电力系统无功补偿点及其补偿容量的确定

祁建怀　张昌丽　刘永江

摘要：无功补偿是电力系统运行中不可缺少的一个环节，关于无功补偿优化问题，是电力工作者需要面临的课题之一。基于此，文章阐述了交流电路中电流和电压的相关特点，利用对无功裕度的研究，明确了无功补偿点，并提出了无功补偿容量的优化措施，保证合理配置电力资源。

关键词：电力系统；无功补偿点；补偿容量；无功裕度；电力资源 文献标识码：A

中图分类号：TM714 文章编号：1009-2374（2017）11-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.025

在电力系统中，电网负荷与容量并不是无限制的，随着电网负荷与容量呈现出上升趋势，电网经济性问题以及安全问题也逐渐突出。为提高电力系统运行效率，降低无功损耗，增强电能质量，有关电力部门做出了多次的努力和尝试。因此，电力工作者对无功补偿优化问题也越加重视，其作为确保供电质量的主要方法之一，应对补偿容量与无功补偿点进行明确，采取有效合理的无功补偿措施。

1 无功补偿的原则与内容

在电力系统中，为确保电网运行的安全性和稳定性，需要优化无功补偿和无功功率，无功补偿点是否合理关乎到无功补偿的效果，选取合理的无功补偿点，以达到合理分配电力资源，保持电网供电水平，保证电网运行的稳定性和安全性。通过合理的选择无功补偿点以及实施相应的优化措施，可防止无功功率传输距离过远，进而有效控制无功损耗与有功损耗，对电网安全运行起到促进作用，确保电力企业的经济效益。

关于电网无功补偿优化主要涉及的内容有两点：一为明确无功补偿点；二为明确无功补偿容量。电网的稳定性、安全性和经济性均与无功补偿有着紧密的关系。

为达到优化无功补偿的目的，选择无功补偿点时需要遵守以下三点原则：（1）按照电网本身特性，与电力系统网络结构特点相结合，确立中枢点，可有效控制其他节点，并控制电网电压处于相关标准范围内；（2）确定无功补偿点，需要遵守就地平衡原则，在电压等级不相同的线路中，利用分层平衡可以有效防止电压等级不同的无功功率流动，减少无功损耗，增加电力企业的紧急效益；（3）在电网中，无功补偿需要保持在0.7以上的标准要求。

2 确定无功补偿点

2.1 电压稳定下的限制因素

假设潮流功率的方向是送端（S）→受端（R），简化电路后，交流支路情况如图1所示：

在静态电压稳定的基础上，其两个功率圆采用以下公式表示：

两个圆心坐标可用如下公式表示：

半径则为：

则圆心距以G表示，可用如下公式来表示：

图2为两个圆相切和相交的状况：

2.2 无功裕度

按照电力系统运行的特点，在电力系统负荷达到一定规范值的时候，电网电压近乎崩溃，需要以电压稳定为基础上，且满足rQ+rP≥G、rQ≥0、rP≥0要求。由此得知，无功裕度定义概括来说，在静态电压稳定的情况下，临近崩溃电压点、系统运行点两者之间存在的电气距离可采用下式表达：

图3为电网网络拓扑图，依照有关理论知识，可采用下式来表示节点i等效无功裕度：

式中：j为节点i连接的节点；Ni为节点i所连接的支路数量。

2.3 无功裕度值的计算

计算无功裕度值的方法可分成如下步骤：（1）按照电网线路参数与结构特点，计算出电网中潮流功率，并获得各节点的功率以及电压；（2）依照本文第二章第一小节内提出的公式来完成计算，可得到各节点的G、rQ、rP；（3）通过电网网络拓扑、无功裕度公式和概念，对所有节点无功裕度值进行计算，同时根据相关规律来完成组合排列；（4）通常情况下，应根据由小到大的次序来排列计算出来的无功裕度值，以此数据作为依据，采用合理有效的无功补偿方法。

3 确定无功补偿量

一般情况下，无功补偿容量是采用混合改进遗传算法来确定的，此算法主要可分为两个算法：一种是一阶算法；另一种是二阶算法。

在对无功优化特点进行充分考虑的基础上，将二阶算法、遗传算法两者有机结合之后，计算过程简化如下：（1）编码。通过浮点数码来完成编码工作，表示方式采用基因变量值范围，以编码长度来控制变量数量；（2）选择。构建完善的评价体系之后，采用竞争的方式，达到优胜劣汰的目的；（3）变异和交叉。在常规算法中，影响性能的主要因素为变异率和交叉率，此两者与收敛性有着直接联系，若变异率和交叉率的指标适当提高，那么说明种群趋于局部优化或者一致；（4）算法终止。结合最优个体适应值、最大遗传代数，在最大遗传代数范围之内，留下达到要求的最优个体以及输出最优值。当一阶算法终止之后，可以采用二阶算法逐渐缩小搜索领域，为使计算结果的精确度得以提高，二阶算法初始值采用一阶算法获得的最优值，然后直接开始优化搜索。二阶算法比一阶算法更具有优势，主要表现在局部搜索方面，其中二阶算法的局部搜索能力更强，进而获取全局最优值更加容易。

4 无功补偿方法以及相关设备分析

电力系统中，无功补偿为电网运行的稳定性和安全性提供了有效的保障，所以需要优化无功补偿的规划，采取有效措施和相关设备确保顺利实施，为电力系统运行提供技术支持。

根据接线方式与无功补偿点，可将无功补偿分成3种类型，分别为就地补偿、分组补偿以及集中补偿。在实际运行中，主要采用的补偿设备有静止无功补偿器、电抗器、并联电容器、同步调相机等。这其中同步调相机指的是一种同步电动机，与常规同步电动机不同的是，它不存在机械负载。早期所采用的无功补偿设备为同步調相机，随着并联电容器被广泛应用，同步调相机地位逐渐降低，

目前并联电容器作为最常用的无功补偿设备，占整体电网设备大约90%左右，并联电抗器可将余下的无功功率吸收，进而防止电网出现电压过载现象。

随着科学技术水平的不断提高，电网技术在不断完善，静止补偿器的出现使电网无功补偿工作达到了理想化的效果，此设备对加强电网运行的稳定性有着重要意义，提高了电力企业的社会效益、经济效益以及安全效益。

在使用上述这些设备的时候，无论同步调相机、电抗器还是电容器，它们对电力系统无功补偿都是处于静态条件下，但静止补偿器的出现使电力系统无功补偿实现了动态，这得益于设备自身内部构造，利用2个晶闸管采用反并联接线方式，直接控制电抗器、电容器的开关，达到了动态补偿的效果。

5 结语

目前随着电力系统不断扩大规模，电网复杂性也随之提高，无功补偿问题逐渐变得越加复杂，然而为确保电力系统运行的安全性和稳定性，就需要不断去深入研究无功补偿课题，找到科学有效的无功补偿点，明确补偿容量，加强电路系统稳定性，确保供电质量，从而提高电力企业的社会效益与经济效益。

参考文献

[1] 侯树文，曾浩，雷校省，钱俊良，赵臣鹏.斩控式交流调压无功补偿电路的设计[J].华北水利水电学院学报，2013，（5）.

[2] 侯勇.农网无功补偿的管理探析与思路[J].科技创业家，2014，（8）.

（责任编辑：黄银芳）