配电网无功优化分析与研究

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配电网的无功优化和无功补偿

配电网的无功优化和无功补偿
刘金玲，金席卷。，冯林桥，张二飞，李函
（．湖南大学电－４信息工程学院，长沙４０８；２１％１０２．长沙大学，长沙４０８）１０２
摘要：结合我国配电网网损大、电压合格率低的特点，提出了配电网无功优化规划的数学模型，分析了其在４种配电网无功补偿方式的应用。利用该数学模型可得到并联电容器的补偿容量和有载变压器分接头的位置，解
ｍａｈｍａｉａｄｌｆｒｒａｔｖｐｉｚｔｎｐａｎｎｆｄｓｒｂｔｏｅｗｏｋｓｐｏｏｅｔｅｔｃｌｍｏｅｏｅｃｉｅｏｔｍｉａｉｌｎｉｇｏｉｔｉｕｉｎｎｔｒｉｒｐｓｄ，ａｄｉｓａｐｉａｉｎｏｆｕｏｎｔｐｌｔｏｓｔｏｒｃ
目前国内外对高压输电系统的无功优化理论方法的研究取得了大量的成果，而对配电网的无功优化问题研究较少。在我国配电网普遍具有网损大、电压合格率低的特点，因此对配电网无功优化的实
ｆ．ＳｈｏｆＥｌｃｒｃｌｎｎｏｍａｉｎＥｎｉｅｒｎ１ｃｏｌｏｅｔｉａａｄＩｆｒｔｇｎｅｉｇ，ＨｕａＵｎｖ，Ｃｈｎｓａ４１０２Ｃｈｎ；２．Ｃｈｎｇｈｏｎｎｉ．ａｇｈ０８，ｉａａｓａＵｎｖ・ｉ，
ｒａｔｅｃｍｐｎａｉｎｍｅｎｏｉｔｉｕｉｎｎｔｒｒｎｌｚｄＴｅｃｍｐｎａｉｇｃｐｃｔｆｓｕｔｃｐｃｔｒａｄｔｅｅｃｉｏｖｅｓｔｏａｓｆｒｄｓｒｂｔｏｅｗｏｋａｅａａｙｅ．ｈｏｅｓｔｎａａｉｙｏｈｎａａｉｎｈｏｌｃｔｏｆｏ－ｏｄｔａｓｏｍｅａｈｎｅａｅｏｔｉｅｙｕｅｏｈｄｌｏａｉｎｏｎｌａｒｎｆｒｒｔｐｃａｇｒｃｎｂｂａｎｄｂｓｆｔｅｍｏｅ，ｗｈｃｏｖｓｔｅｐｏｌｍｆｄｔｒｎｉｇｉｈｓｌｅｈｒｂｅｏｅｅｍｉｎｔｅｃｍｐｎａｉｇｃｐｃｔｙｔｅｐｗｅａｔｒｓｃｆｄｂｗｅｕｐｙｄｐｒｍｅｔａｄｎｔｂｈｃｎｍｉｗｅａｔｒｈｏｅｓｔｎａａｉｙｂｈｏｒｆｃｏｐｉｉｙｐｅｅｏｒｓｐｌｅａｔｎｎｏｙｔｅｅｏｏｃｐｏｒｆｃｏｏｅｎ —ｉｅａｔａｅｅｉ，ｏｔｍｕｐｗｅｕｐｙｑａｉｙａｄｍｉｍｕｅｅｔｉｏｔ．ｆｄｍａｄｓｄｃｕｌｎｆｔｂｓｐｉｍｏｒｓｐｌｕｌｎｎｉｍｌｃｒｃｃｓｓｔＫｅｒｓｉｒｂｔｎｎｔｒｙｗｏｄ：ｄｓｉｕｉｅｗｏｋ；ｒａｔｖｏｒｏｔｉａｉｎ；ｍａｈｍａｉａｏｅ；ｒａｔｖｏｒｃｍｐｎａｉｎｔｏｅｃｉｅｐｗｅｐｉｚｔｏｍｔｅｔｃｌｍｄｌｅｃｉｅｐｗｅｏｅｓｔｏ

500kV变电站无功补偿优化计算研究

500kV变电站无功补偿优化计算研究摘要：随着电力系统的发展和规模的扩大，500kV变电站作为电力系统的重要组成部分，其无功补偿问题日益引起广泛关注。

无功补偿对于提高电力系统的稳定性和电压质量具有十分重要的作用。

关键词：500kV变电站;无功补偿；优化计算引言随着我国电力系统的快速发展，500kV变电站作为电力系统的重要组成部分，其运行性能和稳定性对整个电网的影响愈发显著。

在电力系统中，无功补偿起着至关重要的作用，它能够提高系统的功率因数，降低线路损耗，提高电网稳定性。

因此，对500kV变电站无功补偿的优化计算研究具有重要的理论和实践意义。

1500kV变电站特点(1)高电压等级：500kV变电站的工作电压等级属于高压范畴，能够满足远距离输电的需求。

高电压等级使得电能传输效率得到提高，降低了输电线路的损耗。

(2)技术要求高：500kV变电站的设备选型、设计、施工和运行维护等方面要求严格，涵盖了高电压、高电流、高可靠性、低损耗等技术指标。

此外，变电站还需具备较强的抗干扰能力，以应对各种突发状况。

(3)安全性：由于500kV变电站的高电压等级和关键性，安全性成为其主要特点之一。

在设计和运行过程中，要充分考虑设备的安全防护、人员安全、环境安全等方面，确保变电站的正常运行。

(4)自动化程度高：随着电力系统自动化技术的发展，500kV变电站普遍采用自动化设备和管理系统。

这些系统能够实现对变电站的实时监控、远程控制和故障处理等功能，提高了变电站的运行效率和管理水平。

(5)无功补偿优化：500kV变电站的无功补偿优化是提高电力系统稳定性和供电质量的重要手段。

通过合理配置无功补偿装置，可以有效降低线路损耗、减小电压波动和提高系统功率因数。

2500kV变电站无功补偿存在的问题2.1无功补偿容量不足随着电力系统负荷的不断增长，变电站的无功需求也在不断增加。

然而，现有的无功补偿容量往往难以满足这一需求，导致电压不稳定、线路损耗增大等问题。

配网调度管理存在问题分析和优化方法

配网调度管理存在问题分析和优化方法作者：李萍来源：《中国科技博览》2013年第38期摘要：随着电网的不断发展、规模快速扩张，原有的配网调度管理模式已逐步不适应供电可靠性和故障快速复电的要求。

文章从配网调度管理的现状及存在问题出发，通过探讨配网调度若干关键问题，对配网调度管理模式进行了深入的分析和探讨，具有良好的实践指导意义。

关键词：配网调度；存在问题；优化方法；集约化管理前言：配电网络一般是指从110（66、35）/220kV降压变电站的 lO（20）kV及以下电力网络至用户端部分的电力系统，它包含配电线路、配电变压器、断路器、隔离开关及各种用电设备等等。

由于历史原因，目前在国内的各级电网中，配网调度组织管理模式、工作职责、调管范围、业务流程等形式繁多，未能统一和规范，对配网调度的定位、职责还有不同的理解，配网调度在安全生产体系中的作用不清晰。

为了有效提高配网系统运行和安全管理水平，构建适应电网发展、满足客户需求的配网调度管理全新机制，满足新形势下故障快速复电和客户优质服务的需要，近年来，网省公司均开展了配网调度（简称配调）管理模式优化的研究工作一、配网调度管理现状及存在问题1、配网调度管理现状1）配调调管范围目前我国配网调度调管范围不统一，有的调管范围仅为变电站侧10kV出线开关；有的调管范围包括了10kV线路环网开关；有的调管范围包括所有的35kV、10kV设备（包括配电变压器）；少数地区的调管范围则延伸至开闭所、配电室、箱变的0.4kV母线等设备。

2）配网调度机构设置以是否有配调机构划分：有的设置单独的配调机构，实行主网调度和配网调度相分离；有的主网调度和配网调度合二为一；根据配调管辖范围划分：有的分别在地调和县区调设置配网调度；有的由地调的配调机构调管全地区配电网；有的由地调配调调度机构管辖城区配电网；有的由县区配调机构管辖所辖区域配网，地调完全不管配电网。

2、配网调度管理存在的主要问题1）对配网管理还存在不同程度的轻视；对配网管理及配网调度管理未能从配网的特性进行深入分析；对配网调度的定位不清、职责不明，未能深刻理解配网调度的必要性和重要性。

基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化_刘一兵

针对第３个问题，文献［９］以降低网损和弃风量为目标，建立了单相模型的有功功率和无功功率联合控制策略，但并未考虑离散和连续无功补偿设备。文献［１９］建立了降低网损和三相不平衡度的多目标三相无功补偿优化模型，控制电容器、电压调节器和开关等以满足大量单相ＰＶ接入的配电网电压要求。文献［７－８］均阐述了利用三相模型对配电网优化决策的必要性。
基于上述问题，本文建立了基于支路潮流（Ｄｉｓｔｆｌｏｗ）形式的配电网三相无功优化模型，然后将优化模型转化为具有凸可行域的二阶锥规划
· 学术研究 · 刘一兵，等基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化
摘要：三相有源配电网无功优化本质上属于非线性非凸规划问题，目前尚缺乏严格的有效求解方法。针对配电网辐射状运行特点，文中建立了基于支路潮流形式的配电网的三相无功优化模型，然后采用二阶锥松弛技术将原始优化模型转化为具有凸可行域的数学规划形式。考虑电容器等离散的补偿设备后，模型进一步扩展为含离散变量的混合整数二阶锥规划模型。该模型可被现有优化算法包高效求解。采用ＩＥＥＥ３３节点和ＩＥＥＥ１２３节点系统进行算例分析，验证了所提出的方法的寻优稳定性和计算高效性。
（Ｉｉφｊ）２为支路电流幅值平方，可由式（８）部分得到。

小水电群区域电网无功优化研究

小水电群区域电网无功优化研究作者：刘俊来源：《华中电力》2014年第04期摘要：详细介绍了整数编码遗传算法的编码、选择、交叉、变异等操作。

该编码不但可以降低算法的搜索空间，而且可以避免初始化及在遗传操作中生成的不可行解，同时也改进了遗传算法中惩罚函数对不等式约束条件的处理方法，加快收敛速度。

将该算法用于IEEE30节点系统及XX小水电夏季最大运行方式的优化，结果表明，该方法降低了网络损耗，保证了电压合格率，实现了电力系统的无功优化，得到了满意的结果。

关键词：无功优化，遗传算法，电力系统1 引言近些年来，一些基于人工智能的新方法如人工神经网络、模拟退火算法、专家系统以及遗传算法等都被相继用于电力系统无功优化。

遗传算法在解决多变量、非线性、不连续、多约束问题时显示出其独特的优势，使得它在无功优化领域日益为人们所重视。

2 无功优化模型的建立无功优化的基本思路是：在电力系统有功潮流调度已经给定的情况下，以无功补偿装置的无功补偿容量、有载调压的应用领域、网络分层及所分析网络的特性，无功优化问题的目标函数会因侧重点不一样而存在差别。

目标函数为：其中：表示与节总数。

、表示节点、电压幅值；、、为节点之间的电导、电纳、电压相角差。

约束条件包括等式约束和不等式约束.等式约束即满足潮流方程：式中：、表示节点注入的有功功率、无节点、电压幅值；、、为节点之间的电导、电纳、电压相角差。

不等式约束条件分别为：式中：表示有载调压置的无功补偿容量；为节点的电压（除PV节点与平衡节点之外）3 基于遗传算法的无功优化无功优化的目标函数是使下式得出的值最小，该式以罚函数的形式处理节点电压越限非等式约束.其中：表示与节点相连接节点的集合；为节点总数。

为节点电压越界惩罚因子；为电压越界节点的集合；3.1 编码IEEE30节点电力系统无功优化问题遗传算法编码为：式中～为变压器变比；～为无功补偿量3.2 选择、交叉和变异本文采用了基于排名的选择方法。

基于改进遗传算法的配电网无功规划优化

ｔｃｐｗｒｏｓｆｉｒｕｉｅｏｋｔｅｉｅｔｎｆｅｃｖｏｅｏ — ｏａｂｎｆｓｆｅｒｏｅｓｏｓｂｔｎｎｔｒ，ｈｖｓｉｇｉｅｃｉｌｄｔｉｏｗｎｍｅｔａｔｅｐｗｒｍｏｒｉｃｐｎａｏｑｉｍｎｎｅｕｉｆｏｅｏａｅａｅｏｊｃｖｎｔｎｏｅｃａａｔｉｉｓｅｓｔｎｅｕｐｅｔｄｔａｔｏｄｌｇｓｈｂｔｅｕｃｏ．Ｆｒｈｈｒｃｒｔｉａｈｑｌｙｎｖｔｔｅｉｆｉｔｅｓｃ
目标函数，最大负荷运行方式下建立了配电网无功规划优化的数学模型。针对配电网分支在和待补偿节点多的特点，出一种无功电流损耗最小的算法，以优化补偿电容器的个数和位提用置，并在此基础上，合改进的遗传算法进一步提高无功规划优化的精度和效率。该方法既可结以减小初始种群的无效解，克服了“ 维数灾 ” 又可以避免遗传算法的早熟和欺骗问题。仿真，
ＯｐｉｉａｉｎｏｓｒｂｔｏｔｒｓｄｏｈｍｐｏｅｎｔｇｒｔｍｔｚｔｆＤｉｔｉｕｉｎＮｅｗｏｋＢａｅｎｔｅＩｒｖｄＧｅｅｉＡｌｏｉｍｏｃｈ
ＧＯＬ—ｉｇ，ＷＡＧＪｎｘｎ，Ｉｕ－ｎＡｉｎｐＮｉ —ｕＬＵＨｉｉａｊ（．ｏｅｅｏｌｃｃｌｎｉｅｒｇ１ＣｌｇｆｅｔａＥｇｅｎ，Ｗｕａｎｖｒｉ，ｈｎ４０７，ＣｉａｌＥｒｉｎｉｈｎＵｉｓｙＷｕａ３０２ｈｎ；ｅｔ２ＬｏａｇＥｅｔｃＰｗｒｕｐｙＣｍｐｎ，ｕｙｎ７０９ｈｎ）．ｕｙｎｌｃｏｅｐｌｏａｙＬｏａｇ１０，ＣｉａｉｒＳ４

铁路配电网无功功率动平衡及优化补偿措施

卜措施了偿
（州铁路局工程管理兰
兰州７００）３００
摘
要：依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的
功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和
维普资讯
铁路配电功功网无率
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节电节能效果，合理配置无功补偿设备尤为重要。
２影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率Ｐ一定时，如减少无功功率Ｑ，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Ｑ＝０，则时其力率＝１。因此提高功率因数问题的实质就是减少
ａｔｃｅａｌｓｓｔｅｆｎｔｎｏｅｃｉｅｃｍｐｎｔｎａｄｔｅｗａｓｔｈｏｅｃｐｃｔｆｃｍｐｎｔｎ．ＩｍｐａｉｅｒｉｌｎａｙｅｕｃｉｆｒａｔｖｏｅｓｉｎｙｃｏｓａａｉｙｏｏｅｓｉｈｏａｏｈＯａｏｔｅｈｓｚｓｉｉｃｓｉｇｔｅｃｎｉｕａｉｎｏＯ￣ｖｌｇｅｗｏｋａｄａｙｃｏｏｓｍｏｏ ’ ａａｉｎｒａｔｅｃｍｐｅｓｔｎ．ｎｄｓｕｓｎｏｆｇｒｔｏｆｌＶｏｔｅｎｔｒｎｓｎｈｒｎｕｔｒＳｃｐｃｔｉｅｃｉｏｈａｙｖｎｉａｏ

农村配电网的无功优化问题

农村配电网的无功优化问题作者：谢允贞来源：《神州·中旬刊》2013年第06期摘要：农村配电网是社会主义新农村建设重要的基础设施，其发展水平直接影响到新农村建设步伐，因此，农村配电网建设必须根据新农村建设要求科学规划、超前发展，使之成为新农村建设的助推器。

同时，农村配电网的建设和运行，涉及到大量的资金投入，必须根据农村用电实际情况，综合考虑社会和经济效益进行优化设计，才能使农村电网发挥最大效益。

关键词：农村电网无功优化一.引言电压质量是衡量电品质的一项重要指标，对电力设备安全运行、线路损失有着直接的影响。

随着农村经济社会的快速发展，农村用电量不断增高，农村居民对电压质量的要求也越来越高。

目前，大部分农村配电网已经实现了变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿、用户终端分散补偿等多级无功补偿模式。

然而，现有的补偿模式只能在局部地区实现无功平衡和电压稳定，未能考虑局部与全网的协调控制。

由于这种模式往往会出现用户端电压偏低而用户端的调压手段已全部用完以及线路或变电站端有调压幅度却不进行调压的情况。

二.农村电网无功优化的现状中国目前大多数地区电网采用分散调整的方式实施无功电压控制，即在各变电站内利用本身所具有的无功资源实施对变电站电压无功控制。

比较常用的方法是根据系统当前的运行状态所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数。

这种方法相对简单，但是难以完全实现全范围的无功电压最优控制。

随着农村配网的不断扩大，越来越多的电网中的有载调压分接开关和电容器补偿装置投入使用。

为了充分发挥此类设备的作用，必须从当前的人工调节方式转变为利用专家决策系统进行自动调节的方式。

以所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数。

三.新型农村配电网无功优化模式的探究随着电力调度系统自动化的不断提高，通道可靠性的增强，变电站设备遥控功能的不断成熟完善，建立基于调度自动化SCA-DA系统的全局无功电压优化集中控制系统已经成为可能。

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配电网无功优化分析与研究
摘要：本文通过对国内配电网无功损耗的分析和研究，得出配电与用户侧无功补偿优化的重要性。

同时对无功补偿规划、全无功随器补偿、低压侧三相不平衡的全电容补偿以及配电网无功设备的全局管理等几个方面进行了主体性分析和研究。

关键词：无功规划全无功随器补偿全电容补偿全局管理
我国配电网点多面广，结构复杂，负荷性质不同，负荷变化波动大，配电网的线损约占总损耗的43%，配网线损高的原因主要有：（1）无功补偿度较低；（2 ）配电变压器损耗大；（3 ）配网负荷不均衡。

配电网降损节能与提高电能质量工作的要点是减少通过联络线及联络变压器中电流的无功分量，无功补偿是电力网建设和改造的重要组成部分，它是保持网络无功平衡，提高电压质量，降低网络损耗的有效措施。

1 无功损耗组成分析
配电网的电压低，输电线路的电纳小，电抗小，充电无功少，无功损耗少，相对于负荷无功及变压器损耗而言可以忽略。

农村电网的无功损耗组成中，变电站主变压器约占10.1%，输电线约占1.23%，高压配电线约占3.87%，配电变压器约占41.4%，用户感性负荷约占43.4%。

城市电网的负荷比农村电网大，配电变压器的无功损耗比例
稍大，但配网整体的无功损耗比例组成也差不多少。

可见，只要用户及配电变压器的无功损耗做到完全补偿，配电网的输电线路中就只有少量无功( 约 5.1%) 流动，损耗就可以大大减少，电压质量就可以大大提高。

因此, 配电网无功补偿的主体是用户无功及配电变压器的无功损耗。

2 无功补偿规划
配电网无功补偿设备规划是配电网无功优化的重要而关键的内容之一。

为解决传统无功补偿规划方法的不合理与不科学现状以及因此带来的不良影响隐患，本文建议采用目前在国内已经较为成熟的专业配电网无功补偿规划软件来辅助进行无功补偿设备的规划和决策。

配电网无功优化规划软件以基于霍夫定律的前推回代潮流算法为基础，以定向变异遗传算法为寻优手段，结合灵敏度分析进行规划，同时提供人工干预功能，如人工设定投资约束、功率因数约束、电压合格率约束、补偿方式约束、补偿点数约束和负荷增长系数等，也支持人工指定补偿位置的规划决策，确保能够得到满足实际情况的、贴近现场需求的最优无功规划方案。

无功补偿规划时，一般采用“自下而上”的模式，需要综合考虑各种不同负荷水平下的无功补偿规划方案，避免因只考虑某一种方式而带来的单一性和不合理性。

软件规划时，根据电网的实际负荷水平与预测数据，以电压、功率因数、投资为主要约束条件，以网损最小为
目标进行配电网无功补偿设备的规划决策，得到无功补偿设备的安装位置、安装容量与分组方式，同时得到典型负荷水平下的配变最佳匹配档位，达到配电网无功电源的合理布局和潮流优化，实现无功的源头优化与节能。

3 全无功随器补偿
无功就地补偿原则包括 3 要素：什么地方用无功就在什么地方补偿；什么时候用无功就什么时候补偿；用多少无功就补偿多少。

10 千伏线路里的无功84.8% 来自于低压，把低压无功阻挡在10 千伏线路之外解决是最优的解决方式。

在低压侧补偿后，10 千伏线路电能损耗可明显下降。

这种节约是巨大的，它是系统的，它的节约是整体的。

全无功随器自动补偿，随器是指安装在配电变压器低压侧，即就地补偿；全无功即指把配电变压器的无功损耗完全补偿，如其所供无功负荷还有剩余，也要在此处完全补偿，不要留给上一级变电站进行补偿；自动补偿就是说跟踪无功负荷含无功损耗的变化进行补偿。

任何负载率下都能补偿到变压器高压侧的功率因数为 1.0 或略微倒送无功，输电线路上基本上只有有功电流流动，节能效益显著。

4 全电容补偿
低压配电系统大都采用三相四线制Yy n o 接线方式, 由于单相
负载的不均衡性和用电不同时性等原因, 造成配电变压器处于三相不平衡运行状态, 导致中线上出现不平衡电流, 不仅会增加损耗、降低效率, 还会使中性线过负荷发热甚至断线，在负荷接入点安装补偿装置，一般都采用固定的静止电容器补偿，很难达到理想效果，还往往造成无功倒送系统的问题，节能降耗作用不明显。

关于配电网无功补偿设备的现状，可以用“年年栽树、不见森林”来概括和总结。

目前, 绝大多数不平衡补偿方法的研究是针对三相三线制的, 通常是仅考虑负序分量的存在, 而没有考虑零序电流分量。

本文建议通过叠加原理和对称分量法，通过负荷的Y-Δ 变换, 得到低压不平衡电流的全电容补偿方法，借助全无功随器自动补偿设备对配变低压侧三相不平衡进行补偿。

经过实践检验证明，该方法实现方便，效果显著。

5 全局管理
通过调查了解，配电网低压无功补偿柜有些没有安装投运，处于闲置状态，而投运的设备损坏率也较高。

造成这个现状的主要存在问题如下：接线不规范，不统一，电源线的截面积过小，两端未压接；取样检测信号倍率不当；电容器的额定电压与运行电压不匹配；电容器的容量和组数与投切定值配置不当，造成电容器组频繁投切，容易损坏电容器设备；补偿装置柜的外壳接地不规范，不可靠；等等。

解决以上现状和问题的方法就是采用配电网无功设备的全局管理方案。

通过建立配电网无功设备后台监控管理主站，通过无线加密
专网进行组网，实现配电网无功补偿设备的遥测、遥信和遥控等“三遥”功能，实时掌握设备运行状态，同时在终端设备的后备就地控制功能的基础上，实现以馈线为单位的前推回代协调优化调控，实现针对配电网无功设备的管控一体化全局管理。

6 结语
随着全球各国对于能源和环保的提倡和推行，“建设节约型社会”早已上升到国家战略方针的地位，国家电网公司也对“降损节能”提出了指导性意见，针对电力网进行“降损、节能和挖潜”的工作也日益得到各级供电企业的重视。

配电网无功优化作为电力企业提高效益的主要工作内容之一，其所涵盖的内容丰富，意义深远，值得广大电力工作者和科研人员进行更深入和广泛的研究。