无功优化改善母线电压和降低网损实例研究

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1、无功优化改善母线电压和降低网损实例研究　　摘要:无功补偿和优化对于提高电能质量、降低损耗，保障系统安全运行至关重要。本文分析了以提高平均功率因数确定无功补偿总容量方法，研究了等网损微增率准则优化各点容量分布的基本原理及利用无功裕度和电压灵敏度来优化无功补偿点的方法。结合14节点、37节点、70节点系统，进行无功补偿前后潮流计算，给出了系统无功补偿前后母线电压及有功功率损耗的对比结果，以及利用无功裕度和电压灵敏度选取补偿点的方法与经验选点方法（按电压从小到大选择补偿点）计算的母线电压及有功功率损耗对比结果。验

2、证了无功补偿点的优化选取可以改善母线电压水平，并且能更有效地降低网络的有功损耗，验证了无功补偿及优化的必要性。关键词:无功补偿无功优化等网损微增率无功裕度电压灵敏度中图分类号：TM714.2文献标识码：A文章编号：0引言10随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力系统中非线性用电设备应用的日益广泛，电力网负荷急剧增大，发、供电设备的设计容量不断加大，相应的系统中变压器、异步电动机等感性负载容量也大量增加，造成了电能质量降低、网络损耗增加等不良影响。因此，对电力系统进行无功功率补偿及优化对于提高电能质量、降

3、低损耗、节能、充分利用电气设备的出力和保证安全运行等显得尤为重要。电力系统无功优化规划包括2个方面的内容：确定无功补偿点和各个无功补偿节点的补偿容量。目前，无功优化的算法很多，无功补偿容量分布和补偿点的确定方法也是多种多样。但迄今为止，无功优化的研究仅仅是对其算法不断的改进和深入的研究，并未结合实例用专业软件对其仿真，通过补偿前后及优化前后的潮流对比对实际网络进行分析。本文编写相关程序对几个模型系统进行潮流计算，再利用电力系统可视化分析软件PowerWorldSimulator对几个模型系统描绘Q-V曲线，

4、根据无功裕度和电压灵敏度数据分析出最佳补偿点，利用等网损微增率的原理列出容量分布方程，根据数值求解的方法算出各点的分布容量，最后对补偿后的系统再进行潮流计算，通过分析无功补偿及补偿点优化前后对比结果，验证了无功补偿和无功优化对改善母线电压、降低网损的实际效果。1无功补偿容量及补偿点的优化1.1无功补偿容量的优化电网无功补偿总容量可按如下公式计算：(1)10式中QC——所需补偿容量(kvar);Ppj——最大负荷日平均有功功率（kW）；cosφ1——补偿前的功率因数;cosφ2——补偿后的功率因数;这里所用的

5、cosφ是总平均功率因数，其计算式为：总容量确定之后，再确定各点的容量分布。当一个电网的总有功损耗P对各点无功补偿容量Q1，Q2，……，Qn的偏导数相等（即等网损微增率准则）时，全网的无功补偿容量为最优分布，即：(2)式中λ—补函数的定系数为了简化求解过程，我们先计算出j补偿节点在补偿容量为Qj1、Qj2和Qj3时的网损P1、P2和P3，（即用数值的方法求解方程组2）从而得到j节点的补偿功率和电网网损之间的插值关系式整理可得相应的网损微增率为(3)由式(2)、(3)可得到数值方程组(4)，利用列主元素消去法

6、解方程组(4)即可求出各负荷节点的补偿功率。(4)1.2无功补偿点的优化10无功裕度是指在静态电压稳定的条件下，系统运行点离临界崩溃电压点电气距离的大小。无功裕度是电压稳定性程度的指标，它与系统当前状态及其逼近极限状态的过渡方式有关，如果节点的无功裕度值大，那么该节点所需无功补偿容量就较小，反之则所需的无功补偿容量大。通过无功裕度值的大小，可以找出系统最需要进行无功补偿的点。电压灵敏度也是选取补偿点的一个重要参数。灵敏度表示为dZ/dλ，其中Z指系统状态变量，λ指控制变量。它仅与系统当前状态有关，除应用于判

7、断系统的电压稳定性外，还可用于判断薄弱区域(节点)、薄弱支路、关键发电机，以确定无功补偿等控制器的安装位置等。Q-V曲线是基于潮流的经典方法，可处理发散问题，在收敛性不好或发散的情况下获得解(Q-V方法是连续潮流的一个特例)。在选择的节点加入一台虚拟调相机保持节点电压，改变后者的电压值，可以计算得节点的Q-V曲线。Q-V曲线可表示节点电压随节点负荷的鲁棒性，同时表示负荷节点电压和需要补偿的无功功率的关系。如图3中曲线，表示系统运行在最大功率之下，与V轴相交的两个点对应着没有补偿的情况，C点对应稳定运行点。由

8、曲线可知系统中任意节点的无功功率裕度（如图3中B点的功率裕度为A）,系统电压值失稳点(曲线1中的B点)，运行任意无功的灵敏度(如图3中点C电压对无功功率的灵敏度，为C点的斜率D)。10图3Q-V关系曲线实例分析2.114节点系统该系统（后文称系统1）含有5个发电机，11个负荷，20条支路（单线图如图1所示）。该系统总有功负荷为259MW，无功负荷为153.5Mvar。图114节点系统单线图对系统1进行初始状态潮流