第四節 全網無功優化

一、全網無功優化思想

規劃的節約是最大的節約，規劃的浪費是最大的浪費。

現在在電網補償中，提倡分區、分層補償。所謂分區、分層是按網分區、按電壓分

層。例如，城東網、城西網是按網分區；220kV、110kV、35kV、10kV、0.4kV是按電

壓分層。

電力系統各電壓等級電網之間是一個有機聯系、相互影響的整體，對任何一個電壓等級電網的優化工作都會對其他電壓等級電網產生一定的影響。因此，在進行無功優化方案的制定時，單純以一個電壓等級電網為對象，忽略其他電壓等級電網對其的影響是不合理的。針對傳統無功優化存在的問題，以及對國內相關方面的研究現狀分析，要實現有效的降損，必須從電力系統全網角度出發，以降低全網網損為目標，通過科學合理的無功優化方法，確定電網的補償方式、最優補償容量和補償地點，使有限資金發揮最大效益。

以110kV及以下網絡為對象的全網無功優化方法，克服了傳統無功優化方法的缺點，對任何電壓等級、任何區域的無功優化操作均在分層、分區、就地平衡的基礎上，以全網指標最優為最終目標，生成最優無功優化方案，同時加強無功電壓管理功能，利用技術手段加強無功電壓管理水平和電網經濟運行意識。

二、全網無功優化實現方法

總體來講，全網無功優化主要采用分層、分區的技術處理方法來實現。將整個區域電網劃分為三個電壓等級電網：高壓電網、中壓電網和低壓電網，如圖241所示。

圖241 全網無功優化及無功補償方式示意

高壓電網：指變電站10kV母線及以上電網，不包括10（6）kV饋線出線，優化時以整個高壓電網為對象進行優化，以變電站集中補償為主，補償地點、容量、變壓器擋位等都以高壓電網全網優化計算結果為準，中壓電網指10（6）kV饋線出線，優化時以每條饋線為單位進行中壓線路補償和隨器補償，補償地點、容量等都以中壓電網全線優化計算結果為準，低壓電網指0.4kV及以下電網，優化時分臺區進行低壓線路補償和隨機補償。

無功優化分為規劃優化與運行優化兩種，對高、中、低壓電網而言，每個電壓等級電網都有各自的特點，因此，在保證全網指標最優的基礎上，進行每個電壓等級電網的無功優化計算時，應該選用適合該電壓等級電網特點的計算方法。以下分別介紹各電壓等級電網的規劃優化與運行優化的實現方法。

1.高壓電網無功優化

在進行高壓電網無功規劃優化時，打破傳統的按主變壓器容量的10%～30%容量設計無功補償裝置容量的方式。從全網出發，進行無功優化計算，給出最佳補償點和補償

容量。

在進行高壓電網無功運行優化時，從全網考慮無功補償設備是否投入，主變分接開關擋位是否調升，動態預算無功補償設備投入后母線電壓值、關口功率因數的變化，從而實現無功功率分層平衡，減少主變分接開關調節振蕩以及無功補償設備投切振蕩。

無功優化問題中的變量可分為控制變量和狀態變量。在高壓電網中分接頭可調變壓器變比T、補償電容量C和發電機機端電壓為控制變量，節點電壓和發電機注入無功為狀態變量，每個變量都要考慮到各自上、下限的限制。

無功規劃優化目標包括技術性能目標和經濟目標，確定目標函數為

minF=PLOSS+λU∑（ΔΔUUiim）2+λQ（ΔΔQQgigim）2+μi∑=β1ΔQβi

式中 λU、λQ———電壓越界和無功越界罰系數；

β———補償設備安裝地點數；

μ———無功補償容量的等值系數。

目標函數中第1項為網損，第2項為電壓越界罰函數，第3項為無功越界罰函數，第4項為無功補償容量。無功運行優化目標主要為技術性能目標，確定目標函數為

minF=PLOSS+λU∑（Ui-UiLim）2+λQ（Qi-QiLim）2

目標函數中第1項為有功網損，第2項為節點電壓約束，第3項為由功率因數約束轉換而來的無功功率約束，λU、λQ的含義同上。

2.中壓電網無功優化

在進行中壓饋線規劃優化時，由于配電網無功優化存在多節點、多約束的難題，為此這里應用結合靈敏度分析的遺傳算法來求解，選靈敏度系數較高的節點作為無功補償的候選節點，通過遺傳算法確定最佳的補償容量。

在進行中壓饋線運行優化時，采用傳統前推回代法進行運行優化計算。以中壓電網中分接頭可調變壓器變比T、補償電容量C為控制變量，節點電壓U為狀態變量，并對各變量進行上、下限約束。

對中壓電網無功規劃優化而言，以配電網電能損耗和無功補償設備投資之和最小為目標，并考慮各變量的約束條件，其目標函數為

minF=PL+KU∑（ΔΔUUiim）2+Kβi∑=β1ΔQβi

式中 KU———電壓越界罰系數；

β———補償設備安裝地點數；Kβ———單位電容器的系數。

目標函數中的第1項為網損，第2項為電壓越界罰函數，第3項為無功補償投資函數。

對中壓電網無功運行優化而言，以配電網電能損耗最小為目標，并考慮各變量的約束條件，其目標函數為

minF=PL+KU∑（ΔΔUUiim）2

3.低壓電網無功優化

低壓電網處于電網最末端，用戶多為低壓用戶。因此，補償低壓無功負荷是無功補償的關鍵。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，而且可提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數和電壓質量，并有效降低電能損失，減少用戶電費支出。低壓補償對用戶和供電部門均有益。

三、立足實際，探索無功補償新模式

變電站采用動態平滑調節和自動投切無功補償模式，10kV線路采用動態自動調節補償模式，配電臺區采用低壓無功自動補償模式，低壓用戶端采用4kW以上電機的隨機補償模式，低壓線路隨線補償模式，在無功需求點就近補償，實現了無功補償由靜態到動態的轉變，由補償基準點到無功發源點的轉變，由局部補償到全網綜合優化補償的轉變，全面提高無功綜合管理水平。

堅持因地制宜，科學編制規劃。根據《電力系統電壓和無功電力技術導則》技術標準和管理規定，結合電網實際情況，堅持三項原則：

一是堅持長遠目標和近期目標相結合的原則，循序漸進、優化資源配置。

二是堅持科技創新的原則，積極推廣應用先進、實用的新工藝、新材料、新技術、新設備。

三是堅持節能降損原則，實現電壓質量和無功補償綜合治理。使無功優化工作做到了有計劃、有步驟的組織實施。

應用全網無功優化系統，提高科學管理水平：

一是應用全網無功電壓優化系統，建立起全網分區、分層無功優化與綜合管理信息平臺。

二是基于SCADA系統應用無功電壓優化自動控制系統，通過監視關口的無功和變電站母線電壓，保證在關口無功和母線電壓合格的條件下進行無功電壓優化，通過改變電網中可控無功電源的出力、無功補償設備的投切、變壓器分接頭的調整來滿足安全經濟運行條件。

推廣應用無功補償新技術，提高電網科技含量。將基于柔性交流輸電技術（FACTS）的無功靜止補償器、晶閘管投切電容裝置等引入到配電網中，對配電系統的電壓、功率、潮流等進行靈活控制，實現配電網由不可控到可控狀態的轉變。重點在5個方面應用無功優化綜合補償技術：①應用磁控電抗器（MCR）技術；②電力半導體橋式逆變器技術；③晶閘管投切電容器技術；④調整不平衡電流補償技術；⑤低壓隨線補償技術。

四、應用典型模式，采用無功補償新設備

通過金網無功優化計算確定系統的最佳補償點和最佳補償容量，選擇經濟適用的無功補償模式，應用于無功補償建設，實現了區域電網內的無功分區、分層、動態就地平衡。

1.高壓配電網無功補償模式

110kV變電站，采用TBBZ10型無功分組自動投切裝置，根據無功負荷的變化自動投切電容器組，功率因數和電壓保持在規定范圍內，實現對變電站電壓和無功的綜合控制，35kV變電站采用具有連續平滑調節功能的PDWGM型動態無功補償裝置，實現無功補償由靜態補償到動態補償的轉變，增加了電網的動態無功儲備，提高了安全運行水平。

2.10kV配電線路補償

隨過對10kV線路的無功優化分析，采用PDWGM型動態連續調節時無功補償裝置；WZBGX型分組自動投切無功補償裝置；安裝固定電容器組，實現對線路無功的集中補償。

3.配變隨器與集中補償

對公用變采用了HYDS型靜止同步補償器，配變采用了PJKFM型低壓動態無功補償裝置。

4.低壓隨機補償

對4kW及以上電機的隨機補償裝置改造，安裝電容器。低壓線路的在線補償，進行了隨線補償改造試點。