電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化與無功補(bǔ)償

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償摘要：電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，減小網(wǎng)損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。本文對當(dāng)前國內(nèi)外的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償進(jìn)行了總結(jié)，對目前無功補(bǔ)償和優(yōu)化存在的問題進(jìn)行了一定的探討和研究。關(guān)鍵詞：無功優(yōu)化無功補(bǔ)償非線性網(wǎng)損電壓質(zhì)量1前言隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實(shí)行，輸電公司（電網(wǎng)公司）通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損,使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。無功優(yōu)化計算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量（發(fā)電機(jī)的無功出力和機(jī)端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調(diào)節(jié)）使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。通過無功優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運(yùn)行，而且能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性完美的結(jié)合在一起，因而無功優(yōu)化的前景十分廣闊。無功補(bǔ)償可看作是無功優(yōu)化的一個子部分，即它通過調(diào)節(jié)電容器的安裝位置和電容器的容量，使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。2無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類型2.1無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t在無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償中，首先要確定合適的補(bǔ)償點(diǎn)。無功負(fù)荷補(bǔ)償點(diǎn)一般按以下原則進(jìn)行確定：1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇幾個中樞點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對其他節(jié)點(diǎn)電壓的控制；2)根據(jù)無功就地平衡原則，選擇無功負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)。3)無功分層平衡，即避免不同電壓等級的無功相互流動，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。仍4)悉網(wǎng)絡(luò)深中無利功補(bǔ)度償度掩不應(yīng)財?shù)陀诟安款C暮標(biāo)準(zhǔn)傅0.驕7扁的規(guī)噸定?？s末2.磨2引無功腫優(yōu)化旦和補(bǔ)朽償?shù)奈轭愋脱钢﹄娏Ω认到y(tǒng)屬的無醬功補(bǔ)擴(kuò)償不塊僅包乒括容社性無歌功功繞率的拘補(bǔ)償張而且竄包括罷感性仆無功竭功率規(guī)的補(bǔ)珍償。構(gòu)在超艷高壓時輸電帥線路家中廈(5佩00局kV極及以果上陳)寇，由帥于線渣路的啦容性估充爽電功曾率很照大，辟據(jù)統(tǒng)吧計在夕50夏0k迫V每每公劉里的賀容性賭充電舍功率榨達(dá)鏡1.豈2M蘇va欣r取／境km坐。這日樣就調(diào)必須售對系遺統(tǒng)進(jìn)佩行感豆性無梁功功陶率補(bǔ)爭償以望抵消罩線路它的容坊性功施率。女如實(shí)另際上誘，電筒網(wǎng)在祥50貴0k勉V奶的變抬電所勝都進(jìn)爭行了桑感性臨無功半補(bǔ)償邀，并僚聯(lián)了牌高壓銀電抗筐和低螞壓電坊抗，緞使無稿功在榮50巧0k球V去電網(wǎng)鼠平衡和。膽堤3姐輸配旦電網(wǎng)掀絡(luò)的倦無功疏優(yōu)化虹(層閉式便網(wǎng)壽)個騎電力弊系統(tǒng)詢的無失功補(bǔ)愧償從達(dá)優(yōu)化窗方面昂可從村兩個添方面脾說起嫩，即響輸配莊電網(wǎng)億絡(luò)階(千閉式滑網(wǎng)度)脈和配炎電線房路及令用戶暫的無寨功優(yōu)翅化和答補(bǔ)償陷(廳開式匠網(wǎng)交)度。納3.晝1臣無功任優(yōu)化望的目仇標(biāo)函姻數(shù)盟敵耕參考社文獻(xiàn)蛛［染3胳］膜中著三名的估等網(wǎng)原損微孤增率桶定律沙指持出薯，當(dāng)煎全網(wǎng)麻網(wǎng)損奇微增疊率相島等時喬，此普時的怠網(wǎng)損保最小筋。無賠功的邁補(bǔ)償喊點(diǎn)應(yīng)星設(shè)置情在網(wǎng)單損微寄增率亦較小鋤的點(diǎn)懇(邁網(wǎng)損劃微增局率通革常為耀負(fù)值雞時進(jìn)粗行無斬功補(bǔ)耀償物)練，這漏樣通份過與猾最優(yōu)巨網(wǎng)損涼微增兵率相烤結(jié)氏合進(jìn)舒行反閑復(fù)迭晨代求奏解得立到優(yōu)鞠化的途最佳麗點(diǎn)。粗一方賄面，栗該方晴法沒芝有計卻及其晌它控晶制變僚量的側(cè)調(diào)節(jié)哭作用架，同拘時在衡實(shí)際加運(yùn)行低中也瘦不可榜能通雁過反塔復(fù)迭日代使壩全網(wǎng)味網(wǎng)損翼微增誤率相妨等，切這樣猶做的歉計算撲量太通大且文費(fèi)時除。與腦此同袋時，威國內(nèi)估外學(xué)張者對轉(zhuǎn)無功象優(yōu)化貌進(jìn)行墓了大噸量研耀究，員提出盡了大果量的鼓無功怒優(yōu)化唐的數(shù)侵學(xué)模惹型的牛優(yōu)化齊算法碗。無柱功優(yōu)扔化的隙數(shù)學(xué)句模型畏主要瞞有兩爛種，潤其一負(fù)為不委計無攝功補(bǔ)驚償設(shè)驗備的焰費(fèi)用調(diào)，以濱系統(tǒng)幫網(wǎng)損械最小裝為主撒要目濱的。娛即優(yōu)屆化狀愉態(tài)時旁無功棋優(yōu)化蹈的喉目標(biāo)原函數(shù)堅可用兇下式謹(jǐn)表達(dá)陸：矩其二鵝，以招系統(tǒng)罵運(yùn)行姿最優(yōu)材為目兆標(biāo)函吳數(shù)，撈它計寧及了丘系統(tǒng)瓦由于桃補(bǔ)償庭后減封小的輸網(wǎng)損笑費(fèi)用奪和添開加補(bǔ)犬償設(shè)嬌備的觸費(fèi)用搬，可意用下督式表弓達(dá)：育和式中答，報β溜為每脫度電筆價卡，脆τ拴ma尾x挑為年課最大晃負(fù)荷碰損耗獄小時伐數(shù)葉，券α父、撈γ周分別重表示彼為無店功補(bǔ)六償設(shè)杜備年線度折宣舊維數(shù)護(hù)率學(xué)和投蓋資回先收率怒，申K回C房為單凳位無事功補(bǔ)富償設(shè)缸備的么價格炎，至Q扮C攀∑觀為無弓功補(bǔ)妥償總狹容量碌。星糟模型掃二考泰慮了眾投資剛問題待，可答認(rèn)為耐是一希種比燕較理持想的累模型傻。特品別是閑隨著群電力棵市場伶的實(shí)封行，拴各部拾門都之追求粉經(jīng)濟(jì)惰效益曬，顯嶼然考椅慮了慌無功潮投資薪問題辦更合驚理一浸些。搜湯3.豐2濤優(yōu)化脅算法喇毀由于年電力馬系統(tǒng)窄的非無線性眠、約姐束的穴多樣走性、館連傅續(xù)變濤量和倚離散瞎變掉量混窮合性擠和計告算規(guī)枝模較邁大使這電力胞系統(tǒng)牌的無依功優(yōu)非化存攝在著艇一定辮的難飛度。墾將非準(zhǔn)線性諸無功協(xié)優(yōu)化哥模型殼線性猛化求儀解，鳳是一待些算聽法的衰出發(fā)悲點(diǎn)，埋如基籠于靈瓦敏度啞分析頌的無物功優(yōu)練化潮已流、才無功昂綜合放優(yōu)化筒的線紅性規(guī)訊劃內(nèi)辭點(diǎn)法尼、甜帶懲迷罰項緞的無玉功優(yōu)慈化潮逼流和挖內(nèi)點(diǎn)緩法等地等，呀以上拘均是皮通過紗將非甚線性積規(guī)劃廊運(yùn)用瞞泰勒哪級數(shù)值展開雪,鐘忽略示二階往及以剝上的鳳項暮,柜建立史線性饒化模利型求溫得優(yōu)?；庵t。這育些方皇法由矛于在繳線性翅化的系過程宅中，定忽略疤了二恒階及巾以上氣的項哈，其裹計算述的收赴斂性摘得不本到保牛證。潤為了象提高獅優(yōu)化抄計算旁的收渣斂性消，又旨提出鏡了將槐罰函稈數(shù)的案思想財引入帖線性柴規(guī)劃堅,硬提出斗了帶兼懲罰藝項的帝無功刪優(yōu)化駕潮流籍模型療與算天法，待使依瞇從變丘量的紡越限撐消矮除或酸減小四到最靜低限撓度。唐但它沉不能朵從貍根本秘上結(jié)景局線磚性化強(qiáng)后的跡不收堡斂問匹題。突摟針對教線性膏算法轎方法豈的不湖足，延又提前出了遍一些泡運(yùn)用步非線評性算蹦法，洞混合鴨整數(shù)柄規(guī)劃讀、約健束多請面體暢法和掘非線羨性原抖-驕對偶誓算法茅等等福。盡嫂管這雖些方慰法能希在理倉論上踐找到圓最優(yōu)員解，蔽但由復(fù)于無獨(dú)功優(yōu)刊化本滿身的浸特性圾，使欺計算祝復(fù)雜趙、費(fèi)籍時，故且不假能保廊證可堆靠收笑斂。癢為了振提高啞收斂冒性和就非線獻(xiàn)性的材對于摟無功某優(yōu)化啟中的粗離散于變量曉(棚變壓裝器分封接頭能的調(diào)伙節(jié)，賠電容腰器組逼的投針切趁)歉的處渠理，階基于吹人工度智能續(xù)的新詞方法敏，相挺繼提認(rèn)出了季遺傳廉算法情，累監(jiān)Ta蒙bu儀糧搜索兄法，典啟發(fā)遠(yuǎn)式算睬法，笛改進(jìn)梨的遺財傳算叉法，才分布綁計算奪的遺貍傳算計法和濃摸似頌退火拔算法羊等等左，這掘些算醉法在芝一定勤的程銹度盾上提秧高了符無功環(huán)優(yōu)化毛的收粥斂性政和計求算即速度春，并趟且有抱些方鑼法已叫經(jīng)投動入實(shí)傅際應(yīng)毀用并買取得拳了較倘好的寧效果坑。認(rèn)政但在歉無功薪優(yōu)化將仍有土以下皇一些呈問題伶需要衫興解決蠢：舟陣1)學(xué)由于混無功筆優(yōu)化腹是非倡線性疤問題階，而研非線肝性規(guī)委劃常脅常收汪斂在穗局部登最優(yōu)居解，堂如何戶求出插其全訊局最顆優(yōu)解肚仍需顆進(jìn)一救步研泛究和萬探討詞。寧宮2)似由于故以網(wǎng)著損為菠最小壩的目繳標(biāo)函謹(jǐn)數(shù)，跑它本傳身是斷電壓嫁平方孤的函根數(shù)，暮在求患解無君功優(yōu)鳳化時臣，最父終求慶得的濱解可奴能有景不少隱母線氧電壓苦接近坡于電滴壓的兆上限司，而翠在實(shí)土際運(yùn)悼行部過門又增不希扭望電意壓接晝近于體上限做運(yùn)行堅。如筒果將孔電壓狠約束很范圍載變小滿，可太能造接成無幸功優(yōu)斃化的石不收食斂或飄者要劇經(jīng)過皮反復(fù)繡修正桃、迭縣代才冒能求輛出解嚇(秩需人壩為的針改變澤局部瓣約賤束條翠件府)艦。如烤何將紅電壓除質(zhì)量過和經(jīng)都濟(jì)花運(yùn)行昨指標(biāo)廁相統(tǒng)填一仍黑需進(jìn)歷一步只研究森。攔耐3)刃無功抄優(yōu)化箭的實(shí)至?xí)r性素問題露。伴宣隨著器電力鳴系統(tǒng)播自動碼化水古平的模提高邊，對礦無功少優(yōu)化稈的實(shí)霉時性媽提出甩了很抱高突的要瓦求，急如何桌在很保短的朽時間屑內(nèi)避玉免不截收斂趣，求犁出最淘優(yōu)解稻仍需栽進(jìn)一盛步研梁究。乓<!賤[e再nd律if觀]>賽4仔配電迅線路生上的紙無功窩補(bǔ)償舅及用扶戶的不無功價補(bǔ)償甜4.硬1澆配電膜線路注上的蛾無功蠢補(bǔ)償在環(huán)由于周35高kV住、囑10次kV窯及一杯些低技壓配潤電線峽路的詳電阻耗相對勤較大吵，無腎功潮日流在術(shù)線路西上流匆動時呢引起答的功炒率損邀耗較偏大且廳電壓比損耗諷較大響，故淋其無名功補(bǔ)瘦償理墓論建養(yǎng)立在焦其上陡。經(jīng)柄典的豪線路樸補(bǔ)償西理論失認(rèn)為眉電容蠢器安佳裝的難位置爪可見胡下表暢。妙其原確理可謀簡述昨如下習(xí)：映肆當(dāng)線持路輸?shù)跛偷臑o功瘡功率某Q掛，線靠路長稻度忌L匯，每煌組補(bǔ)引償距三離為翼x字時，并每組潛補(bǔ)償戚容量拆為姑Q拉x親舊Q舅x俘=Q門x棗／柱L功餃當(dāng)認(rèn)旺為電嘆容器澆安裝凱在補(bǔ)溪償區(qū)次間中繩心時蟲，降太低的探線損惠最大處。無達(dá)功潮濁流圖臉可見乏圖圍1表所示浪：昌當(dāng)?shù)谟躨咐組電顯容器電安裝伍地點(diǎn)私離末束端的廳距離獲為：臘對任姑一組逝電容戶器安涉裝位斷置離廁末端摔的位際置為推：暴籮x鵝i令=L行(2劇i-桑1)虧/(待2n曾1容)或辮其最申佳補(bǔ)胸償容倆量為供：曲裕nQ廁x減=2參nQ求／散(2巴n拳1)微菌這樣算即可狡求得昨表圈1延的數(shù)游據(jù)。登攏對于積配電擾線路肢的無江功補(bǔ)膝償可換有效嚼降低套網(wǎng)損阻，但協(xié)它的奪效果閱不如勇在低框壓側(cè)純補(bǔ)償倉。這俗個結(jié)考論是細(xì)假定摧無功鎖潮流晨是均鍵勻分牽布的桐，如每果線旱路上減的無豆功潮絹流為徹非禿均勻描分布投的，學(xué)得出林的結(jié)爸論將口不同游；同闊時在優(yōu)線路件上安鳥裝電杏容器寧組時兇，其乖維護(hù)膜、操全作比請較不寬便，梨且也宜沒有疑考慮濃補(bǔ)償區(qū)設(shè)備祝的投堤資問設(shè)題。喂因此爐，建傳議采寄用下炕述方嶺式。堅掘4.經(jīng)2姑用戶懶的無某功補(bǔ)任償吩韻對于成企業(yè)屯及大翻負(fù)荷迅用電濁單位到，按葛照無洲功補(bǔ)移償?shù)呐婪N類蟲又分靠為高定壓集典中補(bǔ)封償、窗低壓少集中構(gòu)補(bǔ)償蘿和低違壓就方地補(bǔ)偽償。版文獻(xiàn)罷［市8歉］孕指出拿在補(bǔ)睛償容負(fù)量相滋等的嫁情況固下，桿低壓揮就地濕補(bǔ)償紛減低炭的線太損最符大，仆因而貼經(jīng)濟(jì)鞠效益沫最佳砌。這尚是可徒以理攜解的赤。由漫于低肉壓就梨地補(bǔ)贏償了仆負(fù)荷場的感核性部酬分，陳使流球經(jīng)線繞路和正變壓奧器上天的無襲功電棵流大氧大減玩小，什顯然批此種流方法落所取污得的鳳經(jīng)濟(jì)捧效益嗚最佳齊。但悼是上還述并靜沒有辜指出便最佳充補(bǔ)償掙容量廉應(yīng)為暖多俯少亮?陵同時龜也沒賓有計鉤及無儀功設(shè)剝備的旦投資底。文究獻(xiàn)扇［康6旁］版指出頁了對寺于開水式網(wǎng)容的最湖佳補(bǔ)五償容林量，逃三種犁常見底的開男式網(wǎng)尚可見店圖非2疲所示厘。出屯4.藍(lán)2.別1據(jù)放射蓋式開辱式網(wǎng)撲的最膨佳無跟功補(bǔ)叮償排倉對于準(zhǔn)用戶差或經(jīng)淹配變褲出線勢的開趣式網(wǎng)匯絡(luò)，痰針對頃開式汽網(wǎng)的躍接線夠的最倒佳無登功補(bǔ)揉償容訂量，樹參考缺文獻(xiàn)前［伏6支］刺進(jìn)行敵了詳障細(xì)的炕推導(dǎo)款。其登目標(biāo)枝函數(shù)柱采用相第二繩類目盲標(biāo)函筒數(shù)，仗為了店分析臨，下帶面進(jìn)勒行了五簡單曾的推織導(dǎo)：循夢對于店網(wǎng)絡(luò)蘆為放定射式阻網(wǎng)卵絡(luò)，最此時黃網(wǎng)絡(luò)郵年計態(tài)算支悶出費(fèi)嘴用與斷無功館補(bǔ)償瘡的關(guān)該系可坦表達(dá)間為葉：巖由于挑主要閱研究讓的是仍無功洋功率仁對有憂功網(wǎng)縣損的歸影響衡，因眼此有失功功仰率對繪網(wǎng)損政的影濱響可杠不考珠慮，永(4星)蘿式可另簡化省為下祝式：套在其蹲余節(jié)壺點(diǎn)的代補(bǔ)償善Q輪Cn秩,o嫁p站均于普上式冬相同涌。升牌4.擦2.伐2問干線盤式和濁鏈?zhǔn)娇_式俘網(wǎng)的霉最佳縱無功謠補(bǔ)償拜對于弦干線棒式及荷鏈?zhǔn)綐泳€棄開式弱網(wǎng)，罪在第次i=偏1遼點(diǎn)設(shè)谷置無憲功補(bǔ)真償，豬其掙Q浙C1只,o育p透同放何射式篩開式播網(wǎng)，活若在伯i=鄭1,殘2荒設(shè)置幫無功擇補(bǔ)償涼，見饞圖項2(酒b)藍(lán)、守(c耳)予所示導(dǎo)。鐘此時鵲年計泊算支身出費(fèi)腎用可慘用下遞式表冰達(dá)：電同理抱，可閥求得寇Q捧C2越,o米p蔥的表架達(dá)式吸為磁(犁為了朵簡化記起見凍，節(jié)欄點(diǎn)捧2泳電壓出可認(rèn)宜為與稈節(jié)點(diǎn)滔1物電壓欺近似魔相等恥)鳥：駐式中見R蝦功∑找為干德線式市或鏈傘式接閥線開賴式網(wǎng)際線路凝電阻程之和撒，此加處著R挺∑令=R齡手１脹R猛煩２艘免推廣詞到網(wǎng)敵絡(luò)節(jié)貼點(diǎn)數(shù)義為民i,壘浙干線勉式縣或鏈押線式胃開式挽網(wǎng)線槍路段餐數(shù)為晌m,響袍綜合閉可得逗開式站網(wǎng)各無處無所功負(fù)超荷最沫佳補(bǔ)儲償容爪量帳Q呀Ci煌,o范p際的計歸算通肆式為孕：下上述廟公式辦簡單賽明了凝，且昆將著渴名的蠢等網(wǎng)免損微卷增率夫和最銳優(yōu)網(wǎng)講損微撇增率種結(jié)合慌在一壯起，拜通過積計算甲公式闖一次許性能巖得出主最佳殼補(bǔ)償?shù)⑷萘孔冢茌d免了這計算廊的迭菌代過怒程，魚具體晶算例標(biāo)可見慘參考由文獻(xiàn)偉［酷3鑄］例膏6-械2較，在服6-丘2壁例中暈，求飯解最葛佳補(bǔ)欄償容春量是壤通過鄭求解巨5佩組方欄程，吊6尖次迭匆代所煌得，任而利趁用上萍述的碎推導(dǎo)雅公式尼可一悲次性輝計算污出。屢5唐結(jié)語蓮枯電力命系統(tǒng)脆的無夠功優(yōu)童化和芽無功拍補(bǔ)償氏需要數(shù)比較窯精確掌的負(fù)轎荷數(shù)摔據(jù)、侮發(fā)電活機(jī)數(shù)毒據(jù)、種變壓薄器參樣數(shù)等很等?？h同時屈在電澤力系疊統(tǒng)的貢實(shí)際辦運(yùn)行趟中，蝦電力刷系統(tǒng)遺的狀盼態(tài)是慈連續(xù)還變化弓的，紋因此丑無功嘴優(yōu)化柱和無成功補(bǔ)筒償應(yīng)稿根據(jù)晝實(shí)際偽情況激靈活鋼運(yùn)用碌。隨佩著調(diào)日度自倉動化會、配烏網(wǎng)自汪動化悄和無星人變燈電站趨的進(jìn)垮一步恩實(shí)現(xiàn)湯，需摩要計仆算快冶，收眠斂性辦良好鹿的算棄法，磚同時懷伴隨洗著電真力市峰場的語實(shí)行兵，無曠功定辨價理始論的許逐漸攝成熟狡，無炕功優(yōu)廳化的螺理論績也將無相應(yīng)幕改變形并進(jìn)齊一步輔完善阻。緒參考麗文獻(xiàn)眾偷［乓1憑］靳灘龍章償、丁匯毓山旅.立電網(wǎng)筐無功養(yǎng)補(bǔ)償渾實(shí)用膛技術(shù)后［蒼M枯］忍.蓋北京載：中蓮國水酒利水責(zé)電