电网无功优化的研究与实用程序的分析应用

郑珉 内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局

电网无功优化的研究与实用程序的分析应用

郑珉 内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局

随着我国电力行业的迅猛发展，有诸多因素致使我国的电源(发电厂)分布不均衡，要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。配电网合理的无功补偿方式，能够有效地维持系统的电压水平，降低有功网损,提高网络输送容量，减少发电费用，优化无功问题，其意义十分明显。

无功优化 电压质量 功率因数

1 前言

1.1 本文研究背景及现状

随着电力工业由城市供电逐渐发展为经超高压电网输电，电压问题已不只是一个供电质量问题，还是关系到大系统安全运行和经济的重要问题。无功补偿设备的容量、运行性能和装设地点，必须要考虑到可能出现的运行方式。满足和适应电网电压控制的要求，合理地配置和优化无功补偿设备，这对于电力系统的稳定运行有着不可估量的作用。

波动性负荷造成的局部电网电压不稳和功率因数恶化严重威胁着高自动化水平设备的电气寿命，制约着企业生产效率的提高。

1.2 研究目的和意义

研究可以从两方面着手：一方面，在阻感电路中，无功功率的大小表示电源与负载电感之间的能量交换的幅度。另一方面，在整流逆变电路中，无功功率一部分是由基波电流相移产生的，另一部分是由谐波电流产生的，其无功功率是由电路的非线性产生的。

2 无功优化配置的原理

2.1 无功优化简介

传统的无功优化理论大多应用于纯交流输电系统；但是，随着高压直流输电（HVDC）、核能发电、风力发电等分布式发电的大规模应用以及电力市场理论的快速发展，高压直流输电及灵活交流输电、电力市场、分布式发电等更多的领域也涉及到无功优化问题，目前关于上述技术的优化方案还比较少，值得我们进行进一步的研究。

2.2 无功功率的平衡

系统中无功功率的平衡与有功功率相似，可以用下式表示：

可以看出，每次对增广矩阵中A矩阵元素的消元都是重复的，为了避免这种重复，我们把对相同的系数矩阵重复进行的消去与对不同的常数项进行的消去分开进行，形成所谓因子表，这就是因子表法。

2.3 无功优化的依据与原则

在电力系统运行中，在高峰与低谷期间，其无功电源以及无功负荷都要运用分(电压)层和分(供电) 区相互平衡原则来加以配置并运行,同时还应当有相应的无功调节方法以及检修备用；对于无功功率补偿而言，它可以通过用户端分散以及变电站集中等方式进行相应的补偿,从而便于控制电网损耗,让电压质量得以提高；在补偿装置方面，主要采用可手动与自动频繁投切相结合的电容器组。所用到的电容器组应当是密集型或者是一台大容量且内部具有内放电电阻类型的电容器,而且还要有功率因数或者是电压控制方面的投切功能。

2.4 无功补偿的方式

在10kV供电网中所需的无功功率，主要包括配电变压器励磁所损耗的无功功率∆QT，线路感抗所损耗的无功功率及感性用电负荷的无功功率∆QF，即

2．4．1 负荷的无功功率补偿

对于分散补偿,无功补偿主要是按提高功率因数的要求来计算所需补偿电容器的容量QCF

补偿电容器的容量是随着负荷的变化而变化的，因此需要自动投切一部分电容器组，以达到最佳补偿功率因数。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。对于l0kV配网来说，它的负荷通常会在线路上均匀分布，为了让补偿前与补偿后的降损达到最大值，要要明确补偿容量以及位置，( 1) 单点补偿:当无功负荷在线路上进行均匀分布时，补偿位置应当在距离线路前端2/3 L处，其补偿容量是整条线路所需容量数值2/3时，线损会有最大的下降值。这时．可以线损下降率是：

根据前面的方法，可以求得当补偿电容个数为n时，不同补偿电容器相应的安装位置，例如

(2)n个补偿点

第i个为：

线损下降率是：

按照前面的求解方法，可以推导出无功负荷任意分布情况下的补偿点以及补偿容量。

虽然菲律宾等的提案不一定能得到大陆架划界委员会的认可，[14]但其广泛宣传和对中国九段线的批评的确获得了国际社会的不少支持。由于越南和菲律宾“原告式的表述”，中国在南海的主权立场已经很难获得国际同情。[15]

2．4．2配电变压器当中的无功损耗补偿

在配电变压器中，其无功损耗包括两部分，分别是固定无功损耗以及可变无功损耗。前者主要作用在于建立起磁场方面的励磁无功损耗，它和负荷电流没有关系；而后者主要和负荷电流平方值成正比，属于漏磁无功损耗，几乎都在负荷处进行无功补偿。对于变压器来说，它的励磁无功损耗主要消耗在励磁电抗上，表达式为:

再由因子表与前代得到的向量F，得到方程组

3 潮流计算及程序

3.1 概述

应用计算机进行电力系统计算，首先要掌握电力系统相应计算的数学模型；其次是运用合理的计算方法；第三则是选择合适的计算机语言编制计算程序。

3.2 电力系统潮流计算的程序算法

潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。

3．2．1 计算不平衡功率△P、△Q并形成修正方程式

目前计算机潮流计算的方法主要有牛顿-拉夫逊算法和PQ分解法。

在城市开发边界与生态红线“两线合一”的划线研究中，城市增长模型代表了城市发展的要求，生态安全格局代表了生态保护的要求。图形核定在城市增长模型和生态安全格局已有的基础上进行进一步研究。

对于所有的PQ节点都能够按照下述公式得到无功功率增量△Q

对每一个PQ节点或每一个PV节点都可以根据下列公式得到有功功率增量△P

当有功功率增量以及无功功率增量都不符合下面所给的条件时

《金粉世家》里的金府是一个繁大家族，虽然没有《红楼梦》里贾府的三代同堂，但也不逊于它，有人统计过金粉世家里大大小小的主子丫鬟和仆人就有113位。家中的重要成员金铨是国务总理，这个身份足以支撑这个大家族繁衍发展。而与《红楼梦》里贾府不同的是，这个家族里没有《红楼梦》里的封建意识，多得更是一些先进的思想。这也是身处新旧之间的张恨水他笔下营造的家族小说。这些比之巴金的《家》和茅盾的《子夜》也具有张恨水自己的特点。在一定程度上，也向我们传达了一个世家在向现代过渡的过程中发生的种种变化。

3.2.2 利用因子表法求解修正方程

⑤设备归位：当完成所有检测工作后，设备退回涵洞口，按设备安装的程序反向操作，拆卸爬行器、镜头、电缆等，将爬行器、镜头擦干，归位入箱装好。

例2 为探究光照强度对光合作用速率的影响，某生物兴趣小组以鱼腥藻为材料，利用图3所示的实验装置，将光源分别置于距烧杯15cm、 25cm、 35cm、 45cm处，观察每分钟产生的气泡数。重复多次、取平均值，得到图4所示的实验结果。据图回答下列问题：

在使用PQ分解法时，其系数矩阵是在迭代过程中保持不变的，所以为了节省内存和缩短运算时间我们采取了因子表法。

式中：H(k)为信道冲激响应h(n)在第k个子载波上的频率响应，Z(k)为高斯白噪声z(n)的傅里叶变换。因此，可以得到频域响应的估计结果，即：

若线性方程组一般形式如下：

再利用因子表进行前代过程，求出每次迭代后的常数项。其前代公式是：

对每一台配变励磁无功损耗加以补偿，此时的无功损耗数值最小，补偿的效果为最好，称之为理论最佳补偿点。如果是配变的无功补偿，根据前文所得出的长线路负荷方面的补偿计算以及容量不再适用，在线路较长的无功补偿当中，电容通常是单独运转，所以必须要超出补偿点才可以让系统得到最优解。但是配变无功补偿设备要放置在配变低压一侧，要和配变进行配合，假如有过补偿情况，配变就必须要为补偿提供一些容量，这样就不能达到经济运行。在此，最好的运行方式应为全补偿。

求解出此方程即可得到线性方程组的解向量

3．2．3 多次迭代最终求得V和δ以及全线路功率

在研究各种工艺参数影响的基础上，根据实际应用及统计分析确定每个因素的最高与最低水平，进行4因素的响应面设计，共27组，每组试验均重复3次。试验结果进行二次响应面回归建模，并预测最佳工艺参数。

利用上面所介绍的方法求解修正方程组可以求得

从1957年第一颗人造地球卫星升空以来，截至2018年10月底，人类共进行了6 000余次航天器发射活动，把8 050余颗航天器送入地球轨道，目前只有约1 900个航天器在有效服役，而其他航天器皆因丧失功能而变成了空间垃圾。同时,已发生过260余次在轨航天器或火箭解体/爆炸/撞击(破碎)事件，产生了数量众多的太空垃圾，形成了唯一人为的外层空间环境--空间碎片环境。

经历了1 9 7 9年那个冬天，殷燕才知道真的战场远比《英雄儿女》里更糟糕。2月2 7日晨，东线最关键的谅山战役开始。有一个河南开封的兵李民，高个，白净，爱说爱笑，会拉手风琴，医院的女孩儿们都喜欢和他搭腔聊天，与殷燕相熟。“2月2 8日那天，从6 5 0高地上抬下来许多尸体。大家都在忙着工作，一个女兵突然惊呼：这不是李民吗！头的一半已被炮弹炸飞，军装被血浸透，担架里都是血水。要不是拿出他左上兜能够证明身份的生死牌，谁也不知道他就是李民。”殷燕回忆。

3.3 程序及说明

（1）节点功率结构体：节点功率不区分负荷功率和发电机功率，其值为本节点连接的各支路输入功率及节点所接负荷、发电机功率之和，且规定功率流入节点为正，流出为负。

（2）结构参数结构体：G、B为线路的导纳和容纳；B0为线路的考虑变压器Π型等值电路后的对地充电容纳的一半Bc/2；k为折算到标准变压器支路后的变压器变比。

在我国悠久的历史长河中，玉雕工艺一直是让我们引以为傲的一门手艺，但原料大多数以翡翠和田玉玉石为主，若在硬度仅次于钻石的蓝宝石上雕刻，那绝对是一件十分考验工匠能力的事情。而就在“中国蓝宝石之都”的昌乐，有这样一位堪称“国家级”的蓝宝石雕刻大师——刘海。可以说，是昌乐蓝宝石成就了刘海的雕刻之路，而刘海的雕刻艺术又让昌乐蓝宝石的光芒更加闪耀。

4 结论与建议

由于无功优化是一个非常复杂的课题，涉及很多专业知识。在论文撰写过程中有很多费解，难以琢磨的的知识点，对我提出了很大的挑战。所以这也更好的锻炼了自己，使我发扬了刻苦专研的精神。

[1]程浩忠，吴浩.电力系统无功与电压稳定[M].第2版.北京:中国电力出版社，2004,20-25

[2]王兆安，杨军.谐波抑制和无功功率补偿[M].第1版.北京:机械工业出版社，1998,52-60

[3]李宏, 董瑾. 无功补偿技术的研究[J]. 现代电子技术,2011, 34(6):175-178.

[4]何一浩, 王树民. TSC动态无功补偿技术述评[J]. 中国电力, 2004, 37(10):22-26.

[5]范舜，韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M]第3版.北京:中国电力出版社，2003,17-25