煤矿电网无功补偿方式的优化选择与计算
8矿山配电网无功补偿及补偿优化分析
矿山配电网无功补偿及补偿优化分析1．无功补偿概述功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。
对于矿山电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。
在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。
无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。
电网中常用的无功补偿方式包括：①在变电所母线集中安装并联电容器组；②在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；③在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；④在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的；②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0．95就是合理补偿。
2．矿山供电线路损失分析矿山网和城网线路功率因数大都在0．65—0．85之间，非电业管理的企业用户，其内部10 kV配网功率因数在0．85左右；由于大部分380 V用电线路动力设备实际出力比额定容量小特性决定了其功率因数偏低，线损偏高。
380V电网功率因数偏低的主要原因是无功补偿设备集中在变电站lOkV侧，只对10 kV以上电网具有补偿作用，没有实现无功就地补偿，380V配网无功投入不足，缺乏可靠实用的无功补偿设备以及合理的补偿方式。
3．矿山无功补偿3．1矿山配电网无功补偿在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。
电网无功补偿控制系统的设计与优化
电网无功补偿控制系统的设计与优化随着社会经济的发展和电力需求的增加，电网无功补偿控制系统的应用越来越广泛。
无功补偿设备不仅可以提高电力系统的稳定性和电能质量，还可以优化电力系统的运行效率和经济效益。
本文就设计与优化电网无功补偿控制系统的相关问题进行探讨。
一、无功补偿的原理无功补偿是指在电力系统中引入一个等大反向的无功电流，来抵消原系统产生的无功电流，从而达到纠正功率因数的目的。
无功补偿的主要作用有以下几点：1、提高电力系统的有功功率。
2、减少电力输送线路的损耗。
3、提高电力系统的电能质量。
二、电网无功补偿控制系统的构成电网无功补偿控制系统主要由无功发生器、控制器、电容器和滤波器等组成。
1、无功发生器：是指产生相应大小的无功电流来抵消原系统的无功电流。
2、控制器：通过测量电网的功率、电压和电流等参数，对无功补偿设备进行调节和控制。
3、电容器和滤波器：用于支持电力系统的电力负载，防止电力系统漏电和保护设备。
三、电网无功补偿控制系统的设计原则设计电网无功补偿控制系统时需要遵循以下原则：1、选择合适的控制器：控制器的选择应该根据无功补偿设备的类型和控制方式来确定。
控制器应该具有灵活的控制方式，可以满足电力系统的不同运行模式。
2、选择合适的无功发生器：无功发生器的种类较多，应该根据电力系统的实际情况来选择。
比如，有些电力系统中需要在较短时间内进行大规模无功补偿，这时候就需要选择高速的无功发生器。
3、选择合适的电容器和滤波器：电容器和滤波器的类型和参数应该根据电力负载的实际情况来选择。
电容器和滤波器应该具有较高的电容量和滤波效率，可以对电力系统进行有效的支撑和保护。
四、电网无功补偿控制系统的优化通过对电网无功补偿控制系统进行优化可以进一步提高电力系统的运行效率和经济效益。
1、控制器参数的优化：控制器参数的优化可以使得无功补偿设备的调节效果更好，从而提高电力系统的稳定性和经济效益。
比如，可以通过控制器的PID算法来调节无功发生器的输出功率，使得电力系统的功率因数更接近于1。
无功补偿的优化选择
１８ ・ ８
第３ ４卷 第 ３ ２期 ２ ０ ０ ８年 １１ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｃｎ ＴＥ Ｊ ＲＥ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ １３ ． ２ ＮＯ ． ２ ０ Ｖ ０ ８
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ８ ３ —１８０ １ ０ —８ ５ ２ ０ ）２０ ８ ２
１ 无功补 偿的原 则
０８ ， ．５ 根据功率 因数 （ ．５ 调整 电费标 准 ， ０８） 每月罚 款为月 总电费
的 ２ ５ 经过各站装设 了电容器补偿后 ，０ｊ ． ， ． ％， ｃＳ ＝０ ９ 每月电费减 ５ 全面规划 ， 合理布局 ， 分级补偿 ， 就地平衡 ， 具体如下 ： １总体平衡 与局 部 平衡 相结 合 ， ） 既要 满 足全 网 的总无 功平 少 ０ ５ 为企业增加 了效益 。 ． ％， 衡， 又要满 足分线 、 站的无 功平衡 。２ 集 中补偿与 分散补 偿相 分 ） 随线补偿 ： 电容器分 散安装 在高压 配 电线 路上 ， 将 主要 补偿 结合 ， 以分散补偿为 主， 这就要求在负荷集 中的地方进行补偿 ， 既 线路上的无功 消耗 ， 还可 以提 高线 路末 端 电压 ， 善 电压质 量。 改
功的角度 ， 推行了无 功补偿 。
路， 这种线路 最显著 的特点是 ： 负荷 率低 ， 线路损失 大 ， 对此线 若
众所周知 ， 电力 网在运 行 时， 电源供 给 的无 功功 率是 电能转 路补偿 ， 可明显 提高线路 的供 电能力。５ 供 电部 门的无 功补偿与 ） 换为其他形 式能 的前 提 ， 为电能 的输送 、 它 转换创造 了条件 。但 用户补偿 相结 合 ， 因为无功消耗大 约 ６ ％在配 电变压器 中， ０ 其余
电， 避免受潮 。
煤矿电网无功补偿方式的优化选择与计算
煤矿电网无功补偿方式的优化选择与计算张会娜;梁晓红【摘要】随着大量电感性设备在煤矿中应用,造成功率因数降低,导致线路末端电压远低于允许范围,电器设备难以正常运转且经常受损,影响安全生产.同时,无功功率导致电网电能传输能力下降、线损加剧及能源浪费,提高了产煤成本.通过讨论功率因数低的危害、提高功率因数的方法比较、采用补偿电容器组补偿的装设方法以及高压集中无功补偿的计算等,对煤矿电网进行无功补偿,保证煤矿的安全生产和经济运行.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2014(027)001【总页数】3页(P47-49)【关键词】煤矿电网;功率因数;无功补偿;补偿电容器【作者】张会娜;梁晓红【作者单位】平顶山工业职业技术学院,河南平顶山467001;平顶山工业职业技术学院,河南平顶山467001【正文语种】中文【中图分类】TD61随着大量感应电动机或其它感性用电设备的应用及电感性用电设备不配套或使用不合理，设备长期轻载或空载运行，使电网功率因数过低。
电力部门对用户的功率因数有明确的规定，要求高压供电（6kV及以上）的工业及装有带负荷调压设备的用户，功率因数应在0.95以上；要求其他电力用户的功率因数应为0.90以上；农业用户要求0.80以上。
煤矿企业总变配电所6～10kV母线上的功率因数要求在0.95以上。
首先，功率因数过低会使电气设备的容量不能充分用；其次增加电源线路和矿内配电线路的功率损失：△Pw= 3Ica2Rw；三是增加电网末端的电压损失，使负荷电压质量降低：△U=（P·R+Q·X）/UN（一般X≫R）。
（1）并联移相电容器组。
原理：利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互交换，从而减少从电网吸收的无功功率，使得补偿装置处以前的电网无功负荷减少，提高了电网功率因数。
优点：投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小、无震动及噪声、安装地点灵活。
缺点：只能有级调节，不能自动进行最佳补偿。
无功优化补偿计算
无功优化补偿计算无功优化是指当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过控制变量的优选，在满足所有指定的约束条件下，找到使系统的一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段。
其通常的数学描述为：min f(u ，x)s. t. g(u ，x)=0h(u , x) < 0式中：u —控制变量x —状态变量f(u , x)—无功优化的目标函数g(u , x)—等式约束条件h(u , x)—控制变量与状态变量须满足的约束条件就无功优化的方法而言，大致分为常规优化方法和人工智能方法两类。
1常规优化算法1.1非线性规划法由于无功优化问题自身的非线性，所以非线性规划法最先被运用到电力系统无功优化之中。
最具代表性的是简化梯度法、牛顿法、二次规划法(QP)。
简化梯度法是求解较大规模最优潮流问题的第一个较为成功的算法。
它以极坐标形式的牛顿潮流计算为基础，对等式约束用拉格朗日乘数法处理，对不等式约束用Kuhn-Tucker罚函数处理，沿着控制变量的负梯度方向进行寻优，具有一阶收敛性。
牛顿法与简化梯度法相比是具有二阶敛速的算法，基于非线性规划法的拉格朗日乘数法，利用目标函数二阶导数(考虑梯度变化的趋势，所得搜索方向比梯度法好)组成的海森矩阵与网络潮流方程一阶导数组成的雅可比矩阵来求解。
提出基于牛顿法、二次罚函数及有效约束集合的优化方法。
二次规划(QP)是非线性规划中较为成熟的一种方法。
将目标函数作二阶泰勒展开，非线性约束转化为一系列的线性约束，从而构成二次规划的优化模型，用一系列的二次规划来逼近最终的最优解。
以网络有功损耗最小为目标函数，使用SQP序列二次规划法计算电压无功优化潮流。
1.2线性规划法无功优化虽然是一个非线性问题，但可以采用局部线性化的方法，将非线性目标函数和安全约束逐次线性化，仍可以将线性规划法用于求解无功优化问题。
又提出了基于灵敏度分析方法的修正控制变量搜索方向与对偶线性规划法相结合的方法。
1.3混合整数规划法混合整数规划法的原理是先确定整数变量，再与线性规划法协调处理连续变量。
煤矿供电无功补偿应用及其优化分析李兵
煤矿供电无功补偿应用及其优化分析李兵摘要：煤矿供电系统是煤矿生产的生命线,地位非常重要。
目前,一些煤矿采用的用电设备大都为感性负荷,不仅消耗有功功率,还要从电源吸取超负荷运转功率使功率降低。
为减小无功负荷,使用无功自动补偿装置取得了很好的效果。
本文主要对煤矿供电无功补偿应用及其优化进行分析探讨。
关键词：煤矿；供电系统；无功补偿一、煤矿供电无功补偿方法分析1.1无功补偿技术的原理无功补偿是一种能量转化技术，能够弥补被感性负荷吸收掉的无功功率。
煤矿电力系统中存在大量的感性负荷，这些感性负荷会吸收一部分无功功率，功率不足的情况下，电力系统会出现不同相的电流电压，继而导致相位差的出现。
将供电系统中的电路和具备容性功率的装置进行并联，让其和感性负荷装置存在于同一电路中，感性负荷和容性功率相互吸收能量，就能够实现能量的转换，感性负荷吸收掉的无功功率减少，电压、电流之间的相位差也会相对减少，功率因数也会得到全面提高。
1.2无功补偿技术的补偿方式无功补偿技术根据不同的补偿位置可分为集中补偿、分散补偿、就地补偿三种补偿方式。
（1）集中补偿集中补偿的利用率较高、维护方便，事故较少，能够有效减少供电系统中配电网、用户变压器等方面的无功负荷，还能够减少部分专用线路中的电能损耗。
因此，集中补偿方式的补偿装置通常安装在地区变电站的母线上，也可以安装在高压供电用户降压变压所的母线上。
（2）分散补偿分散补偿能够提高功率因数，从根本上降低线路电流，达到减少线路损失的目的。
分散补偿装置会被分散安装到不同配电线路的干架或低压侧用户的各支路配电母线上，比如在10k V电网或3．3k V配电线路上，实现分散补偿。
（3）就地补偿就地补偿装置最为常见，直接被安装在用电设备附近，通过和电动机的供电回路并联，实现无功补偿。
在三种补偿效果中，就地补偿的节能效果和节电效果最佳，也是效率最高的补偿方式。
在这个过程中，因为能量交换的距离较短，想要最大程度的降低线路电流，就要采用这种节能效果。
煤矿配电网两阶段无功补偿优化配置方法_单亚峰
第35卷第2期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2016年2月Vol.35 No.2 Journalof Liaoning Technical University （Natural Science ） Feb. 2016 收稿日期：2015-05-05作者简介：单亚峰（1968-），男，内蒙古 赤峰人，硕士，副教授，主要从事计算机测控技术及应用方面的研究. 本文编校：朱艳华单亚峰,李天元,孟祥云.煤矿两阶段无功补偿优化配置方法研究[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2016,35(2):145-149.doi:10.11956/j.issn.1008-0562.2016.02.007SHAN Yafeng, LI Tianyuan, MENG Xiangyun.The two stage optimization of reactive power compensation method research in the coal mine[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2016,35(2):145-149. doi:10.11956/j.issn.1008- 0562.2016.02.007煤矿配电网两阶段无功补偿优化配置方法单亚峰1，李天元1，孟祥云2（1.辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105； 2.国网辽宁省电力有限公司 锦州供电公司，辽宁 锦州 121000）摘 要：针对煤矿配电网无功优化存在的问题，综合考虑煤矿配电网负荷特点以及传统无功补偿装置的优缺点，提出利用静止无功发生器SVG 以及电容器组配合实现配电网无功优化的两阶段无功优化方法.两阶段分别以有功网损最小和电压谐波畸变率最小为目标，根据灵敏度法确定补偿位置，运用改进的粒子群算法进行无功补偿容量的优化配置.研究结果表明：配电网的有功损耗明显下降，电压水平明显改善，为配电网无功优化提供了一种灵活高效，易于实现的有效方法.关键词：灵敏度分析；两阶段；粒子群算法；无功补偿；静止无功发生器中图分类号：TD 712.5 文献标志码：A 文章编号：1008-0562(2016)02-0145-05Two stage optimization of reactive power compensationmethod in coal mineSHAN Yafeng 1, LI Tianyuan 1, MENG Xiangyun 2(1. College of Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China; 2. State Grid Electric Power Company of Liaoning Province Power Company in Jinzhou, Jinzhou 121000, China) Abstract Considering the advantages and disadvantages of the traditional reactive power compensation device and static var generator as well as the coal mine load characteristics, this paper put forward two stages of reactive power optimization method which is bases on static var generator SVG and capacitor for reactive power optimization of distribution network. Two stages of reactive power optimization method is respectively based on active network loss and voltage deviation as objective function. The positions and capacity of compensation is determined by the sensitivity method and the improved PSO. The calculation results of the actual power system show that the loss of distribution network and voltage levels improved significantly. And the method is flexible, efficient, and easy to implement.Key words: sensitivity analysis; two stages; PSO; reactive power compensation; SVG0 引言随着煤矿开采深度的增加和机械化程度不断提高，大功率设备随之增多导致煤矿用电负荷不断增加，造成煤矿供配电系统电压偏低严重.除此之外，煤矿供电系统往往处于配电网的末端，电压不稳定.所以需要对煤矿供电系统进行无功优化补偿[1]，不仅可以降低网络损耗提高电压质量，保证设置正常运行，还可以节能省电，降低采煤成本.传统的无功优化补偿[2]采用一次优化补偿计算，计算结果的电压往往偏高，影响设备的使用寿命.此外，电容器组不能连续调节，在投切的过程中容易产生过补偿或欠补偿的情况[3].综合考虑上述问题及煤矿的经济效益，提出利辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第35卷146 用静止无功发生器SVG 以及电容器组配合实现配电网无功优化的两阶段无功优化方法，并用改进的粒子群算法（PSO ）求解无功补偿容量.第一阶段以有功网损为目标无功优化配置电容器组；第二阶段以电压偏离为目标，进行SVG 补偿容量优化配置，使得节点电压稳定在一定范围内.1 补偿装置选址煤矿电力系统网络规模大，节点多，不能进行一一补偿[4]，故需先确定无功补偿位置.即先选出对提高电能质量最有效的补偿点，以减少计算量，提高计算准确度.本文采用灵敏度法[5]选择无功补偿位置.节点电压无功灵敏度系数为-11UQ U Q S Q U −∂∂⎡⎤===⎢⎥∂∂⎣⎦L ，式中，S UQ (i ,j )为节点电压对无功的灵敏度值；U 为节点电压，kV ；Q 为注入节点的无功功率，kvar ；L -1为V -Q 灵敏度矩阵，其值越小，系统越稳定.通过计算矩阵中每列元素之和，得到每个节点进行无功补偿后对整个系统电压的影响程度，选择其中较大的M 个节点作为无功补偿位置.2 建立两阶段补偿容量优化模型选取补偿位置后需要对补偿容量进行优化配置以达到最优的补偿效果.传统无功补偿优化结果中节点电压往往靠近电压上限[6]，不利于矿井用电设备的使用寿命，故采用两阶段优化模型.第一阶段配置电容器组，以电压越限为约束，有功网损为目标函数进行优化求解.第二阶段为克服一阶段求解结果中电压偏高的缺陷，利用SVG 可连续调节的优点，增加以电压偏移最小为目标的SVG 容量优化模型，提高优化后系统节点电压的质量. 2.1 电容器组优化配置模型输电网中的常用控制变量包括发电机端电压、变压器分接头位置、补偿电容器组数等[11].由于煤矿配电网络中通常只存在单个电源，因此煤矿配电网无功优化的数学模型将不考虑发电机，目标函数为()∑∈θ−+==LN j i ijj i j i ijloss U U U UG P f ,221cos 2min ， 式中，G ij为节点i 、节点j 之间的电导；U i和U j为节点i 和节点j 的电压幅值；θij 为节点i 、节点j 之间的电压相角差；N L 为系统节点总数.约束条件：()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧−=+=∑∑==Nj ij ij ij ij j i Li Ni ij ij ij ij j i Li B G U U Q B G U U P11cos sin sin cos θθθθ ， 式中，P L i 为负荷节点消耗的有功功率；Q L i 为负荷节点消耗的无功功率；ij B 为节点i 、节点j 之间的电纳；θij 为节点i 、节点j 之间的电压相位差.控制变量约束： min max min max ,1,2,,,1,2,,tk tk tk T Cj Cj Cj CT T T k N Q Q Q j N =⎧⎪⎨=⎪⎩""≤≤≤≤ ， 式中，T tk 为变压器分接头；min tk T 、max tk T 分别为变压器分接头的最小值和最大值；Q C j 为无功补偿容量.min Cj Q 、max Cj Q 分别为无功补偿容量的最小值和最大值；T N 、C N 分别为装有有载变压器的节点数和无功补偿装置的节点数.状态变量的不等约束条件：max min U U U i <<，式中，U i 为节点的电压；min U 、max U 分别为电压上、下界.2.2 SVG 优化配置模型运用SVG 无功补偿的同时能够滤除谐波的特点，选择合适的位置进行安装可以有效抑制电压闪变，提高电压稳定性，故在第一阶段优化配置的基础上，安装SVG 补偿设备来满足用电设备的电压要求.第二阶段以电压谐波总畸变率最小为目标的优化模型为THD THDi1THDi min 5,7,9,11,13,15ni P P P h =⎧=⎪⎪⎨⎪==⎪⎩∑（） ，第2期 单亚峰，等：煤矿配电网两阶段无功补偿优化配置方法 147式中，h i V 为h 次谐波电压的有效值；P THDi 为节点i 的电压谐波总畸变率；P THDmax 为电压谐波总畸变率的最大允许值；h 为谐波次数，h 取15次；基波电压有效值的标幺值为1.3 补偿容量的优化算法目前，国内外许多学者已经提出了多种无功优化的计算方法，一类是传统的数学规划方法，它们对初始值的选取及目标函数的连续、可微性要求较高；另一类是逐渐发展起来的人工智能方法[7]，取得了很好的效果.本文采用PSO 算法[8]进行无功优化.标准PSO 算法在求解无功优化问题时，容易发生早熟而陷入局部最优[9].因此，为了保持解的多样性引入共享度适应度技术和动态学习因子，求解无功补偿容量.3.1 共享适应度技术共享适应度技术是指更新粒子适应度时减小相似度高的粒子适应度值，从而保证种群的多样性.定义共享适应度为∑==nj j i i it i sh dsh x f x f 1,)()()( ，式中，)(i sh x f 、)(i it x f 分别为第i 个粒子的原始适应度和共享适应度；)(,j i d sh 为共享函数，定义为,,1()0i j ch i j ch d d R sh d R λ⎧⎛⎞⎪−<⎜⎟=⎨⎝⎠⎪⎩若其他， 式中，j i d ,为粒子i 和粒子j 之间的海明距离；λ为控制共享函数形状的参数；ch R 为小生境半径. 3.2 学习因子的动态调整学习因子体现了粒子的社会学习能力和自我学习能力，社会学习能力较大时，有助于种群的局部搜索，自我学习能力较大时，有助于粒子跳出局部最优解，搜索全局最优解.故采用动态调整策略，控制粒子的飞行速度与方向，提高解的收敛速度和精度.学习因子的动态调整方式为()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+−=+−=i i f k i i f k c k kc c c c k k c c c 2max 2221max 111 ， 式中，i c 1、f c 1分别为自我学习因子的初始值和最终值；i c 2、f c 2分别为社会学习因子的初始值和最终值；k c 1、k c 2分别为第k 次迭代的自我学习因子和社会学习因子；k 、max k 分别为算法的迭代次数、最大迭代次数.本文中，i c 1、f c 1、i c 2、f c 2分别取值为0.5、2.5、0.5、2.5.3.3 两阶段无功补偿设备优化配置的基本步骤 为更清楚地表示采用改进粒子群算法的两阶段优化过程，算法优化流程见图1.图1 算法优化流程Fig.1 flow chart of algorithm optimization两阶段无功补偿优化配置的计算流程即先根据网络各支路参数，计算各个节点的灵敏度值，选取其中灵敏度最高的M 个节点为电容器组的补偿位置，然后确定第一阶段的初始化种群中每个粒子包含控制变量电容器组的补偿容量及调压变压器档位，通过潮流计算得到相应种群的状态，种群个体评价以计算所得的有功网损最小为标准；第二阶段的种群中每个粒子的控制变量为SVG 补偿容量，通过计算优化使电压偏差为最小.辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第35卷148 4 算例以图2所示的林南仓煤矿10 kV 井上井下供电系统简化节点图为例.图2 林南仓煤矿供电系统简化节点Fig.2 linnancang coal mine pow er supply system diagram图2中共28个节点，负荷节点电压允许范围0.95～1.05（节点1为平衡节点），最大负荷为39.835MW+j25.858Mvar ，最小负荷为28.172MW+ j17.533Mvar.计算时采用标幺制，系统基准容量取100 MVA. P THDmax 取5%.改进的PSO 参数设置：种群规模为 40，最大迭代次数为 100，偏好因子的取a 值为7.01=w ，3.02=w .4.1 补偿结果为避免灵敏度法选点过程中同一支路重复补偿，在第一阶段配置电容器组时根据灵敏度法选取灵敏度较大的节点2、节点5、节点9、节点11为电容器组补偿节点，补偿容量见表1.表1 电容器组配置位置及容量Tab.1 capacitor configuration location and capacity电容器组容量节点 最大负荷 最小负荷 2 0.045 8 0.047 4 5 0.063 6 0.035 6 9 0.060 7 0.044 3 110.068 70.049 3第二阶段以负荷变化较大并呈不确定性的节点11为SVG 补偿节点.优化结果为0.094 5.综合考虑支路谐波含量以及经济因素，采用SVG 与FC 滤波支路混联方式对支路进行补偿.SVG 容量稍大于FC 容量.SVG 取0.05，FC 取0.045.4.2 补偿结果分析比较无功优化前与无功优化后第一阶段、第二阶段的有功损耗见表2.表2 优化前后的有功网损Tab.2 active power loss before and after optimization优化后有功损耗 负荷 优化前有功损耗第一阶段 第二阶段 最小负荷0.022 3 0.015 6 0.014 2 最大负荷0.041 90.027 20.024 5根据表2可以看出，实施无功优化第一阶段、第二阶段后，网络的有功损耗均减少了，而且采用第二阶段后的有功损耗下降更多.利用改进PSO 方法对SVG 进行优化配置后，系统节点电压最大畸变率由8.652%降低到4.473 %，符合最大电压畸变率不超过5%的要求[10]，改善了系统的运行条件.特别是节点11安装SVG 后效果最为明显.根据表3可以看出不仅降低了电压最大畸变率，还抑制了系统与电容器之间的谐波放大.表3 节点11总谐波畸变率比较Tab.3 comparison of total harmonic distortionrate of node 11阶段电压谐波总畸变率/%优化前 8.652 第一阶段 9.763第二阶段 0.95 结论计及静止无功发生器SVG 的两阶段无功优化补偿方法比传统投切电容器组进行无功优化补偿具有更好的电压稳定性.先用灵敏度法确定补偿位置并采用PSO 进行无功优化，有效的提高了电压质量，减小了系统有功损耗.对林南仓煤矿电力系统进行无功优化补偿配置，获得了理想的补偿效果，是一种高效可行的补偿方法. 参考文献：[1] 张勇军,刘瀚林,朱心铭.地区电网感性无功补偿优化配置方法[J].电网技术,2011,35(11):141-145.ZHANG Yongjun,LIU Hanlin,ZHU Xinming.Optimal configuration of inductive reactive power compensators in regional power network[J]. Power System Technology,2011,35(11):141-145.第2期单亚峰，等：煤矿配电网两阶段无功补偿优化配置方法149[2] 王少杰,罗安,帅智康,等.采用专家决策的混合型无功补偿器[J].高电压技术,2010,36(3):769-774.WANG Shaojie,LUO An,SHUAI Zhikang,et al.Hybrid var compensator using smart decision-making aided expert[J].High Voltage Engineering, 2010,36(3):769-774.[3] 刘铭.中国煤矿最大容量SVC在同煤麻家梁矿的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,32(3):305-310.LIU Ming.Application of maximum capacity SVC at Majialiang coal mine in Datong[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2013,32(3):305-310.[4] 张秀凤.基于PSASP的同煤电网最优潮流分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2014,33(4):564-567.ZHANG Xiufeng.Optimal power flow analysis on Datong coal mine grid based on PSASP[J].Journal of Liaoning Technical University (Natural Science),2014,33(4):564-567.[5] 高慧敏,章坚民,江力.基于二阶网损无功灵敏度矩阵的配电网无功补偿选点[J].电网技术,2014,38(7):1 979-1 983.GAO Huimin,ZHANG Jianmin,JIANG Li.Optimal location of reactive power compensation for distribution network based on second order loss-reactive power sensitivity matrix[J].Power System Technology, 2014,38(7):1 979-1 983.[6] 张之昊,武建文,李平,等.应用于农村配电网的测量点与补偿点分离式无功补偿设备及其优化配置[J].电工技术学报,2015,30(2):205-213.ZHANG Zhihao,WU Jianwen,LI Ping,et al.Reactive power compensation and its optimal allocation with measurement part andcompensation part separated in rural power grid[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2015,30(2):205-213.[7] 崔挺,孙元章,徐箭,等.基于改进小生境遗传算法的电力系统无功优化[J].中国电机工程学报,2011,31(19):43-50.CUI Ting,SUN Yuanzhang,XU Jian,et al.Reactive power optimiz-ation of power system based on Iimproved niche genetic algorithm[J].Proceedings of the CSEE,2011,31 (19):43-50.[8] 张庭场,耿光飞.基于改进粒子群算法的中压配电网无功优化[J].电网技术,2012,36(2):158-162.ZHANG Tingchang,GENG Guangfei.Reactive power optimization for medium voltage distribution network based on improved particle swarm optimization[J].Power System Technology,2012,36(2):158-162.[9] 邱威,张建华,刘念.自适应多目标差分进化算法在计及电压稳定性的无功优化中的应用[J].电网技术,2011,35(8):81-87.QIU Wei,ZHANG Jianhua,LIU Nian.A self-adaptive multi-obj-ective d ifferential evolution algorithm for reactive power optimization consider ing voltage stability[J].Power System Technology,2011,35(8):81-87. 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浅谈煤矿配电网两阶段无功补偿优化配制方法
浅谈煤矿配电网两阶段无功补偿优化配制方法煤矿配电网通常存在着电压较低的情况，而传统的无功补偿装置存在着某些缺点，因此本篇文章针对煤矿配电网无功优化存在的问题，提出新型的优化补偿方案，就是运用静止无功发生器以及电容器组来配合实现配电网两阶段无功补偿的优化。
通过研究结果表明，配电网的有功损耗显著下降，电压水平也得到了明显的改善。
标签：煤矿配电网；两阶段；无功补偿前言：在煤矿开采过程中，随着开采深度的不断增加，机械化应用程度也逐渐加大，因此使用的大功率用电设备也随之增加，带来的结果就是煤矿用电的负荷不断增加，煤矿供配电系统的整体电压偏低的情况出现。
而且煤矿的供配电系统往往在配电网后端，很容易出现电压不稳定的现象。
因此对煤矿配电网实行无功优化补偿便非常有必要。
一方面能够显著的降低供电网系统中的损耗提高电压，保证设备的正常运行，另一方面能够有效的节约用电，节省煤矿采集成本。
不过传统的无功优化补偿方案计算得出的电压往往偏高，这会对电网中设备的使用寿命造成显著的影响，而且电容器组的调节不能连续进行，导致在投切的过程中会出现过补偿或者欠补偿的问题。
因此本篇文章考虑到无功优化补偿以及综合考虑煤矿的效益前提下，尝试利用静止无功发生器SVG以及电容器组来配合实现配电网的无功优化两阶段无功优化方法，并且使用改进的粒子群算法来解答无功补偿容量。
第一阶段将有功网损作为无功优化配置电容器组的目标，第二阶段则将电压偏离作为目标，保证节点电压在一定范围内稳定。
一、补偿装置的地点选择煤矿的整个电力系统具有规模较大的网路结构，并且具有众多的节点，不能够对每一个节点都进行补偿，因此需要首先对无功补偿装置的地址进行选择确定，也就是要选择出能够最大限度的、最有效的提升电压和系统电能质量的补偿节点。
本篇文章中采用灵敏度法来确定无功补偿的节点。
二、建立两阶段补偿容量优化模型确定好补偿位置之后需要对补偿容量进行优化配置来达到最优的补偿效果。
传统的无功补偿优化结果节点电压通常较高，会损伤电网中用电设备的使用寿命，因此本篇文章采用两阶段优化模型。
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机 电 产 品 开 崖 与钏 崭
Ｖｏ１ ． ２ ７． ＮＯ． １ Ｊ ａｎ ． 。 ２０１ ４
煤矿 电网无功 补偿方式 的优化 选择与计算
张会 娜 ．梁 晓 红
（ 平 顶 山工 业 职 业 技 术 学 院 ，河 南 平 顶 山 ４ ６ ７ ０ ０ １ ）
摘
要 ：随 着 大量 电感性 设备 在 煤矿 中应 用 ，造 成功 率 因数 降低 ，导致 线路 末 端 电压远 低 于 允许 范 围 ，电 器 设 备 难 以正常 运转 且 经常 受损 ，影 响安 全 生产 。 同时 ，无 功功 率 导致 电 网 电能传 输 能 力下 降 、线 损 加剧 及 能 源浪 费 ，提 高 了产 煤成 本 。通过 讨 论功 率 因数 低 的危 害 、提 高功 率 因数 的方 法 比较 、采 用 补偿 电容 器组补 偿 的装 设 方法 以及 高压 集 中无 功补偿 的计 算等 ，对 煤矿 电 网进 行 无功 补偿 ，保 证 煤
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矿 的安 全 生产 和 经济运 行 。
关 键 词 ：煤 矿 电 网 ； 功 率 因数 ； 无 功 补 偿 ；补 偿 电 容 器 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｄ ６ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ — ６ ６ ７ ３ ． ２ ０ １ ４ ． 叭． ０ １ ７
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