第四节 全网无功优化

一、全网无功优化思想

规划的节约是最大的节约，规划的浪费是最大的浪费。

现在在电网补偿中，提倡分区、分层补偿。所谓分区、分层是按网分区、按电压分

层。例如，城东网、城西网是按网分区；220kV、110kV、35kV、10kV、0.4kV是按电

压分层。

电力系统各电压等级电网之间是一个有机联系、相互影响的整体，对任何一个电压等级电网的优化工作都会对其他电压等级电网产生一定的影响。因此，在进行无功优化方案的制定时，单纯以一个电压等级电网为对象，忽略其他电压等级电网对其的影响是不合理的。针对传统无功优化存在的问题，以及对国内相关方面的研究现状分析，要实现有效的降损，必须从电力系统全网角度出发，以降低全网网损为目标，通过科学合理的无功优化方法，确定电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，使有限资金发挥最大效益。

以110kV及以下网络为对象的全网无功优化方法，克服了传统无功优化方法的缺点，对任何电压等级、任何区域的无功优化操作均在分层、分区、就地平衡的基础上，以全网指标最优为最终目标，生成最优无功优化方案，同时加强无功电压管理功能，利用技术手段加强无功电压管理水平和电网经济运行意识。

二、全网无功优化实现方法

总体来讲，全网无功优化主要采用分层、分区的技术处理方法来实现。将整个区域电网划分为三个电压等级电网：高压电网、中压电网和低压电网，如图241所示。

图241 全网无功优化及无功补偿方式示意

高压电网：指变电站10kV母线及以上电网，不包括10（6）kV馈线出线，优化时以整个高压电网为对象进行优化，以变电站集中补偿为主，补偿地点、容量、变压器挡位等都以高压电网全网优化计算结果为准，中压电网指10（6）kV馈线出线，优化时以每条馈线为单位进行中压线路补偿和随器补偿，补偿地点、容量等都以中压电网全线优化计算结果为准，低压电网指0.4kV及以下电网，优化时分台区进行低压线路补偿和随机补偿。

无功优化分为规划优化与运行优化两种，对高、中、低压电网而言，每个电压等级电网都有各自的特点，因此，在保证全网指标最优的基础上，进行每个电压等级电网的无功优化计算时，应该选用适合该电压等级电网特点的计算方法。以下分别介绍各电压等级电网的规划优化与运行优化的实现方法。

1.高压电网无功优化

在进行高压电网无功规划优化时，打破传统的按主变压器容量的10%～30%容量设计无功补偿装置容量的方式。从全网出发，进行无功优化计算，给出最佳补偿点和补偿

容量。

在进行高压电网无功运行优化时，从全网考虑无功补偿设备是否投入，主变分接开关挡位是否调升，动态预算无功补偿设备投入后母线电压值、关口功率因数的变化，从而实现无功功率分层平衡，减少主变分接开关调节振荡以及无功补偿设备投切振荡。

无功优化问题中的变量可分为控制变量和状态变量。在高压电网中分接头可调变压器变比T、补偿电容量C和发电机机端电压为控制变量，节点电压和发电机注入无功为状态变量，每个变量都要考虑到各自上、下限的限制。

无功规划优化目标包括技术性能目标和经济目标，确定目标函数为

minF=PLOSS+λU∑（ΔΔUUiim）2+λQ（ΔΔQQgigim）2+μi∑=β1ΔQβi

式中 λU、λQ———电压越界和无功越界罚系数；

β———补偿设备安装地点数；

μ———无功补偿容量的等值系数。

目标函数中第1项为网损，第2项为电压越界罚函数，第3项为无功越界罚函数，第4项为无功补偿容量。无功运行优化目标主要为技术性能目标，确定目标函数为

minF=PLOSS+λU∑（Ui-UiLim）2+λQ（Qi-QiLim）2

目标函数中第1项为有功网损，第2项为节点电压约束，第3项为由功率因数约束转换而来的无功功率约束，λU、λQ的含义同上。

2.中压电网无功优化

在进行中压馈线规划优化时，由于配电网无功优化存在多节点、多约束的难题，为此这里应用结合灵敏度分析的遗传算法来求解，选灵敏度系数较高的节点作为无功补偿的候选节点，通过遗传算法确定最佳的补偿容量。

在进行中压馈线运行优化时，采用传统前推回代法进行运行优化计算。以中压电网中分接头可调变压器变比T、补偿电容量C为控制变量，节点电压U为状态变量，并对各变量进行上、下限约束。

对中压电网无功规划优化而言，以配电网电能损耗和无功补偿设备投资之和最小为目标，并考虑各变量的约束条件，其目标函数为

minF=PL+KU∑（ΔΔUUiim）2+Kβi∑=β1ΔQβi

式中 KU———电压越界罚系数；

β———补偿设备安装地点数；Kβ———单位电容器的系数。

目标函数中的第1项为网损，第2项为电压越界罚函数，第3项为无功补偿投资函数。

对中压电网无功运行优化而言，以配电网电能损耗最小为目标，并考虑各变量的约束条件，其目标函数为

minF=PL+KU∑（ΔΔUUiim）2

3.低压电网无功优化

低压电网处于电网最末端，用户多为低压用户。因此，补偿低压无功负荷是无功补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失，减少用户电费支出。低压补偿对用户和供电部门均有益。

三、立足实际，探索无功补偿新模式

变电站采用动态平滑调节和自动投切无功补偿模式，10kV线路采用动态自动调节补偿模式，配电台区采用低压无功自动补偿模式，低压用户端采用4kW以上电机的随机补偿模式，低压线路随线补偿模式，在无功需求点就近补偿，实现了无功补偿由静态到动态的转变，由补偿基准点到无功发源点的转变，由局部补偿到全网综合优化补偿的转变，全面提高无功综合管理水平。

坚持因地制宜，科学编制规划。根据《电力系统电压和无功电力技术导则》技术标准和管理规定，结合电网实际情况，坚持三项原则：

一是坚持长远目标和近期目标相结合的原则，循序渐进、优化资源配置。

二是坚持科技创新的原则，积极推广应用先进、实用的新工艺、新材料、新技术、新设备。

三是坚持节能降损原则，实现电压质量和无功补偿综合治理。使无功优化工作做到了有计划、有步骤的组织实施。

应用全网无功优化系统，提高科学管理水平：

一是应用全网无功电压优化系统，建立起全网分区、分层无功优化与综合管理信息平台。

二是基于SCADA系统应用无功电压优化自动控制系统，通过监视关口的无功和变电站母线电压，保证在关口无功和母线电压合格的条件下进行无功电压优化，通过改变电网中可控无功电源的出力、无功补偿设备的投切、变压器分接头的调整来满足安全经济运行条件。

推广应用无功补偿新技术，提高电网科技含量。将基于柔性交流输电技术（FACTS）的无功静止补偿器、晶闸管投切电容装置等引入到配电网中，对配电系统的电压、功率、潮流等进行灵活控制，实现配电网由不可控到可控状态的转变。重点在5个方面应用无功优化综合补偿技术：①应用磁控电抗器（MCR）技术；②电力半导体桥式逆变器技术；③晶闸管投切电容器技术；④调整不平衡电流补偿技术；⑤低压随线补偿技术。

四、应用典型模式，采用无功补偿新设备

通过金网无功优化计算确定系统的最佳补偿点和最佳补偿容量，选择经济适用的无功补偿模式，应用于无功补偿建设，实现了区域电网内的无功分区、分层、动态就地平衡。

1.高压配电网无功补偿模式

110kV变电站，采用TBBZ10型无功分组自动投切装置，根据无功负荷的变化自动投切电容器组，功率因数和电压保持在规定范围内，实现对变电站电压和无功的综合控制，35kV变电站采用具有连续平滑调节功能的PDWGM型动态无功补偿装置，实现无功补偿由静态补偿到动态补偿的转变，增加了电网的动态无功储备，提高了安全运行水平。

2.10kV配电线路补偿

随过对10kV线路的无功优化分析，采用PDWGM型动态连续调节时无功补偿装置；WZBGX型分组自动投切无功补偿装置；安装固定电容器组，实现对线路无功的集中补偿。

3.配变随器与集中补偿

对公用变采用了HYDS型静止同步补偿器，配变采用了PJKFM型低压动态无功补偿装置。

4.低压随机补偿

对4kW及以上电机的随机补偿装置改造，安装电容器。低压线路的在线补偿，进行了随线补偿改造试点。