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农网全网无功优化与补偿模式

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:47:28   

 关键词:  无功 无功优化 农网

随着电网规模日益增大及复杂,传统无功优化方法产生的矛盾日益突出。尤其表现在无功补偿虽然达到局部最优,但是全网电压无功质量却上不去,从全网角度而言,降损效果不明显。因此亟需提出一种有效降低全网网损的无功优化方法,根据电网结构、负荷性质、运行参数等因素进行科学合理的无功优化补偿配置,使得农网在分层、分区就地平衡的基础上,达到全网指标最优,有效提高农村电网运行的安全性、经济性和可靠性。1全网无功优化1.1全网无功优化思想电力系统各电压等级电网之间是一个有机联系、相互影响的整体,对任何一个电压等级电网的优化工作都会对其他电压等级电网产生一定的影响。因此,在进行无功优化方案的制定时,单纯以一个电压等级电网为对象,忽略其他电压等级电网对其的影响是不合理的。针对传统无功优化存在的问题,以及对国内相关方面的研究现状分析,要实现有效的降损,必须从电力系统全网角度出发,以降低全网网损为目标,通过科学合理的无功优化方法,确定电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点,使有限资金发挥最大效益。根据以上分析,本文提出了一种以110kV及以下农网为对象的全网无功优化方法。该方法克服了传统无功优化方法的缺点,对任何电压等级、任何区域的无功优化操作均在分层、分区、就地平衡的基础上,以全网指标最优为最终目标,生成最优无功优化方案,同时加强无功电压管理功能,利用技术手段加强无功电压管理水平和电网经济运行意识。1.2全网无功优化方法实现总体来讲,主要采用分层、分区的技术处理方法来实图1 全网无功优化及无功补偿方式示意现全网无功优化。将整个区域电网划分为三个电压等级电网:高压、中压和低压网,如图1所示。高压网是指变电站10kV母线及以上电网,不包括10(6)kV馈线出线,优化时以整个高压网为对象进行优化,以变电站集中补偿为主,补偿地点、容量、变压器档位等都以高压网全网优化计算结果为准;中压网指10(6)kV馈线出线,优化时以每条馈线为单位进行线路补偿和随器补偿,补偿地点、容量等都以中压网全线优化计算结果为准;低压网指0.4kV及以下,优化时分台区进行低压线路补偿和随机补偿。无功优化分为规划优化与运行优化两种,对高、中、低压电网而言,每个电压等级电网都有各自的特点,因此,在保证全网指标最优的基础上,进行每个电压等级电网的无功优化计算时,应该选用适合该电压等级电网特点的计算方法。以下分别介绍各电压等级电网的规划优化与运行优化的实现方法。高压网无功优化。在进行高压网无功规划优化时,打破传统的按主变压器容量的10%~30%容量设计无功补偿装置容量的方式,从全网出发,进行无功优化计算,给出最佳补偿点和补偿容量。算法采用定向变异遗传算法。在进行高压网无功运行优化时,从全网考虑无功补偿设备是否投入,主变分接开关档位是否调升,动态预算无功补偿设备投入后母线电压值、关口功率因数的变化,从而实现无功功率分层平衡,减少主变分接开关调节振荡以及无功补偿设备投切振荡。算法采用传统的牛顿-拉夫逊法及PQ分解法。无功优化问题中的变量可分为控制变量和状态变量。在高压网中分接头可调变压器变比T、补偿电容量C和发电机机端电压Ug为控制变量;节点电压U和发电机注入无功Qg为状态变量,每个变量都要考虑到各自上下限的限制。无功规划优化目标包括技术性能目标和经济目标,确定目标函数为式中λU、λQ——电压越界和无功越界罚系数;c——补偿设备安装地点数;m——无功补偿容量的等值系数。目标函数中第1项为网损,第2项为电压越界罚函数,第3项为无功越界罚函数,第4项为无功补偿容量。无功运行优化目标主要为技术性能目标,确定目标函数为目标函数中第1项为有功网损,第2项为节点电压约束,第3项为由功率因数约束转换而来的无功功率约束;λU、λQ的含义同上。中压网无功优化。在进行中压馈线规划优化时,由于配电网无功优化存在多节点、多约束的难题,为此本文应用结合灵敏度分析的遗传算法来求解,选灵敏度系数较高的节点作为无功补偿的候选点,通过遗传算法确定最佳的补偿容量。在进行中压馈线运行优化时,采用传统前推回代法进行运行优化计算。以中压网中分接头可调配变变比T、补偿电容量C为控制变量;节点电压U为状态变量,并对各变量进行上下限约束。对中压网无功规划优化而言,以配电网电能损耗和无功补偿设备投资之和最小为目标,并考虑各变量的约束条件,其目标函数为式中 KU——电压越界罚系数;   c——补偿设备安装地点数;   KC——单位电容器的系数。目标函数中的第1项为网损,第2项为电压越界罚函数,第3项为无功补偿投资函数。对中压网无功运行优化而言,以配电网电能损耗最小为目标,并考虑各变量的约束条件,其目标函数低压网无功优化。低压网处于电网最末端,用户多为低压用户。因此,补偿低压无功负荷是无功补偿的关键。搞好低压补偿,不但可以减轻上一级电网补偿的压力,而且可提高用户配电变压器的利用率,改善用户功率因数和电压质量,并有效降低电能损失,减少用户电费支出。低压补偿对用户和供电部门均有益。1.3全网无功优化补偿电网自动化发展迅速,使得实现全网无功优化成为可能。各补偿点信息通过电网自动化系统通信通道交流汇总于控制中心,通过无功优化系统实现全网无功优化计算和优化补偿:根据全网无功优化计算结果,调节有载调压变压器分接头,投切静止补偿器和并联电容器,实现跟踪负荷变化的电压和无功动态调节,满足电网安全、经济运行目标。农网全网无功优化补偿策略主要体现在:高压网以变电站集中补偿为重点,中压网以10kV线路补偿和配电变压器低压侧集中补偿为重点,低压网及以下以用户侧分散补偿为重点。高压网无功优化补偿。高压配电网无功补偿在变压器低压母线上进行补偿,补偿容量可按主变容量的10~30(或更灵活)进行配置,推荐两种类型补偿设备:一是能够实现平滑调节的补偿设备;另一种是一组固定容量 若干分组可自动投切容量的补偿设备,固定容量用以补偿变压器空载损耗。对于谐波污染较严重地区,可加装无源滤波综合治理装置。在运行阶段可验证补偿容量设置是否合理、分组容量是否恰当,补偿中以整个高压配电网为对象进行优化计算,确定各个补偿点的投切容量和变压器分接头档位。中压网无功优化补偿。农网中中压馈线数量较多,规模较大,分支多、节点多,将整个中压网作为整体进行无功优化很不现实,为此采用简化方式,对每条馈线进行无功优化计算和补偿,在此基础上以整个中压网为对象,计算其对高、低压网无功补偿的影响。在补偿方式上可选两种方式:一种是在10kV线路上设置高压并联电容器,一种是在10/0.4kV配变低压母线上设置低压并联电容器,也可选择高压集中补偿和低压集中补偿混合方式,同样,对谐波较严重区域加装滤波装置。在运行阶段根据实际负荷状况,对已有的补偿设备进行优化组合,充分利用现有设备,使设备发挥最大效率。低压网无功优化补偿。低压配电网及以下无功优化补偿以台区为单位,主要针对低压电网末端用户侧的电动机随机补偿,有电动机就地补偿、配电室集中补偿以及电动机就地补偿和配电室集中补偿几种模式。全网无功优化补偿的组织方式。实际生产中,由于受电网现状、资金条件、用户配合等因素限制,无功补偿的工程实施不同地区会有不同的侧重点,具体操作中可根据各单位实际情况选择“自上而下”或“自下而上”次序进行两级或三级优化计算和补偿。全网无功优化的实现将有助于实现以下效益:有效地提高全网供电电压;线路损耗全局性降低,取得明显的降损节能效益;整个网络无功得到优化;减少设备动作次数,延迟设备寿命;投资少,回报率高;有效提高无功电压管理水平。2工程实例目前福建长乐、山东临朐、陕西凤县、陕西户县已经实现全网无功优化,下面以山东临朐馈线集中补偿与配变分散补偿为例,说明全网无功优化方法的应用并进行效益分析。根据临朐电网10kV线路运行状况,选择矿山线作为试点线路。经过全网无功优化计算,确定配变分散补偿和集中补偿的补偿位置与补偿容量。如表1所示。从以上效果可以得出以下结论:全网无功优化方法可以自动确定补偿位置与补偿容量,避免传统利用经验和简单计算确定规划优化方案的缺点;全网无功优化方法可以有效降低网损,提高功率因数,且效果比较明显;基于全网无功优化方法,比基于局部无功优化方法补偿方案更经济,且效果更好。3结论与展望全网无功优化与补偿模式首先提供了一种通过理论计算求解全网无功最优分布的方法,并基于此指导全网无功优化补偿设计。农网全网无功优化的解决方案实现了农网无功补偿设备的最优规划及布置,并可以根据系统潮流进行实时优化分析,确定系统中无功补偿设备的投切策略,综合考虑设备的运行费用,使系统电能质量实时最优,损耗最小,达到最佳降损节能的效果。根据目前电网自动化的特点,采用全局实时监控与就地实时补偿相结合的技术,在实现了电网自动化的核心区域采用全局实时优化监控技术,而对于没有实现电网自动化的外围区域的负荷则采用无功就地实时补偿技术。综上所述,本文提出的110kV及以下农网全网无功优化方法是科学、合理的,可以应用于实际生产管理中。但将该方法形成系统应用于实际当中,仍然有许多工作需要继续进行。如:由于实际使用当中存在的实时数据采集不全或错误,导致计算失败时的处理方法;如何与不同厂家SCADA系统进行通信接口,保证优化控制方案可以通过调度系统得以实现;网络拓扑结构的获取、建模等工作。本栏目照片均由山东省临朐供电公司井玉霞提供。

来源:《农村电气化》2007.12
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