10kV 以下配电网无功电压优化方案研究

王海军 国网山东平度市供电公司 山东青岛 266700

【文章摘要】

电能与人们的生活可以说是息息相关，10kV 以下配电网向用户端直接供电。故而电力研究者对电能的质量相当看重，合理规划和优化配电网的无功不仅能够提高系统输电的可靠性和稳定运行能力，而且能确保电能的质量，使线路无功消耗减少，有较高的经济社会效益。优化无功电压是决定电能质量的根本性措施，它所涉及的方面很广泛，需要多方面的研究。

【关键词】

10kV 以下配电网；无功电压优化方案；优化方案研究

0 前言

随着时代和科技的进步，自动化程度明显提高，人们对电力系统提供电能的质量要求也随之提高，因为电能的质量直接决定了客户使用电能的满意程度。如果电能质量不合格，则给用户带来很大的不便。电能质量合格，是用户安全生产和电气设备正常工作的前提。过高或过低，都会带来很多问题，甚至会危及用户的人身安全。要保证电能时时刻刻处于合格的状态，就需要对配电网无功电压进行优化从而解决这个显著的问题。优化配电网的无功电压可以找到电网在运行中的薄弱环节，从而提高整个配电网的自愈性和抵抗风险能力。

1 配电网

1.1 配电网的分类

一般情况下的配电网是指衔接电力系统中的电源和终端消费者的这一重要部分，它处于电力系统中输电网的后面，主要任务是传输和分配电能给客户，它是决定电能质量和用户供电水平的最主要的部分。配电网主要由配电变压器、补偿电容器、变电站、杆上变压器、输电线路以及一些开关设备组成。对配电网的分类一般是以电压等级作为标准来分类的，按照电压由低到高可分为三类，分别是低压配电网（380/220V），中压配电网（6-10kV）， 高压配电网（35-110kV）。也可按照对电力系统的投资进行分类。

1.2 配电网的无功补偿现状

我国是按照功率因素这一指标设计配电网的无功补偿的，在这方面的投资也是最大的，在35kV 和110kV 变电站都安装有可以随着负荷变化而进行变化的补偿装置，虽然可以对变压器的无功和变电站无功缺额补偿，通过无功沿线路传输对线路进行补偿，但毕竟违背了就地补偿原则。另外因为多种因素的制约，动态跟踪补偿无法达到预期效果，很不理想。应用最多的是在0.4kV 侧进行集中补偿。在一些发达地区也会采用在10kV 线路上进行补偿，但其效果也不是很理想，自动化程度低，使得数据传输不稳定，容易中断。

1.3 配电网结构特点

和输电系统相比较而言，配电网电压等级低、供电范围较小，但却是与用户直接相连，它是供电部门对用户服务的窗口，故有以下几个特点：

其结构方式是开环运行，从而得到辐射状的配电网，辐射状的配电网在运行过程中在发生故障恢复时具有优势，另外也有利于实现保护的配置，配电网在发生较大故障时，出现暂时的环网运行方式。

配电网电压比输电网的电压低，所以在潮流分析计算时充电电容可以忽略不计，三相电压电流不对称，所以计算时要对三相的潮流进行计算。

配电线路的电抗电阻比大，线路长而支路数目多，导致各线路的供电容量差异明显。

在10kV 配网中，电源点较单一，故在线路功率正常时具有流动的单向性，还有开关状态的改变和不同的组合可进行重构，促使新的拓扑的形成。

1.4 配电网的参数计算

在实际问题和计算方法的转化过程中，数学模型是至关重要的，而数学模型是否准确是一个及基础又重要的环节。建立数学模型既要真实的反应配电网的相关数据，又不能过于繁琐，不能用和不重要的数据要当机立断的舍掉。对于10kV 配电网，需要建立的主要的数学模型有10kV 线路电容器、10kV 线路、10kV 配电变压器、0.4kV 低压电容器、0.4kV 线路。为了不出现三相不对称的情况，通常使用相域模型，不变换原件本身，变压器也不发生相移。配电网中使用最多也是至关重要的是并联电容器。

2 10kV 以下配电网无功电压优化

2.1 10kV 以下配电网无功电压优化分析

由于10kV 以下配电网支路数比较多，因而保证电网的电能质量，有效避免配电网线路的无功消耗，保证客户的正常用电，是现在电力系统研究需要重点解决的问题。当前10kV 以下配电网主要由以下问题：

（1）10kV 高压侧变电站使用的配变是无载变压器。配电网潮流分布计算十分困难这是因为配电线路过长，季节性明显，支路数目庞大，负荷变化十分大。而在高压侧变电站的集中补偿并不能弥补10kV 线路的消耗。

（2）配电网补偿装置的配置并不合理，设备趋向老化，负荷的不兼容特性使得线路损耗十分大，0.4kV 侧的补偿装置不容易控制。

（3）只是按照省公司给的功率因素而进行设计，不考虑消费者的利益和顾客的需要，没有按照消费者最小花费原则进行设计。

（4）软件方面没有丰富的经验和成功实践可以进行参考，对10kV 以下配电网优化问题没有深刻认识与理解。硬件方面有关的自动化设备配置不够理想化，基础设施建设不合格，线路和一些设备使用的时间久了，存在老化问题。

2.2 优化的意义

所有区域联络，形成一个统一的整体使得电网在更大的范围内实现无功补偿调节、调峰等多项功能，在更广阔的范围内合理的分配电力资源，这些都有赖于高压远距离输电技术的突破。实时补偿能力的强弱关系到整个系统的供电质量和经济利益和电网的正常运行。优化配电网无功电压有利于电压质量的改善，供电可靠性的提高和利益的最大化的实现。涉及未来5-10 年电网的发展，为电网未来发展留有一定的可发展空间，就需要考虑并实施无功规划。无功优化的基础就是无功规划，因而进行合理的无功规划是十分有必要的。

2.3 数学模型的建立

配电网无功电压优化数学模型的建立首先需要建立目标函数，然后确定目标函数的约束条件。

建立目标函数有以下几个步骤：第一，以整个配电网有功损耗最小建立目标函数；第二，以无功电源的优化配置的总投资最小为目标函数；第三，以所投资带来的收益最大建立。

确定目标函数约束条件有以下几个步骤：第一，控制变量的潮流方程约束； 第二，控制变量的不等式约束；第三，整条线路上安装的电容器容量不越限；第四，低压电容器每天投切次数不超过设定值； 第五，供电电源 10kV 出口功率因数或无功功率合格。

2.4 优化算法介绍

优化算法有优化算法和禁忌搜索算法。遗传算法的本质是通过计算机模拟自然算法，然后将要被求解的问题建立成“染色体”，通过染色体的逐代竞争，选出“最适应环境”的个体，从而得到计算中的最优解。

禁忌搜索算法的实质是对局部领域的一种拓展算法。它通过模拟智能的内存记忆功能，采用特殊方法限制寻找过程，从而实现整体性最优的结果。

【参考文献】

[1] 周云成, 朴在林, 付立思, 罗岩. 10kV 配电网无功优化自动化控制系统设计[J]. 电力系统保护与控制. 2011(02)

[2] 黄伦, 左剑飞, 吴敏. 配电网无功优化规划及控制系统[J]. 电网与清洁能源. 2010(06)029