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摘 要: 电力系统的无功化和无功抵偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有用手段。本文对当前国内外的无功化和无功抵偿进行了总结，对今朝无功抵偿和化存在的问题进行了一定的探讨和研究。
关头词: 无功化；无功抵偿；非线性；网损；电压
1 前言
随着国平易近经济的迅速成长，用电的增加，电网的经济运行日益遭到重视。下降网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的现实问题，也是电力系统研究的主要标的目的。出格是随着电力市场的实行，输电公司（电网公司）经由过程有用的手段，下降网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率化和无功功率抵偿是电力系统平安经济运行研究的一个重要组成部门。经由过程对电力系统无功电源的合理设置装备摆设和对无功负荷的好抵偿,不仅可以维持电压水安然平静提高电力系统运行的稳定性, 而且可以下降有功网损和无功网损,使电力系统能够平安经济运行。
无功化计较是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，经由过程调理控制变（发机电的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调理）使系统在知足各类约束条件下网损到达小。经由过程无功化不仅使全网电压在额定值四周运行，而且能取得可观的经济效益，使电能、系统运行的平安性和经济性完善的连系在一起，因而无功化的前景十分广漠。无功抵偿可看做是无功化的一个子部门，即它经由过程调理电容器的安装位置和电容器的容，使系统在知足各类约束条件下网损到达小。
2 无功化和抵偿的原则和类型
2.1 无功化和抵偿的原则
在无功化和无功抵偿中，首先要肯定合适的抵偿点。无功负荷抵偿点一般按以下原则进行肯定：
1)凭据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制；
2)凭据无功就地平衡原则，选择无功负荷较年夜的节点。
3)无功分层平衡，即避免分歧电压品级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。
4)网络中无功抵偿度不应低于部颁尺度0.7的划定。
2.2 无功化和抵偿的类型
电力系统的无功抵偿不仅包括容性无功功率的抵偿而且包括感性无功功率的抵偿。在超高压输电线路中(500kV及以上)，由于线路的容性充电功率很年夜，据统计在500kV每千米的容性充电功率达1.2Mvar／km。这样就必需对系统进行感性无功功率抵偿以抵消线路的容性功率。照实际上，电网在500kV的变电所都进行了感性无功抵偿，并联了高压电抗和低压电抗，使无功在500kV电网平衡。
3 输配电网络的无功化(闭式网)
电力系统的无功抵偿从化方面可从两个方面说起，即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功化和抵偿(开式网)。
3.1 无功化的方针函数
参考文献［3］中的等网损微增率定律指出，当全网网损微增率相等时，此时的网损小。无功的抵偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率凡是为负值时进行无功抵偿)，这样经由过程与网损微增率相连系进行频频迭代求解获得化的好点。一方面，该方式没有计及其它控制变的调理作用，同时在现实运行中也不成能经由过程频频迭代使全网网损微增率相等，这样做的计较太年夜且费时。与此同时，国内外学者对无功化进行了年夜研究，提出了年夜的无功化的数学模子的化算法。无功化的数学模子主要有两种，其一为不计无功抵偿装备的费用，以系统网损小为主要目的。即化状态时无功化的方针函数可用下式表达：
其二，以系统运行为方针函数，它计及了系统由于抵偿后减小的网损费用和添加抵偿装备的费用，可用下式表达：
式中，β为每度电价，τmax为年年夜负荷消耗小时数，α、γ划分暗示为无功抵偿装备年度折旧维护率和投资收受接管率，KC为单元无功抵偿装备的价格，QC∑为无功抵偿总容。
模子二斟酌了投资问题，可认为是一种比力理想的模子。出格是随着电力市场的实行，各部门都追求经济效益，显然斟酌了无功投资问题更合理一些。
3.2 化算法
由于电力系统的非线性、约束的多样性、接连变和离散变夹杂性和计较规模较年夜使电力系统的无功化存在着一定的难度。将非线性无功化模子线性化求解，是一些算法的动身点，如基于活络度分析的无功化潮水、无功综合化的线性计划内点法、 带赏罚项的无功化潮水和内点法等等，以上均是经由过程将非线性计划运用泰勒级数展开,疏忽二阶及以上的项,建立线性化模子求得化解。这些方式由于在线性化的进程中，疏忽了二阶及以上的项，其计较的收敛性得不到保证。为了提高化计较的收敛性，又提出了将罚函数的思想引进线性计划,提出了带赏罚项的无功化潮水模子与算法，使允从变的越限消除或减小到低限度。但它不能从基本上终局线性化后的不收敛问题。
针对线性算法方式的不足，又提出了一些运用非线性算法，夹杂整数计划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。虽然这些方式能在理论上找到解，但由于无功化自己的特征，使计较复杂、费时，且不能保证靠得住收敛。
为了提高收敛性和非线性的对于无功化中的离散变(变压器分接头的调理，电容器组的投切)的处置，基于人工智能的新方式，相继提出了遗传算法，Tabu搜索法，启发式算法，改良的遗传算法，散布计较的遗传算法和摸似退火算法等等，这些算法在一定的水平上提高了无功化的收敛性和计较速度，而且有些方式已投进现实运用并取得了较好的效果。
但在无功化仍有以下一些问题需要解决：
1)由于无功化长短线性问题，而非线性计划经常收敛在局部解，若何求出其全局解仍需进一步研究和探讨。
2)由于以网损为小的方针函数，它自己是电压平方的函数，在求解无功化时，终求得的解可能有很多母线电压接近于电压的上限，而在现实运行部门又不希看电压接近于上限运行。若是将电压约束范围变小，可能造成无功化的不收敛或要经过频频批改、迭代才能求出解(需工钱的改变局部约束条件)。若何将电压和经济运行指标相统一仍需进一步研究。
3)无功化的实时性问题。陪伴着电力系统自动化水平的提高，对无功化的实时性提出了很高的要求，若何在很短的时间内避免不收敛，求出解仍需进一步研究。<![endif]>
4 配电线路上的无功抵偿及用户的无功抵偿
4.1 配电线路上的无功抵偿
由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较年夜，无功潮水在线路动时引发的功率消耗较年夜且电压消耗较年夜，故其无功抵偿理论建立在其上。经典的线路抵偿理论认为电容器安装的位置可见下表。
其原理可简述以下：
当线路输送的无功功率Q，线路长度L，每组抵偿距离为x时，每组抵偿容为Qx
Qx=Qx／L
当认为电容器安装在抵偿区间中心时，下降的线损年夜。无功潮水图可见图1所示：
当第i组电容器安装地址离结尾的距离为：
对任一组电容器安装位置离结尾的位置为：
xi=L(2i-1)/(2n+1)
其好抵偿容为：
nQx=2nQ／(2n+1)
这样即可求得表1的数据。
对于配电线路的无功抵偿可有用下降网损，但它的效果不如在低压侧抵偿。这个结论是假定无功潮水是平均散布的，若是线路上的无功潮水为非平均散布的，得出的结论将分歧；同时在线路上安装电容器组时，其维护、操作比力未便，且也没有斟酌抵偿装备的投资问题。是以，建议采用下述方式。
4.2 用户的无功抵偿
对于企及年夜负荷用电单元，依照无功抵偿的种类又分为高压集中抵偿、低压集中抵偿和低压就地抵偿。文献［8］指出在抵偿容相等的情况下，低压就地抵偿减低的线损年夜，因而经济效益好。这是可以理解的。由于低压就地抵偿了负荷的感性部门，使流经线路和变压器上的无功电流年夜年夜减小，显然此种方式所取得的经济效益好。可是上述并没有指出好抵偿容应为几多?同时也没有计及无功装备的投资。文献［6］指出了对于开式网的好抵偿容，三种常见的开式网可见图2所示。
4.2.1 放射式开式网的好无功抵偿
对于用户或经配变出线的开式网络，针对开式网的接线的好无功抵偿容，参考文献［6］进行了具体的推导。其方针函数采用第二类方针函数，为了分析，下面进行了简单的推导：
对于网络为放射式网络，此时网络年计较支出费用与无功抵偿的关系可表达为：
由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响，是以有功功率对网损的影响可不斟酌，(4)式可简化为下式：
在其余节点的抵偿QCn,op均于上式不异。
4.2.2 干线式和链式开式网的好无功抵偿
对于干线式及链式接线开式网，在第i=1点设置无功抵偿，其QC1,op同放射式开式网，若在i=1,2 设置无功抵偿，见图2(b)、(c)所示。
此时年计较支出费用可用下式表达：
同理，可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见，节点2电压可认为与节点1电压近似相等)：
式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和，此处R∑=R１+R２
推行到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网遍地无功负荷好抵偿容QCi,op的计较通式为：
上述公式简单了然，且将的等网损微增率和网损微增率连系在一起，经由过程计较公式一次性能得出好抵偿容，避免了计较的迭代进程，具体算例可见参考文献［3］例6-2，在6-2例中，求解好抵偿容是经由过程求解5组方程，6次迭代所得，而哄骗上述的推导公式可一次性计较出。
5 结语
电力系统的无功化和无功抵偿需要比力切确的负荷数据、发机电数据、变压器参数等等。同时在电力系统的现实运行中，电力系统的状态是接连变化的，是以无功化和无功抵偿应凭据现实情况灵活运用。随着调剂自动化、配网自动化和无人变电站的进一步实现，需要计较快，收敛性秀的算法，同时陪伴着电力市场的实行，无功定价理论的逐渐成熟，无功化的理论也将响应改变并进一步完善。
参考文献
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