油田配电网的无功补偿优化研究

邵刚涛

（1.西安石油大学，陕西 西安 710000；2.西安长庆科技工程有限责任公司，陕西 西安 710000）

0 引 言

油田配电网由于其负荷特性和滚动开发特点，造成功率因数较低，线损较大。随着油田开发降本增效的要求，在系统运行过程中如何稳定电能质量，保障电网系统无功补偿过程中减少线路损耗、提高企业的经济效益具有重要的现实意义。

1 配电网无功补偿的目的

无功补偿具有改善输电系统稳定性[1]、保障电能质量[2]以及平衡三相功率负载[3]等功效。提高油田配电网的生产效率，配电网无功的合理分布是尤为重要的一个因素。

采取无功补偿的方法，在降低线路损耗方面是一个行之有效的措施。在长距离运输过程中，提前规划好动态无功补偿装置的放置地点，能够提高输送电能过程中系统的稳定性，提高输电效率。

油田负荷呈点多、分散、距离长的特点，导致配电网之间的损耗长期以来没有好的解决方案。解决配电网无功补偿优化中的线损问题，分析配电系统的无功优化问题，从而优化系统的运行，进而提升整体的经济效益。

2 配电网无功补偿技术的国内外研究现状

在电力系统分析中，很多场合都涉及到非线性规划问题，其中无功优化问题也属于这类优化问题。随着油田原油生产用电指标呈上升的趋势，电能消耗在采油过程成本中占据很大的比例。从石化企业来看，降低运行过程中的电能消耗，解决网损的问题，能够极大地提升企业的盈利。油田配电网采用无功补偿的措施，在降低电网的消耗方面有很大的效果。

长期以来，不少国内外学者在电力系统无功补偿方面开展研究，提出了线性规划法[4]、非线性规划法[5]、混合整数规划法[6]、动态规划法[7]和遗传算法[8]等相关算法研究思路，但是一直都没有成熟稳定的方法。

电力系统在运行过程中涉及到较多的无功负荷，需要消耗较大的无功功率。此时，需要通过采用无功补偿装置，保证电网正常的电压质量，对降低电网的网损具有较大的帮助。随着国家越来越重视配电建设，运行过程中无功补偿技术取得了不斐的成绩。但是，在油田配电网无功补偿方面还存在局限性，对于在补偿容量和位置的确定具有较好的研究应用前景。

3 配电网无功优化数据模型

无功补偿优化的最终目标是年运行费用最小、补偿装置投资最小以及企业获得的经济效益最大。

该配电网无功补偿优化数学模型可以以油田配电系统的年运行费用最小为目标。在目标函数中，该费用主要包括无功设备的运维费、投资的回收以及网损等。目标函数如下：

式中，Fmin表示年运行费用；Ta表示补偿设备的年维护费用率；Tb表示装置单位补偿容量的综合投资；Tc表示投资年回收率；Tn表示补偿设备的安装费用；N表示补偿节点个数；α表示有功电价；Kci表示节点的补偿容量；λmax表示全网最大损耗小时数；Rci表示支线的有功损耗。

4 计算实例

本文以某油田配电系统为例，分析具体的无功补偿优化方法。在该配电系统中共包括34 台配电变压器，57 个节点，总容量为8 235 kVA。该配电系统的结构，如图1 所示。

图1 油田配电系统结构图

对于上述的无功优化模型，可以通过优化算法进行求解，得出油田配电系统中的无功补偿方案，结果如表1 所示。

经过计算可以得到如下结果。

（1）拟定的无功优化补偿配置方案。对于配电系统高压侧无功补偿，分别在高压侧节点15 安装150 kVar 无功补偿电容器装置，节点36 安装150 kVar无功补偿电容器装置，节点59 安装105 kVar 无功补偿电容器装置。对于低压侧无功补偿，总安装低压无功补偿装置710 kVar，具体如表1 所示。

表1 某油田10 kV 配电网络无功补偿优化结果

（2）配电网无功优化补偿参数的取值：补偿装置的使用年限（装置使用寿命）15年；平均售电单价0.6元/kW·h；全网最大损耗小时数7 000 h；无功补偿装置的年维护费用系数0.001；单台10 kV 电容器的固定投资9 800 元/台；单位容量10 kV 电容器的投资造价50 元/kVar；单台低压电容器的固定投资8 500 元/台；单位容量低压电容器的投资造价45 元/kVar。

（3）当无功优化模型计算完成后，可以对无功补偿的方案进行分析和评估。根据上述的计算结果，共需设备投资（405×50+9 800×3）+（8 500×20+710×45）=25.160 万元。对于年维护费用，总补偿容量为1 115 kVar，总年维护费用为2.345 万元。

通过公式计算分析如表2 所示，对该条10 kV 线路进行补偿具有一定的优势，能够在降低运行费用、提高运行的经济性方面发挥重要作用。

5 结 论

在配电系统中进行无功补偿，应对具体的补偿策略和方法进行优化分析，以减少无功功率在线路上的传输，从而降低线路上所产生的无功损耗，提高配电系统运行的经济性，对于提高配电系统的电压质量具有较大的积极作用。同时，应把补偿位置选在负荷点，采用对各负荷点分散补偿的方式。对于无功补偿装置的选择，应根据当地配电系统的实际情况，便于对电网电压进行调节和控制，使得配电系统可以取得较大的经济效益。

经过实际计算，中低压油田配电网无功优化补偿可以明显提高电压合格率。本文详细分析了油田配电系统的无功补偿优化模型，得到了具体的油田配电系统无功补偿装置安装点和安装容量，具有较大的工程应用价值，可以在其他配电系统中加以推广应用。

表2 某油田10 kV 配电网络无功补偿优化对比结果