浅谈电力系统中无功补偿的重要性

２００６年第６期　内蒙古石油化工　４９　浅谈电力系统中无功补偿的重要性　孙亚男，夏纪刚　（兴安热电公司乌兰浩特热电厂）　摘要：电力系统的无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段，对提　高系统电压水平、降低线路损托、改善电厂功率因数、增强系统稳定起着十分重要的作用。　关键词：无功优化；无功补偿；线损　１前言　随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网　的经济运行日益受到重视。降低网损．提高电力系统　输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行　部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方　向之一。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是　电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。　通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷　的最佳补偿．不仅可以维持电压水平和提高电力系　统运行的稳定性．而且可以降低有功网损和无功网　损，使电力系统能够安全经济运行。　本文针对当前电力系统无功补偿装置装设情况　进行了分析，同时举例说明了无功降损的经济效益，　并简要介绍了无功优化算法。发电厂是电力系统的　部分，充分认识无功补偿的重要性对于电厂的安　一站的电容器母线上安装并联电抗器，其电压等级多　为３５ｋＶ或６６ｋＶ。②城市电网改造后，大中城市　ｌｌ０ｋＶ及以下配电网电缆化的比例增加，容性充电　功率亦相应增加，需增装一定数量的电抗器，以调节　无功功率。　２．２　电力企业安装的并联电容器比例逐年有所增　力口　２．３　调相机的容量所占容性补偿容量的比例日蓝　减少　调相机的主要优点是：①输出的无功功率可根　据电网的需求进行调节；②能提高超高压线路的送　电功率和运行稳定性Ｉ③在电网故障情况下能提高　电网电压。而并联电容器的优点是：①无旋转部分维　护简易；②安装简单Ｉ③投资小Ｉ④可自动投切ｌ⑤有　功损耗小。　表１全国各大区电网无功补偿装置配置　全稳定运行尤为重要。　２电网无功补偿装置装设情况及分析（参考２０００　年数据）　据统计．截止ｌ９９９年底，全国电网总装机容量　为２９８．７７ＧＷ。共安装容性补偿装避１５６．５９Ｇｖａｒ。其　中：调相机３．０８Ｇｖａｒ，用户自备并联电容器７８．　９５Ｇｖａｒ．电力企业安装的并联电容器７４．５５Ｇｖａｒ。安　装并联电抗器２０．７３Ｇｖａｒ．作为调节电网无功潮流　的感性补偿装置。容性补偿率（容性补偿装置总无功　容量／装机总容量）为５２．４　。电力企业安装的电容　器占并联电容器总容量的４８．５７　，用户自备的电容　器占并联电容器总容量的５１．４３　。调相机容量仅占　容性补偿装置总容量１．９７　；并联电容器容量占容　性补偿装置总鲐的９８．０３　．为调相机容量的４９．７８　３无功补偿降低线损产生的经济效益　随着市场经济的深化，目前各项投资都进行经　济效益评估。无功补偿对提高电压水平、改善潮流分　布、增强系统稳定作用明显，但其经济效益如何，尚　不得而知。下面将对无功补偿经济效益进行分析。　３．１计算方法　倍。感性补偿装置总容量为容性补偿装置总容量的　１３．２４　。感性补偿率（电抗器总容量／装机总容量）　为６．９４　。　各大区电网无功补偿装置的配置情况如表ｌ所　示。　２．１　感性补偿装置的比例呈增加趋势　无功补偿经济效益来源于降损节能，投资的年　收益Ｐ为节省电量所得收益扣除折旧费ｚ和维护费　ｗ的盈余。用以下公式计算　Ｐ一（△Ｅ一　）　一Ｚ一　主要原因有二，①５００ｋＶ超高压电网的发展，　需在变电站进线侧安装５００ｋＶ并联电抗器用以吸　收超高压线路的容性充电功率，有利于限制系统中　工频电压的升高和操作过电压，有利于降低超高压　系统的绝缘水平。为＿ｒ向电网提供可调节的感性无　功，向电网吸收多余的容性无功，还要在超高压变电　收稿日期：２００６一Ｏｌ—Ｏ６　式巾：△Ｅ一降损电量；ＥＱ一电容器的耗电量Ｉｐ一电　价。　维普资讯 http://www.cqvip.com

５０　内蒙古石油化工　２００６年第６期　其中．电容器的耗电量Ｅｑ由Ｅｑ—Ｑｃｔ１；　式中：Ｑ　一无功补偿容量；　ｔ电容器投运时问；　１：一一无功补偿设备损耗功率占补偿容量　的比例．对于电容器补偿取０．５　．　采用调相机取３　。　得到年收益Ｐ后．就可求得衡量投资经济效益　的一个重要指标，投资回收期ｓ．它是指建设项目自　建成投产之日起．实际累计提供的盈利总额达到该　项目建设耗用的投资总额之日止．所经历的全部时　间。其计算公式为：　Ｓ一总投资／年收益　３．２　算例　以１９９７年度湖北电网无功补偿为例。已求得降　损电量ＡＥ为６３６５４．４ＭＷ．ｈ．利用公式计算电容器　的年耗电量Ｅｑ得　Ｅｏ一２００×８７６０×０．４×０．５％一３５０４ＭＩＶ・ｈ　电容补偿投资以１０万元／Ｍｖａｒ计算，总投资为　１０×２００＝２０００万元年折旧费按折旧率１０　计算为　２０００×１０　一２００万元　运行维护费按２　汁算．则年运行维护费为２０００　×２　一４０万元　供电单价１：以０．３０元／（ｋＷ．ｈ）计算，由公式计　算得年收益为：　Ｐ一０．３０×（６３６５．４４—３５０．４）一２００—４０　—１５６４．５１２万元　投资回收期为Ｓ一２ｏｏｏ／１５６４．５１２＝＝＝１．２７８　可见，无功补偿的经济效益十分明显。　４无功优化算法简介　无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给　定的情况下，通过调节控制变毋（发电机的无功出力　和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器　分接头的凋节）使系统在满足各种约束条件下网损　达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值　附近运行，而且能取得可观的经济效益，使电能质　毋、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起。　４．１　无功优化和补偿的原则　在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的　补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定：　①根据　络结构的特点．选择几个中枢点以实　现对其他节点电压的控制；　②根据无功就地平衡原则．选择无功负荷较大　的节点。　③无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功　相Ⅱ流动，以提高系统运行的经济性。　④网络中无功补偿度不应低于部颁标准０．７的　规定。　１．２　无功优化和补偿的类型　电力系统的无功补偿不仪包括容性无功功率的　补偿而且包括感性无功功聋《的补偿。在超高压输电　线路中（５００ｋＶ及以上），由于线路的容性充电功薯蓝　很大．据统计在５ｏｏｋＶ每公里的容性充电功率达１．　２Ｍｖａｒ／ｋｍ。这样就必须对系统进行感性无功功率　补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在　５００ｋＶ的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高　压电抗和低压电抗，使无功在５００ｋＶ电网平衡。　４．３无功优化算法　电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面　说起，即输配电网络（闭式网）和配电线路及用户的　无功优化和补偿（开式网）。　由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变　量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的　无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模　型线性化求解，是一些算法的出发点，如基于灵敏度　分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内　点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等，以　上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开，忽略　二阶及以上的项，建立线性化模型求得优化解。这些　方法由于在线性化的过程中，忽略了二阶及以上的　项，其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算　的收敛性，又提出了将罚函数的思想引入线性规划，　提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法．使依　从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从　根本上结局线性化后的不收敛问题。　针对线性算法方法的不足，又提出了一些运用　非线性算法，混合整数规划、约束多面体法和非线性　原一对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到　最优解，但由于无功优化本身的特性，使计算复杂、　费时，且不能保证可靠收敛。　为了提高收敛性和非线性的对于无功优化巾的　离散变量（变压器分接头的调节，电容器组的投切）　的处理，基于人２１２智能的新方法，相继提出了遗传算　法，Ｔａｂｕ搜索法，启发式算法，改进的遗传算法，分　布汁算的遗传算法和摸似退火算法等等，这些算法　在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速　度，并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好　的效果。　５结束语　本文就电力系统巾无功补偿的重要性进行了分　析，其中参考了大量的资料，针对无功补偿与广大同　仁共同Ｎ－泔。无功补偿的优化及补偿还有许多难胚　需要解决，本文仅作了简单分析，希望提高对无功补　偿重要性的认识。为电厂及电力系统的稳定运行作　好准备。　（参考文献］　［１］　靳龙章、丁毓山．电网无功补偿实用技术ＣＭ］．　北京：中国水利水电出版社，１９９７．　ｃｚ－１　孙成宝、李广泽．配电网实用技术ＣＭ３．北京：　中国水利水电出版社，１９９７．　Ｅ３３　陈珩．电力系统稳态分析ＦＭ］．北京：水利电力　出版社，１９９５．　［４］　徐先勇、王正风．电力系统无功功率负荷的最　佳补偿容量［Ｊ］．华东电力，１９９９，２７（６）：２６～　２８．　［５］　杨秀台．电力网线损的理论计算和分析．北京：　水利电力出版社，１９８７．