中压配电线路无功补偿计算在Excel VBA中的实现

杨 珺，苏 强，刘速飞

(1.上海电力学院，上海 200090;2.上海昌泰求实电力新技术有限公司，上海 200090)

中压线路无功补偿装置在我国的配电网中获得了广泛的应用，合理地确定补偿装置的补偿容量和补偿位置对提高电网运行的经济性和可靠性具有重要意义.配电线路补偿通常按照“三分之二”法则［1］或通过繁琐的计算来解决，存在计算结果不准确或计算过程复杂等问题.

本文利用VB语言，［2-3］在Excel内置VBA 编程环境下，实现了单点补偿方式下的无功补偿计算，具有结果准确、占用内存小、适用性强、操作简单等特点，大大提高了传统无功补偿计算的效率.

1 单点无功补偿分析

1.1 线路简化与假设

由于中压配电线路一般仅在变电站安装计量设备，而整条线路的支线较多且无规律，负载变化又很大，每一支路或配电变压器(简称配变)在运行中的技术参数(如电流、功率因数、负载率、电压等)变化频繁，很难获得准确的现场检测数据.为了得到较为有效的补偿方案，作出下列约定:

(1)在分析配电线路后，确定一条路径最长、负载最大的线路作为主干线，其余均为支线，计算时仅以主干线为对象;

(2)将安装在主干线的单台变压器容量作为配变容量，并将每一条支线所安装的配变容量之和视为安装在主干线的单台变压器容量;

(3)补偿前的功率因数由变电站(所)提供，为代表日或月平均功率因数，在计算时各配变都采用同一功率因数;

(4)将由日线路电流计算出的负载率作为各配变共同采用的负载率.

1.2 补偿装置容量优化与选址策略

线路中大量无功功率流动会导致线路损耗增大、线路末端电压水平降低，因此要尽量减少线路上无功功率的流动，实现无功功率就地补偿.加装无功补偿装置是线路无功功率补偿、优化电压水平的常用手段，合理地确定补偿装置的容量及补偿位置对无功补偿的效果影响巨大.

以图1所示的配电线路为例，以无功电流产生的线路损耗最小作为无功优化的目标函数，进行单点补偿方式下补偿装置容量优化与选址分析.

图1 简化后的线路配变分布

按照上文所作的约定，流入节点的无功电流及流经线段的无功电流分别为:

则整条线路的无功损耗为:

式中:k——平均负载率;

Si——i节点配变容量，kW;

Un——线路线电压，kV;

Ri——i线段电阻，Ω.

式中:Li——第i段线段长度，km;

r——每千米导线的电阻，Ω/km.

假设在节点k处安装一组电容器C后，将使k～n支路中的电流减小.用集合a表示k～n支路，则安装电容器后系统支路电流为:［4］

式中:IC——安装的电容器提供的无功电流，kA.

若支路 i∈a，则 Gi=1;否则，Gi=0.进行无功补偿后，无功电流产生的线损为:

为了使无功补偿具有最大的降损效果，即线损最小，必须使式(6)对 IC的偏导最小，即:［5］

于是，有:

最佳电容补偿容量为:

式中:Ui——节点 i的电压幅值，kV.

将IC代入到式(6)中，得到一组一维数组，}，取数组中的最小值min，即可计算出相应的补偿电容器安装位置的节点i的值，由此确定电容器的补偿位置.

2 Excel VBA程序

2.1 建立数据表

将各节点配变容量、各线段每公里电阻、每公里电抗、线段长度依次输入工作表中，格式如表1所示.

表1 线路节点数据表

建立工作表“线路参数”，输入线路的额定电压 Un，母线侧电压 US，补偿前功率因数 cosφ1，补偿后目标功率因数cosφ2，最大有功负载Pmax，代表日电流或日平均电流Ia，也可直接输入额定补偿容量QC.

建立工作表“计算结果”，将程序计算后得到的无功补偿计算结果(如各节点补偿电流ICi，各支路补偿无功容量QCi等)输入此工作表中.无功补偿计算界面如图2所示.打开Excel文件，在“输入数据”栏输入原始数据，点击“单点补偿计算”按钮，便可输出补偿计算结果.

图2 无功补偿计算界面

2.2 VBA程序设计

VBA宏语言的程序设计过程是在Visual Basics编辑器中完成的.本文中潮流计算过程采用前推回代法，［6］首先从已知的网络末端负荷向前推算始端节点功率;再利用求得的始端功率和给定的始端电压向末端推算电压降落，求出各节点的电压;重复上述运算，直到两次计算的末端电压差小于给定值时，计算结束.补偿位置的选择采用遍历法.程序设计思路如图3所示.

图3 程序设计思路示意

3 实例计算

以某电力公司的一条10kV中压配电线路为例，利用所编写的VBA程序，获得单点补偿方案，具体步骤如下.

首先，将部分节点数据、线路参数等数据输入数据表中，如表2所示.

然后，运行VBA程序，进行优化计算.系统采用遍历思想法，在线路各节点尝试补偿.部分节点的补偿无功电流ICi，补偿容量QCi和补偿后系统的无功损耗aPlri如表3所示.

由分析计算结果可知，在节点6进行无功补偿时，对应的补偿后的无功损耗值最小，为2 549.10 kW，因此将节点6作为补偿位置.

通过程序计算，单点补偿前后线路损耗情况如表4所示.

表2 节点数据及线路参数

表3 各节点的补偿电流、容量和无功功率损耗

补偿后，无功功率降低率为92.50%，总损耗降低率为33.30%.由此可见，经过无功功率补偿后，线路无功功率和总损耗降低效果比较明显，具有很好的实用性.

经过优化设计补偿后，线路部分节点电压对比如表5所示.其中，U1为补偿前的各点电压;U2为补偿后的各点电压.

由表5中的数据可知，在第6节点配置补偿后，线路整体电压水平都有提高，对末端电压有较大幅度改善，电压提高的百分比范围为0.26% ～2.76%.

表4 最优补偿方式下线路损耗功率情况

表5 补偿前后线路各节点电压

4 结语

针对配电线路单点补偿问题，采用VBA语言设计了补偿计算程序.实例证明，使用VBA编程进行单点补偿计算具有可行性，程序计算结果提供的补偿方案对降低线路损耗、改善线路电压水平效果显著.使用VBA语言进行单点补偿计算具有操作简便、运算速度快、结果准确的特点.

［1］ 王彤.中压配网无功补偿优化方法研究［J］.水电能源科学，2009，27(2):205-207.

［2］ 张省，李山山，董秀琳.浅谈VBA在测绘数据生产中的应用［J］.测绘与空间地理信息，2010，33(5):173-174.

［3］ 赵志东.Excel VBA基础入门［M］.北京:人民邮电出版社，2006:39-57.

［4］ 杨素琴.基于配电网经济运行的馈线无功优化补偿［J］.南京工程学院学报:自然科学版，2004，4(6):37-39.

［5］ 汪宏武.农村中压配电网无功补偿的优化研究［D］.西安:西安理工大学，2007.

［6］ 王一，孙小燕，袁建普，等.理论线损的前推回代潮流计算法［J］.农村电气化，2007(12):49-50.