高压配电网无功补偿配置原则的优化

华南理工大学学报（自然科学版）

第４２卷第６期２０１４年６月

ＪｏｕｍａｌｏｆＳｏｕｍＣｈｉｎａＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖ０１．４２

Ｊｕｎｅ

Ｎｏ．６２０１４

（Ｎａｍｒａｌ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｅｄｉｔｉｏｎ）

文章编号：１０００—５６５ｘ（２叭４）０６—００１７?０８

高压配电网无功补偿配置原则的优化术

张勇军

陈艳

（华南理工大学电力学院∥广东省绿色能源技术重点实验室，广东广州５１０６４０）

摘要：按负荷和电网无功电压特性对高压配电网进行分类，针对不同类型采取差异化的无功补偿配置方案．以含小水电高压配电网为对象，提出综合考虑容／感性无功补偿配

置的无功优化规划模型，以满足含小水电高压配电网不同的无功电压调控需求；运用“无

功配置率”指标指导不同类型变电站无功补偿配置量的选择，并对该类配电网的容／感性

无功配置原则进行了优化和细化．实例分析表明，按此原则来指导含小水电高压配电网的

无功配置，可提高该类配电网电压调控和无功平衡能力，有助于降低网损，避免容性无功补偿过量配置导致的投资浪费．利用该方法，得出４种不同类型的高压配电网的无功配置

率推荐范围，可作为高压配电网无功补偿配置的细化原则．

关键词：小水电；高压配电网；无功配置原则；容性无功补偿配置；感性无功补偿配置中图分类号：ＴＭ７１５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—５６５ｘ．２０１４．０６．００４

小水电是分布式可再生清洁能源，大力发展山区小水电具有良好的经济效益、社会效益和显著的

生态效益¨五Ｊ．然而，目前的小水电站大都为装机容

量小、可调节能力差的径流式水电站＂Ｊ，存在丰水

对应网络结构和负荷水平．

近年来感性无功优化配置也逐渐引起了研究者的关注．文献［１３］中提出了对地区电网主网进行感性无功补偿优化规划的思路和方法，但只考虑了富

含小水电地区小方式下的无功过剩、电压偏高等问

期多发抢发、枯水期少发停发的特点，上网有功功率和无功功率都存在极大不确定性Ｈ』．丰水期时，小水

电除满足山区用户用电需求外还通过１１０ｋＶ变电站

题，未综合考虑容性和感性无功补偿配置方案；文

献［１４］中提出以“发电厂平均功率因数”指标来评

向上层电网输送电能，配电网电压经常偏高甚至越上

限；枯水期时，需要上层电网下送电能供给山区用户，

价２２０ｋＶ及以下电网在不同运行方式下感性无功容量的充裕程度．

无功优化规划因算法复杂、建模工作量大，在电网设计阶段应用难度很大，因此实际设计阶段都是按无功配置的原则或规程规定的补偿范围来设计各变电站的无功补偿容量和组数．目前，针对１１０ｋＶ变电站的无功配置原则提出容性无功补偿配置按主

变容量的１０％一３０％配置¨引，感性无功补偿配置应根据电缆进、出线情况配置适当容量．按照该原则来

配电网电压则经常偏低甚至越下限．全年电网电压波动大，这对电网的无功电压调控造成巨大的影响ｂＪ．

对于含小水电的高压配电网，仅仅考虑容性无功补偿

是不够的，其无功规划必须兼顾不同运行方式下的调控需求来进行容性和感性的无功补偿规划．

已有研究中无功规划多聚焦于容性无功补偿配

置【６’１１｜．文献［１２］中提出了基于多场景技术和模糊

技术的综合规划模型，其中多场景和模糊方法分别配置无功补偿具有简单方便、清晰明确和通用性强

收稿日期：２０１３．１１—２６

术基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３７７０６０）；华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２０１３ＺＭ００１３）．

作者简介：张勇军（１９７３一），男，博士，教授，主要从事电力系统无功优化、电压控制和可靠性研究．Ｅ?ｍａｉｌ：ｚｈ锄舀ｕｎ＠ｓｃｕｔ．

ｅｄｕ．ｃｎ

万方数据

１８

华南理工大学学报（自然科学版）

第４２卷

等可操作性的优势，不必依赖于高难度、大工作量的无功优化计算，成为无可代替的指导原则．

然而，该原则的通用性、宏观指导性太强，往往导致一刀切的做法，很难根据不同特性电网的无功平衡需求来做出更加优化的配置，从而引发一些电站（负荷轻、电压高、无功富余的区域）补偿过度而另一些电站（负荷重、电压低、无功缺乏的区域）补偿又明显不足的问题，为建成后电网的无功电压控制带来诸多掣肘．特别是由于没有明确量化感性无功补偿的配置，导致设计阶段通常忽略感性补偿的

配置，对含有小水电或者大量电缆的区域暴露出明

显的调控手段欠缺导致电网电压调控失配的问

题¨６。ｎ』，对电网安全运行带来许多困扰．

因此，从提高资产利用率和无功电压调控能力的角度出发，当前电网迫切需要对无功配置的原则

和方法进行适当的量化、差异化和细化．明确几种不

同特性的高压配电网的容／感性无功配置的差异化方案，使得无功配置原则得到进一步的细化和优化，对电网的安全和经济运行意义重大．

文中阐述了高压配电网无功配置的优化思路，建立了兼顾容／感性补偿的无功优化规划模型．以富含小水电高压配电网为例，提出了综合考虑容／感性无功补偿配置的无功优化规划过程和方法．据此得出了４种不同类型高压配电网的无功配置率推荐范围，以作为高压配电网无功补偿配置的细化原则．

１

高压配电网无功配置的优化思路

为了体现对无功配置原则的优化，应强调以下

几个关键点：

１）宜以负荷发展水平和无功电压特性为依据对高压配电网进行适当的细分，为了兼顾可操作性，

分类不宜超过５～６种．

２）对每一类高压配电网，应该选择若干个有代表性、差异性的案例进行无功优化规划分析，不同的案例来自不同地区，具有较大差异的特征参数（线路长度、变电站数量、电源情况等），这能使配置原则有更好的无功优化依据，且具有广泛的覆盖性．

３）要强调指标的量化以便设计规划人员操作．得到的无功配置率指标范围不宜太宽，否则设计人

员的随意性增大，影响配置的优化性和合理性．

高压配电网无功配置优化思路如图１所示．电源、网络结构和负荷类型不同，电网的无功配置需求

也不同．已有的无功配置原则宽泛，不够优化，而传

统的无功优化是针对具体网架、线路和运行方式进行计算得到具体片区的无功配置方案，这样工作量

万方数据

大，给变电站设计带来很大的困难，可操作性差．因此，文中提出了一种高压配电网无功配置的优化方法，将高压配电网片区分为４类：重载的纯受端片区（对容性补偿需求较高）、轻载的纯受端片区（对容性补偿需求较低）、含小水电片区（对容性补偿需求较低、对感性补偿需求较高）和含风电片区（对容性

补偿需求适中、有一定的感陛补偿和动态补偿需求）．

就此４类典型片区，选取不同城市的１６个片区进行调研，收集地理接线图、运行方式图、电气特征参数、

典型日运行数据等详细资料．

对高对每一类对每一片区结合现有统计各片压配电网选取分大小方式规程归纳区各变电电网若干个代进行容，感性出优化的站容，感性进行表性片区无功优化规无功配置的无功配分类

进行建模

划计算

原则

置率范围

图１优化思路

Ｆｉｇ．１

０Ｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｄｅａ

以含小水电高压配电网为例，建立无功优化规

划模型，运用灾变遗传算法对多运行方式进行无功规划计算，并归纳总结出变电站的容性和感性无功配置率的一般性原则，以便工程设计时采用．

通过类似的方法，得到了这４种不同类型高压

配电网的无功配置率推荐范围，是对原有的高压配电网无功配置原则的优化，是一种细化原则．

２

高压配电网无功优化规划模型

高压配电网的无功补偿是实现输电网和配电网

分层分区控制电压和无功的重要手段，通过在各变电站的低压侧集中补偿一定容量的无功补偿没备来实现配电网无功功率的就地平衡，避免与高压倾！｝电网进行大量的无功交换，以达到降低网损和改善电

压质量的目的．

２．１

目标函数

无功规划主要考虑以下３个方面：输电的有功

损耗、电压质量和无功装置的安装及维护费用¨８｜．

一般以年总支出费用最小为目标函数，包括新增补偿设备及配套设备的投资ｆ。和网络损耗的年运行

费Ｄ。，电压质量以约束的形式来体现．

目标函数为

ｍｉｎ厶＝∥ｃ＋Ｏｃ

（１）

式中，肛是投资的回收率，厶为年总支出费用．

２．２

约束条件

约束条件包括潮流方程（等式约束）和无功补

偿容量、发电机无功出力、变压器抽头和电压幅值约

第６期张勇军等：高压配电网无功补偿配置原则的优化１９束等不等式约束，如式（２）所示：

Ｋ．ｍｉ。≤Ｋ≤Ｋ．。。，ｉ∈ⅣＢ

Ｑｃｉ．。ｊ。≤Ｑｃｉ≤Ｑｃｉ．。。，ｉ∈ⅣｃＬ

Ｑ“．。ｉ。≤Ｑｕ≤Ｑｕ．。ａｘ，ｉ∈ⅣｃＬ

磐＋竽瓤，（２）

Ｑｕａ’Ｑｕ“…”ｉ∈Ⅳｃ。

ｔ．。ｉ。≤ｔ≤疋．。。，ｅ∈ＮＴ

Ｑｃｉ．。ｉ。≤Ｑａ≤Ｑｃｉ．。。，ｅ∈Ⅳｃ

式中，Ⅳ。、Ⅳｃ。．、ⅣＴ、Ⅳｃ分别为所有节点集、无功补偿

节点集、带负荷调压的变压器支路集和发电机节点

集，Ｋ．而。和Ｋ．一分别为节点ｉ的电压幅值Ｋ的允许

下限和上限，Ｑ。ｉ．～、Ｑ。油ｉ。分别为节点ｉ的容性无功

补偿容量Ｑ。ｉ的上下限，Ｑｕ．。。、Ｑ“柚分别为节点ｉ

的感性无功补偿容量Ｑ“的上下限，Ｑ。。ｉ、Ｑ。“分别为

节点ｉ的容性和感性无功补偿单组容量，ｎｉ为节点ｉ

的无功设备安装间隔数，ｔ．http:///
一、ｔ血分别为第ｅ台有

载调压变压器的抽头挡位的ｔ的上下限，ＱＱ．http:///

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