偿现象;保护也要从简, 可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功, 该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点, 适用于功率因数低、负荷重的长线路。缺点是存在适应能力差, 重载情况下补偿不足等问题。

随机补偿:随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接, 通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上, 因此, 搞好电动机的无功补偿, 使其无功就地平衡, 既能减少配电线路的损耗, 同时还可以提高电动机的出力。

随器补偿:随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧, 以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。随器补偿的优点是接线简单, 维护管理方便, 能有效地补偿配电变压器空载无功, 限制农网无功基荷, 使该部分无功就地平衡, 从而提高配电变压器利用率, 降低无功网损, 提高用户的功率因数, 改善用户的电压质量, 具有较高的经济性, 是目前无功补偿最有效的手段之一。缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散, 因此补偿工作的投资比较大, 运行维护工作量大。

跟踪补偿:是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。这种补偿方式, 部分相当于随器补偿的作用, 主要适用与100kVA及以上的专用配电变压器用户。跟踪补偿的优点是可较好地跟踪无功负荷的变化, 运行方式灵活, 补偿效果好, 但是费用高, 且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置复杂, 如有任一元件损坏, 则可导致电容器不能投切。其主要适于大容量大负荷的配变。

3 无功补偿优化的数学模型

3.1 目标函数

配电网络无功补偿的目的应是降低网损, 提高电压质量。对于降低网损的考虑是:分散就近补偿电容器, 肯定能降低网损, 所以在目标函数中不进行具体考虑。因此, 目标函数可只是电压合格率。对于单条10kV配电线路, 有:

式中:

F─电压合格率;

L─系统监察点点数;

m─系统运行方式总数;

Li─监察点i在m种运行方式中总的越界次数。

3.2 约束条件

无功补偿优化受到很多条件的约束, 包括等式约束条件和不等式约束条件。

(1) 等式约束条件

代表最大、最小、一般三种负荷方式。)

(2) 不等式约束条件

不等式约束为各节点电压上下限、各无功电源出力的上下限、可调变比的上下限和支路功率上下限约束。

其中:上标k=1, 2, …, 代表各种运行方式;n为节点个数;QGi为发电机无功;QGimax、QGimin分别为发电机无功上下限;Ki为可调变压器的变比;Kimax、Kimin分别为可调变压器变比的上下限:GS为等值发电机个数;M3为可调变压器个数;Sjmax为支路允许通过功率的上限。

4 无功补偿方法

电网在实际运行中负荷是变化的。若只按一种负荷情况计算确定补偿方案, 不符合实际运行情况;若按照电网实际运行中负荷变化的各个运行方式去计算, 又不现实。因此, 近似用最大、最小、一般三种运行方式表示负荷的变化。在最小运行方式下确定初始补偿, 可保证不发生无功倒送。在最大运行方式下, 根据电压合格率调整补偿方案。

4.1 无功二次精确矩计算

无功二次精确矩定义为:

式中:

Rdi表示从i节点逆流而上所遇到的所有支路电阻之和;Qbi、Qbs分别为流入i节点或节点s的支路无功功率;“s”节点为i节点的后续节点。

由于式 (5) 与力矩公式形式相同, Rdi相当于“力臂”, [ (Q2bi/Vi2) -Σ (Qbs2/Vs2) ]反映了节点i的负荷无功功率对于整个网损的作用相当于作用力, 且无功功率具有二次函数形式, 因此称为无功二次精确矩。

负荷无功引起的总有功损耗为:

式 (6) 反映了负荷无功功率引起的网损为各节点的无功二次精确矩之和。

4.2 确定初始补偿方案

无功精确二次矩可以作为最佳补偿点的选择依据。根据配电网结构为树型的特点, 其树枝末端电压总是最低的。Rdi反映了i节点到源节点的电气距离, 显然Rdi越大的节点越靠近末端节点, 所以选择Rdi较大的节点投放电容器, 有助于改善系统的电压水平, 而[ (Q2bi/Vi2) -Σ (Qbs2/Vs2) ]这一项则反映了节点i的负荷无功功率对于整个网损的作用, 该项较大的点是对系统网损有较大作用的敏感节点。使该节点的负荷无功功率降低有利于整个网损的降低, 因此T2q (i) 反映了电容器的投放, 既改善电压水平, 又降低网损的综合作用。为避免过补偿, 在最小运行方式下进行潮流计算, 确定初始补偿点数k。选择无功精确二次矩最大的点作为补偿节点, 补偿容量取潮流计算时该节点的送入无功, 然后用补偿后的数据重新进行计算, 选择第二个补偿点, 若初始补偿点数确定为K, 则重复进行K次选择。

4.3 补偿方案调整

确定补偿方案后, 用式 (1) 计算电压合格率, 若电压合格率小于给定要求时, 应根据电压越限情况来选择新的补偿点, 选择在最大运行方式下电压最低的点作为新的补偿点, 补偿容量为流入该点的无功功率, 原补偿点通过潮流计算修正补偿量。若电压合格率仍不满足, 这种新增补偿点可重复进行下去。

5 经济效益分析

按照目前每条10kV线路约输送3000kVA, 功率因数0.8, 输送无功约1800kvar。采用线路无功补偿装置700kvar两组, 补偿度78%, 功率因数达到0.99。按照无功经济当量0.023~0.051、电容器每天高峰负荷时段投入10h计算, 全年减少线损节电约11.8~26.2万度, 以每度电0.53元计算, 可减少损失6.3~13.9万元。设备投入资金约13万元, 最长约两年即可收回投资, 同时提高了线路末端的电压水平, 改善了供电电压的质量, 经济效益和社会效益明显提高。因此, 对于功率因数比较低、线路长的高压配电线路安装线路无功补偿装置是一种安装简单、见效快、效果显著的降损节能的好方法。

结束语

总之, 无功补偿作为电网安全、经济运行的一个重要手段, 一直受到高度重视, 它可以改善系统的电压质量、降低线损, 改善电网的功率因素。因此, 在目前电力短缺的情况下, 解决好配电网无功补偿问题, 对电网的安全和降损节能有着重要的意义。

摘要：随着人们对配网建设的重视和无功补偿技术的发展, 10kV配电网的无功补偿技术问题得到了较好的解决。本文从降低网损和提高供电质量的角度出发, 探讨了无功补偿的作用及几种补偿方式, 重点分析了10kv配电无功补偿方法、配置技术和经济效益, 对10kV配电网无功补偿工作有积极的促进作用。

关键词：10kV配电网,无功补偿, 补偿方式,约束条件,经济效益

参考文献

篇8：配电网无功功率优化

关键词：配电网 有功损耗 无功优化 传统优化算法 人工智能优化算法

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0081-01

电网无功潮流分布合理、电压质量合格是电网可靠、稳定运行的基础。但由于长期以来受“重输轻配”思想的影响，导致配电网建设投资不足，使其存在无功功率缺乏、日负荷曲线峰谷差大、末端电压不合格等问题。随着配电网发展及区域配电网联系的日趋紧密，电网潮流更加复杂、安全性要求更高，但部分地区无功容量过剩却不能有效补偿其他无功短缺地区，急需配电网无功优化解决此问题。此外，对配电网无功功率进行优化，可改善功率因数、降低网络损耗、节约能源、提高电压水平和运行稳定性。

1 配电网无功优化原则

为既提升配电网电压质量又减少网络有功损耗，配电网无功功率应尽量少流动，避免远距离传输。因此，配电网应按照“就地平衡”与“分级分区补偿”相结合的原则，合理配置无功补偿装置，具体要求如下。

（1）总体与局部相协调。

若无功补偿装置布局不合理，无法使局部无功功率就地平衡，就会出现无功功率流动，增加线路损耗。因此，需以总体平衡为基础，研究各个区域的局部无功补偿方案并进行最后协调优化，方获得最佳补偿效果。

（2）以中、低压配电网补偿为主。

无功补偿设备主要装设在变压站和线路上，对变压器进行无功补偿主要是补偿其运行消耗的无功功率，这种补偿方式并没有对配电网线路无功进行优化。而全网总损耗的70%发生在低压配电网，因此应以低压配电网无功补偿为主、其他方式为辅，有效降低全网有功损耗。

（3）供电方补偿和用户补偿相结合。

为减少无功功率流动、降低网损和提升电压质量，除供电方负责对配电网公共设备进行无功补偿之外，电力用户也应积极主动配合装设无功补偿装置，对消耗无功较多的特殊设备补偿适量无功，或改进设备的功率因数，减少无功消耗。

2 配电网无功优化算法

无功优化问题的状态变量和控制变量既连续又离散，求解过程中会出现误差大以及“维数灾”等问题，难以得到最优结果。多年来已此领域开展众多研究工作，并获得了一些成果。优化算法通常包括经传统优化方法和人工智能优化方法。

2.1 传统优化方法

（1）线性规划法。

无功优化属非线性规划问题，采用泰勒公式把目标函数和约束条件展开后消去高次项，将问题局部线性化处理。该方法进行无功优化计算时，运算速度快且收敛可靠。但在优化过程中将实际非线性问题进行线性化近似，误差难以避免。若迭代步长选取不当，可能导致收敛缓慢或振荡不收敛，优化结果和实际运行情况有差异。

（2）非线性规划法法。

以极坐标形式牛拉法潮流计算为运算机理，采用拉格朗日乘数法对约束等式进行变换，采用库恩塔克法处理约束不等式，以函数值迭代下降最快作为寻优方向，以使函数值尽快达到最小，该方法原理简单、易于编程实现。但对梯度步长和惩罚函数的选择要求很严格，惩罚因子过大发散、过小又不利于消除越界影响。由于前后两次搜索方向垂直，在接近最优点时，收敛速度变慢甚至出现搜索锯齿现象。

牛顿法具有二阶收敛性，利用雅可比矩阵和海森矩阵对目标函数求解，统一对拉格朗日乘子和控制变量作修正处理，大大降低计算复杂性。但有效约束集一般通过试验迭代确定，不易编程。

二次规划法是采用二次多项式近似表达目标函数、线性化不等式来构造二次规划模型，通过逐次近似求解原非线性问题。存在处理复杂、计算量大、编程难实现等问题。

（3）混合整数规划法。

可同时处理连续变量和离散变量，但对整体最优又较大影响。易发生振荡不收敛，计算过程复杂，计算量大，维数的增加会使计算时间急剧增长。

（4）动态规划法。

按时间划分为相互联系的阶段，并对每阶段结果作出评判，从而得到最优解。当状态变量增加时，将会出现“维数灾”问题。

2.2 人工智能优化算法

（1）遗传算法。

利用生物界物竞天择、适者生存的机理来随机搜索。该算法不依赖优化模型，具有并行计算特性、鲁棒性和自适应搜索能力，但其随机搜索寻优，计算和优化速度慢，易过早收敛于局部最优。

（2）免疫算法。

仿效生物免疫系统，将目标函数和约束条件对应免疫系统的抗原，函数可行解对应免疫系统产生的抗体，通过计算抗体与抗原、抗体间的亲和度及浓度得到最优抗体。可避免陷入局部最优，但当求解到一定范围时，易做大量无用冗余迭代，求解效率较低。

（3）蚁群优化算法。

借鉴蚂蚁间通过信息交流和相互协作的现象来求解组合最优问题。蚁群算法易跳出局部最优发现较好的解，具有较强的鲁棒性，在求解离散优化问题方面具有优越性。但在求解过程中易出现停滞，当群体规模变大时，优化时间急剧增加较长。

3 结语

输电网络无功优化问题已进行了大量研究工作，并取得了较多成果成功运用于实践，但配电网无功优化一直没有得到足够的重视，配电网自动化系统也大多侧重于提高供电可靠性。我国配电网存在无功功率不足、电压质量差、线损大等问题，严重影响了用户正常用电，甚至给一些企业造成了很大的经济损失。因此，对配电网进行无功优化，合理调整、补偿无功功率具有重要现实意义。

参考文献

[1]张佩炯，苏宏升.一种改进的云粒子群算法及其应用研究[J].计算机科学，2012，39（11）：249-255.

[2]徐刚刚.基于CAGPSO和ISCO算法的电力系统无功优化研究[D].吉林：东北电力大学，2012：34-46.

[3]曾令全，罗富宝，丁金嫚.禁忌搜索-粒子群算法在无功优化中的应用[J].电网技术，2011，35（7）：129-133

[4]苏玲，赵冬梅，韩静.电力系统无功优化算法综述[J].现代电力，2004（6）：12-16

篇9：论配电网的无功优化论文

在电网的运行中, 功率因数越大, 电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率, 以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低, 对于电力系统发、供、用电设备的充分利用, 有着显著的影响。适当提高用户的功率因数, 不但可以充分地发挥发、供、用电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量, 而且可以提高用户用电设备的工作效率, 为用户本身节约电能。因此, 对于配电网来说, 若能有效地做好无功补偿, 不但可以减轻上一级电网补偿的压力, 提高功率因数, 而且能够有效地降低电能损失, 减少电费支出。

一、功率因数和无功补偿概念

(一) 功率因数

电网中的电气设备和电动机、变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载, 电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差, 相位角的余弦cosφ即功率因数, 它是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要技术指标。

(二) 无功补偿

把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路, 当容性装置释放能量时, 感性负荷吸收能量, 而感性负荷释放能量时, 容性装置吸收能量, 能量在相互转换, 感性负荷所吸收的无功功率可在容性装置输出的无功功率中得到补偿。

二、无功补偿原理[2]

Sl为功率因数改善前的视在功率, cosφ1为无功补偿前的功率因数;S2为功率因数改善后的视在功率, cosφ2为无功补偿后的功率因数;Ql为无功补偿前的无功功率, Q2为无功补偿后的无功功率。

由图l可见, 装设补偿装置后, 功率因数由cosφ1提高到cosφ2。当用户需用的有功功率P不变时, 无功功率将由Ql减小到Q2, 视在功率将由Sl减小到S2, 相应地, 负荷电流I减小, 系统的电能、电压损耗均降低, 电压质量及设备的利用率提高, 设计容量减少。因此, 安装无功补偿装置, 对于用户及供电系统均有益。

三、无功补偿原则

尽量提高用户的自然功率因数。在设计配电和用电设备时, 要正确选用变压器容量和电动机容量, 降低线路阻抗。如果仍不能满足电网合理运行所需的无功容量时, 要考虑无功补偿问题。无功补偿分为集中补偿和分散补偿, 应该遵循“全面规划, 合理布局, 分级补偿, 就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合, 以低压补偿为主、调压与降损相结合, 以降损为主”的原则[3]。

四、提高功率因数方法

(一) 采取适当措施, 设法提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是在不添置任何补偿设备, 采用降低各用电设备所需的无功功率, 减少负载取用无功来提高用户功率因数的方法, 它不需要增加投资, 是最经济的提高功率因数的方法。

1. 合理使用电动机

合理选用电动机的型号、规格和容量, 使其接近满载运行。在选择电动机时, 既要注意它们的机械性能, 又要考虑它们的电气指标。若电动机长期处于低负载下运行, 既增大功率损耗, 又使功率因数和效率显著降低。故从节约电能和提高功率因数的观点出发, 必须正确地合理地选择电动机的容量。

2. 合理选择配变容量, 改善配变的运行方式

对负载率比较低的配变, 一般采取“撤、换、并、停”等方法, 使其负载率提高到最佳值, 从而改善电网的自然功率因数。

(二) 采用无功补偿的方式, 提高功率因数

无功补偿方式最常用的有三种:高压集中补偿、低压分散补偿、低压集中补偿。

1. 高压集中补偿

高压集中补偿是指将无功自动补偿装置装于用户变电所10k V高压母线上的补偿方式, 适用于用户本身有一定的高压负荷 (我院有两台10kv高压冷水机组) , 可减少对电网无功的消耗并起到一定的补偿作用。其优点是易于实行自动投切, 可合理地提高用户的功率因素, 利用率高, 投资较少, 便于维护, 调节方便可避免过补, 改善电压质量。

2. 低压分散补偿

低压分散补偿是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地安装在用电设备附近, 以补偿安装部位前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。其优点是用电设备运行时, 无功补偿投入, 用电设备停运时, 补偿设备也退出, 可减少电网和变压器中的无功流动, 从而减少有功损耗;可减少线路的导线截面及变压器的容量, 占位小。缺点是利用率低、投资大, 对变速运行, 正反向运行, 点动、堵转、反接制动的电机则不适用。

3. 低压集中补偿

低压集中补偿是指将无功自动补偿装置装于变压器低压母线侧, 根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器投切的补偿方式。其优点是接线简单、运行维护工作量小, 使无功就地平衡, 从而提高变压器利用率, 降低网损, 具有较高的经济性, 是目前无功补偿中常用的手段之一。

五、无功补偿装置应用及效果

我院有大量的一级负荷, 例如:手术室系统、急救设备等。有大量的单相非线性谐波源负载, 如:大型医疗设备 (CT机、B超、X光机、核磁共振) 的调压设备、现代照明设备、变频空调、中央空调及电梯等。大部分医疗设备对供电质量要求非常高, 对电压波动和谐波非常敏感。谐波源负荷分布分散, 设备运行时谐波变化大。

我院10KV变电所位于医技楼地下室, 4台配电变压器, 其中3台1600KVA, 1台2000KVA。无功补偿方式采用:高压母线配有高压自动无功补偿装置, 变压器低压母线均配有带电抗器保护电容器的自动安全补偿装置 (如图2所示) , 采用UHPC滤波补偿电容器, 补偿容量是256Kvar。该装置用于带谐波负荷的三相电网的集中无功功率补偿。安全补偿原理:通过串联电抗器, 使得只有少量谐波流入带电抗保护的补偿回路, 通过接触器投切的滤波补偿装置。

(一) 提高功率因数, 增强医院供配电设备利用率

对于原有供电设备来说, 在同样有功功率下, 因功率因数的提高, 负荷电流减少, 因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备, 从而满足了负荷增长的需要;如果原系统已趋于过载, 由于功率因数的提高, 输送无功电流的减少, 使系统不致于过载运行, 从而发挥原有设备的潜力。而无功补偿提高了功率因数, 可使电动机的负载率得到相应的提高, 电动机需要电网提高的供电能力也将减小, 变压器的供电能力得到加强[4]。

(二) 提高功率因数, 减少医院电费支出

提高配电系统的功率因数, 对用户的直接经济效益是明显的, 因为国家电价制度中, 从合理利用有限电能出发, 对不同单位的功率因数规定了要求达到的不同数值。低于规定的数值, 需要多收电费;高于规定数值, 可相应地减少电费。所以说无功补偿, 不但能减少初次投资费用, 而且还能减少运行后的基本电费。

我院配电功率因数按供电局要求是0.85, 为了节能运行, 高低压母线均安装了无功补偿装置, 将功率因数提高到0.95以上, 供电局奖励我院所缴电费的1.1%, 从所缴电费中直接扣除, 每年奖励10万～12万元左右, 而且随着用电量的增加, 奖励的金额将更多。

(三) 提高功率因数, 改善医院电压质量

以线路末端只有一个集中负荷为例, 假设线路电阻和电抗为R、X, 有功和无功为P、Q, 则电压损失△U为:△U= (PR+QX) /Ue, 从公式可以看出, 减少线路无功Q输送, 可以减少线路电压降△U, 从而提高电压合格率, 使我院精密敏感设备运行更加安全可靠。

六、结束语

配电网进行无功补偿的目的是提高功率因数和做好无功平衡, 改善电压质量, 降低线损, 节约电能, 提高变配电设备的供电能力以及改善电网电压质量。采用无功自动补偿装置具有投资少, 施工方便, 见效快的优点。选择不同的补偿方式, 其补偿效果就会有很大差异。综上分析了提高功率因数的几种方法, 以及3种配电网最常用的无功补偿方式, 用户可根据自身用电设备情况, 合理利用各种提高功率因数的方法, 以达到节能降耗, 增加效益的目的。 (编辑许译心)

摘要：功率因数的高低, 直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗, 关系到供电线路的电压损失和电压波动, 而且还涉及节约电能和用户效益。文中简要介绍了功率因数和无功补偿的概念, 无功补偿的原理和原则, 同时阐述了提高功率因数的几种方法以及无功补偿技术在医院配电系统的应用和效果。

关键词：医院,配电网,功率因数,无功补偿

参考文献

[1]陈光胜.配电网无功补偿探析[J].中国科技信息, 2007, (14) :27～28

[2]姚耐秀.浅谈低压电网无功补偿[J].中国电力教育, 2011, (18) :113～114

[3]孙锦全.浅谈无功功率补偿的补偿原则及最优补偿[J].中国科技信息, 2006, (5) :128

篇10：配电网无功优化控制原理研讨

【关键词】配电网；无功优化；方法

一、 配电网无功化控制原理的基本概念和意义

（一）配电网的无功损耗

各种用电设备，比如一些小功率的白炽灯和照明设备等，它们在工作时只消耗有功功率。但是大多数的大型设备，类似于电机等工业设备和农业设备在消耗有功功率的同时还要消耗无功功率。所以，很多用电设备都是以大概0.6到0.9的滞后功率运行。配电网消耗无功功率的主要设备是配电变压器，虽然单个的变压器消耗的功率几乎可以忽略不计，但是整个配电网络中，其消耗的总和是极其可观的。所以，对电网的优化就主要体现在如何将无功损耗最大程度的降低，来达到既定目标。

（二） 配电网的无功补偿

无功功率在整个供电系统中有着十分重要的地位，供电系统在运作时，负载和网络元件也消耗无功功率，如果这部分无功功率也有发电机长距离的输送很明显是不合理的。所以，在消耗无功功率的地方也使之产生无功功率，这就是无功功率的就地补偿。无功补偿的目的是减小能耗，采取分散和集中结合的方式，来控制电压。具体的措施就是在产生无功功率的地方增加无功设备，让其产生消耗所需要的无功功率。以此来达到减小能耗的目的。

（三） 配电网无功优化控制的意义

在电力系统当中，电压是衡量电能质量的一个重要要标准。电压偏大或偏小对整个电网都有不利的影响，不光是影响国家的电力系统的安全和稳定，还影响广大居民的正常生产和生活。影响电压的最主要因素就是无功功率，当电压发生变化时，配电网必须有足够的无功电源和强大的调节能力，否则就必须增加无功补偿设备，以达到调节电压稳定的目的。配电网无功优化的控制还很大程度上影响着电压及线路损耗，决定着配电网的电能质量。 由此可见，无功优化控制在对电压稳定的调节上有着重大的作用，必须加快配电网优化无功控制的步伐。否则，配电网的经济运行将受到极大的考验，使大部分能源消耗在没有意义的地方，无法直接产生经济效益，因此必须优化自身的电网建设和管理水平。

二、配电网无功化控制的基本方法

（一）无功优化经典法

无功优化经典法的原理是通过建立拉格朗日数学函数，然后根据客观的条件分析其极值，最后根据最优无功化控制的网损微增率导出最优值。无功优化经典法虽然方便、简单、快捷而且利于具体操作，但是在安全方面的考虑略显不足，存在一定的安全隐患，无法整体的联系约束问题。无功优化经典法是一种相对较为传统的方法，其适用性很强，操作的步骤和过程也很简单，在配电网无功优化探索的初期最能广泛的应用于实际的生产和生活，对初期配电网无功优化控制基础的奠定有着不可替代的作用。我国的电网无功优化也主要应用这一原理对无功功率进行优化，以达到合理分配，理性应用，进而从总体上达到我国的国家电网无功化优化的目的。

（二）线性规划法和非线性规划法的原理

线性规划法和非线性规划法在原理上是相对立的，但是在实际的应用当中确是密不可分的，只有有效的结合两者在不同方面的应用，才能够有效、统一的优化无功化控制。线性规划的收敛是及其可靠的，而且对约束的适应性也很高，相对的计算也特别迅速。然而非线性模型的建立能够最大程度的提高计算的精度，对于特殊的要求也能满足，在精确的计算和分析时有着重要的作用。对比线性和非线性规划，两者的优缺点很明显，线性规划的缺陷来源于对考虑对象的减少，同时却缺乏对精度的追求。非线性规划不考虑变量的敛散性，能够最大程度的平衡电压的输入和输出问题，但是对计算要求过高，往往需要极高的计算机配置，速度相对较慢，甚至还会出现搜索方向不对的问题。在具体的操作和分配电网无功优化时，线性和非线性的选择很重要，需要针对具体的情况和实际的要求，理性分析两者的优缺点，然后进行有效的结合，在不同的适用方面合理的分配，最大程度的发挥两者的优点，相互弥补彼此的缺陷，这样才能发挥线性规划和非线性规划的作用，优化配电网无功化控制。

（三）模糊优化法

相对比传统的配电网无功优化控制，当前的模糊控制法是伴隨着传统的优化控制原理不断进步诞生的。较早时候的配电网无功优化控制不断的探索和进步，力求数据化、整体化。理论化的解决实际问题，但是在操作时却总是伴随着各种各样的问题，具体的就表现在有些领域和方面的数据波动和误差较大，在进行测量和分析时得不到最精确的原始数据，很难进一步的发展。模糊优化法也就伴随这问题的出现应用而生，根据模糊集理论的根本原理就是考虑实际情况的影响，在具体的操作中体现出尊重现实问题的原则。模糊法其实是理论数集和逻辑数集的交集，对于约束和目标的现实函数有着很强的逻辑性和实用性。应用模糊优化法以后，很明显的减小了无功功率，优化了电网的控制，提高了配电网的电压质量。对于模糊优化法自身而言，强调智能化，数据的要求较小，计算的速度很明显的强于传统的模糊法。但是，同时也存在着分析问题的局限性，对于精确度的追求不够高的问题，还有很大的发展空间。

三、 结语

配电网无功优化控制原理的研究是一个相对较为先进的科技研究，在我国的发展空间极大，应用程度也有待提高。同时，配电网的无功优化却有着及其重要的意义和作用。在目前的国际形势下，电网的优化控制能够很好的节省能源，减小无功损耗，对可持续发展道路的奠定有着重大意义。

参考文献：

[1]杨素琴. 配电网无功优化控制的研究[D].河海大学，2002.

[2]陈蒙伟. 配电网动态无功广域在线控制的研究[D].杭州电子科技大学，2013.

[3]陈星莺，钱锋，杨素琴. 模糊动态规划法在配电网无功优化控制中的应用[J]. 电网技术，2003，02：68-71.