农村配电网无功补偿最佳优化配置

钱勇

摘要：随着我国城市化水平的不断提升，我国的农村经济发展的速度也越来越快，农村的用电量也逐渐提升，需求不断增加，由此国家提出了农网升级改造的要求，提升农村电网结构稳定性，对其进行完善与优化，并要求尽全力解决农村配电网设备老化、技术水平老旧等不良问题，国家为农村电网的建设也做出了贡献，为农村电力发展指导了新的方向，确保用电安全与用电质量，提升科技进步水平，保障农网电压的无功综合管理水平的提升，保障稳定的持续的供电，降低电能的消耗，促进农村电力的发展。那么如何更好地解决农村配电网中低电压问题，为用户提供更加方便的服务，是一个值得探讨的问题。

关键词：农村配电网;无功补偿;最佳优化配置

1配电网无功补偿的原理及方式

1.1无功补偿原理

在配电网中，电流在感性元件与容性元件中做功，两者电流方向互差180°——在感性元件中滞后90°，而在容性元件中超前90°，所以在电网中按比例配置容性元件与感性元件，使感性电流与容性电流相互抵消，能量在容性负载与感性负载之间相互交换，以此达到无功功率补偿的目的。容性负荷装置与感性负荷装置是通过串联或并联的方式连接到系统中的，容性负载产生的无功由感性补偿装置提供，而感性负载产生的无功由容性补偿装置提供。由于配电网中大部分负载是感性元件，无功补偿一般以容性元件为主。虽然电力系统中的同步发电机可输出无功功率，但同步发电机的无功输出能力毕竟有限，况且需长距离传输，极不经济，因而配电网中的无功缺额应在配电网内补偿。

1.2无功补偿方式

配电网无功补偿主要采用变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上线路补偿和用户终端分散补偿等方式。变电站集中补偿是在变电站10kV母线上配置无功补偿装置，这些装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，优点是集中补偿、维护管理方便，但主要补偿主变及上级输配线路的无功损耗，不能弥补下级配电网的缺损。低压集中补偿是在配变低压侧进行集中补偿，这种装置能根据用户负荷的波动进行跟踪补偿，优点是可以减小配变与配电网损耗，保证供电质量，但补偿量往往不够准确，存在过补或欠补问题。杆上线路补偿是在架空线路杆塔上配置无功补偿装置，优点是易于维护，补偿效果明显，但受安装环境限制，补偿装置较为简单，一般不设分组投切装置，可能出现轻载过补偿现象。用户终端分散补偿是在负荷设备就近配置补偿装置，一般在电动机旁设置电容器或电容器组，这种方式的优点是适合中小型设备，但补偿点分散，维护管理不方便，且受到负荷波动影响，补偿装置利用率较低。

2农村配电网无功补偿技术的应用方式

2.1变电站集中补偿

要想使输电网降低线路的损耗，供电网络无功功率取得平衡，可以对变电站进行集中补偿。集中补偿方法需要的设备有：并联形式的电容器、同步调相机和静止补偿器等。变电站采用集中补偿方法的作用是，对输电网和输电线路的功率因数进行改善，选择集中补偿，补偿需要的设备要安装在变电站的主干线路上。集中补偿的优势为，设备安装在变电站内，管理方便、设备维护方便，缺点是降低线路损耗的效果不明显。

2.2低压分散无功补偿

低压分散无功补偿技术，指的是变压器电压低的一侧安装补偿设备，对电容器采用分散固定容量补偿，它能够避免电容器并联集中补充方式由于容量太大导致涌流太大的问题，同时还能增强配电网输供电能力，有效降低损耗，节能明显。分散补偿的优点是，电压负荷比较低时，可以减少变压器运行组数，避免补偿过量，同时设备应用简单，可以节省经济成本。缺点是操作需要人工进行投切，如果操作人员出现操作失误，就会发生补偿过量或者补偿不足的情况。

2.3无功功率就地补偿

无功功率就地补偿指的是，把电力感应负载和电容器实施并联，这样就可以同电机运行和停止一起同步，电机在停止运行后，可以对电容器直接供电，这样就不用其他的供电方式。实际运行过程中，电机的无功由电容器直接供给。采用此种方法，优点是能量交换距离非常短，能够显著减少线路的电能损耗。在同样的运行条件下，线路损耗和电流大小是正比的，所以无功功率就地补偿的方式，能够起到最好的节能效果，效益非常明显。

3配电网无功源最佳配置点的选择

3.1配电网的分区

在进行农村电网规划时，由于其涉及范围广、输送线路地理环境复杂，因此合理的分区有利于提高电网安全稳定运行水平，在进行配电的无功优化时，首先对所优化的区域进行配电网分区，然后在各分区中进行优化选择，以避免整体区域寻优无功配置点的繁琐与盲目。对目标区域分区方式通常按照其地理状况及负荷的分布情况而定，本文采取由各基层供电所管理的台区地理范围来定，这样既节约了分区的时间和方便管理，同时更符合当地电网实际运行的情况。

3.2配电网无功优化算法

配电网无功优化、配置点寻优算法的方法多样，由于GA可以依靠父系遗传使得上一代寻优结果能用来进行到下一代寻优，可以最大概率地寻找到全局最优解，同时具有占用运行空间少、也很少存在易局部收敛如禁忌搜索算法等优点，在配电网无功优化中得到广泛应用。但传统GA运用在大型电网系统中进行寻优时，存在计算时间长、计算量大等缺点。针对传统GA的缺点，本文在优化寻优模型和算法方面进行了改进，提出一种按管理区域划分的分区改进型遗传算法来进行无功的最佳优化。首先引入罚函数对目标函数模型进行约束，其次根据原有电网管理的地理区域为分区依据进行寻优空间的划分，在各分区中分别同时采用改进的遗传算法寻优，最后通过凝聚、比较，确定最佳解，有效地避免了寻优计算时间长、收敛慢和计算量大等问题，同时使得无功补偿配置更可靠合理。

3.2微机控制无功自动补偿装置的应用

电力系统的负荷分有功负荷和无功负荷两个部分。有功功率与频率、冻动机的油门开度有关。无功功率与电压也就是发电机的励磁有关，因此无功功率的主要来源则是发电帆励磁。一个继电器控制一台交流接触器，一台交流接触器控制一组电容器，由交流接触器的辅助接点来控制电容器组的放电电阻。交流接触器的上端装有熔斷器的隔离，主要用于短路保护以及隔离电源。另外，二者之间有不同之处，如各组的电容器容量不一样。对无功补偿自动投切装置的要求：能够自动根据无功负荷的变化而投切电容器组，且能够保证功率在0.95以上，并且不会过补偿;还有就是能够满足电容器组的自动循环投切要求，让电容器与接触器的使用几率相近，延长其使用寿命;还有就是最好是具有过电压的保护功能等;保证在轻荷过程中不会造成电容器组的投切震荡问题;元器件的性能一定要稳定，降低环境对其的影响，有利于后期的维护。

农村用电高峰期一般在四到九月份，一到三、十到十二是用电低谷期，而且即使在同一天电量变化也不同，如果无功补偿不能够随着负荷的变化而变化，那么，在用电低谷期会因无功补偿量比较大而出现过补偿的状况，从而造成电气设备的损坏。所以，农村应用自动投切的无功补偿方式是一个比较好的选择。补偿容量的选择应以用电低谷期的情况为基准，然后高峰负荷时，则可以利用自动投切装置投入备用容器。而且自动无功补偿可以自动也可以手动，这是非常好的。

结语

综上所述，本文对配电网无功补偿进行了探讨，且提出了几个优化措施，该方法具有一定的可行性、可靠性，对农村配电网的无功补偿的优化起到了最佳效果，具有一定的指导意义。能够在满足用户需求的同时，保障农村电网的运行的安全稳定性，实现对农村配电网的升级与改造，实现最佳的无功补偿优化，解决低电压问题，为农民提供更加方便的服务。

参考文献

[1]李益沛.农村配电网常见的无功补偿方式的研究[J].电器工业，2012（01）：66-68.

[2]江立，赵颖博.农村配电网无功优化技术方案探析[J].机电信息，2011（30）：12-13.

[3]赵文忠.农村配电网实用无功补偿技术综述[J].低压电器，2010（13）：34-38.