1 引言
二OO六年八月二十五日國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)展策劃部向系統(tǒng)各區(qū)域、�。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）電力公司下發(fā)了關(guān)于開展重點(diǎn)城市電網(wǎng)“十一五”無(wú)功規(guī)劃報(bào)告編制工作的通知。文件指出：“長(zhǎng)期以來(lái)，由于我國(guó)城市電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃一直沒(méi)有得到足夠的重視，城市電網(wǎng)運(yùn)行中長(zhǎng)期存在著無(wú)功補(bǔ)償容量不足、配置不合理等問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)際國(guó)內(nèi)幾次電網(wǎng)事故，進(jìn)一步反映出電網(wǎng)在電壓穩(wěn)定和無(wú)功配置等方面存在較大的問(wèn)題”。當(dāng)前城市配電網(wǎng)運(yùn)行情況都不夠理想，主要表現(xiàn)在電壓合格率較低，網(wǎng)損率較高等問(wèn)題。對(duì)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償這一課題，多年來(lái)已有許多電力工作者做了極大努力，研究開發(fā)了不少設(shè)備和裝置，在無(wú)功補(bǔ)償方面取得了明顯的效果。但現(xiàn)實(shí)電網(wǎng)中存在的問(wèn)題仍然不少，城市電網(wǎng)則電壓偏低和過(guò)高的問(wèn)題同時(shí)存在，雖已經(jīng)采取了一些補(bǔ)償措施，但總體水平不高。
2 無(wú)功電源配置規(guī)劃的基本內(nèi)容和要求
電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程第4.2.1條指出“無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)滿足系統(tǒng)各種正常事故運(yùn)行方式下電壓水平的需要，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果，原則上應(yīng)使無(wú)功就地分區(qū)分電壓基本平衡”。在編制說(shuō)明部分又指出：“原則上應(yīng)使無(wú)功就地分區(qū)分電壓等級(jí)基本平衡，但決不是絕對(duì)按區(qū)按層平衡。當(dāng)受端系統(tǒng)負(fù)荷中心的電廠或者帶當(dāng)?shù)刎?fù)荷的送端電廠距變電站較近時(shí)，想附近變電站甚至低壓側(cè)負(fù)荷供部分無(wú)功，增加網(wǎng)損并不大，但可減少大量無(wú)功設(shè)備，仍然是經(jīng)濟(jì)合理的”。
在本次國(guó)網(wǎng)文件中對(duì)規(guī)劃原則做了詳細(xì)的規(guī)定：
（1）分層分區(qū)平衡
分層平衡原則，即不同電壓層級(jí)間的無(wú)功交換應(yīng)控制在合理水平，在負(fù)荷功率因數(shù)滿足要求的前提下，發(fā)電廠和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)在不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)上合理配置，減少無(wú)功功率在不同電壓等級(jí)間的流動(dòng)。
分區(qū)平衡原則，即不同供電區(qū)域的無(wú)功交換應(yīng)控制在合理水平，應(yīng)使本地?zé)o功需求和發(fā)電廠及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)功出力之間相平衡，減少區(qū)域間無(wú)功交換。
（2）無(wú)功不到送
小負(fù)荷方式下應(yīng)避免低壓電網(wǎng)通過(guò)變壓器想高壓電網(wǎng)到送無(wú)功電力，如有必要可考慮適當(dāng)投入低壓電抗器。
電力用戶和公用配電變壓器裝設(shè)的各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)能按照無(wú)功需求及時(shí)調(diào)整無(wú)功出力，防止向系統(tǒng)到送無(wú)功電力。
（3）功率因素滿足要求。
采取無(wú)功補(bǔ)償措施后，110kV和220kV變壓器母線側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0 .95，10kV配電變壓器的低壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)在0 .98～1 .0范圍內(nèi)。
用戶側(cè)裝設(shè)可投切電容器后，要求低壓母線功率因數(shù)不低于0 .95。
（4）電壓偏差滿足要求。
采取無(wú)功補(bǔ)償措施后，各節(jié)點(diǎn)電壓應(yīng)控制在限值范圍內(nèi)（各城市電網(wǎng)根據(jù)本地區(qū)情況確定具體各電壓等級(jí)電壓偏差范圍要求）。
（5）各電壓等級(jí)電網(wǎng)理論線損應(yīng)適當(dāng)降低。
采取無(wú)功補(bǔ)償措施后，各電壓等級(jí)電網(wǎng)理論線損應(yīng)適當(dāng)降低（各城市電網(wǎng)根據(jù)本地區(qū)情況確定具體各電壓等級(jí)電網(wǎng)理論線損率降低目標(biāo)要求）。
3 無(wú)功電壓優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學(xué)模型
本次討論的無(wú)功補(bǔ)償僅指對(duì)電壓的控制作用，即以容性、感性無(wú)功容量和變壓器分接頭為控制變量，電壓為被控制變量，對(duì)不同的目標(biāo)需要不同的補(bǔ)償電容量、電感量和有載調(diào)壓變壓器的配合。
3.1 目標(biāo)函數(shù)
（1）網(wǎng)損最小
用投切補(bǔ)償電容器及有載調(diào)壓變壓器分接頭來(lái)達(dá)到電網(wǎng)運(yùn)行網(wǎng)損 最小，即
（1）
式中
。 n為電網(wǎng)總節(jié)點(diǎn)數(shù)，
、
為節(jié)點(diǎn) i、j的電壓，
為節(jié)點(diǎn) i、j之間的電導(dǎo)，
為i、j之間的相角差， k為電容補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)數(shù)， M為有載調(diào)壓變壓器臺(tái)數(shù)，
為節(jié)點(diǎn)j的補(bǔ)償電容增量，
為i號(hào)有載調(diào)壓變壓器的分接頭增量，
為網(wǎng)損對(duì)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償電容的靈敏度，
為網(wǎng)損對(duì)有載調(diào)壓變壓器分接頭的靈敏度。
（2）補(bǔ)償電容量最小
（2）
式中
為節(jié)點(diǎn)i的補(bǔ)償電容量；系數(shù)為1（以補(bǔ)償電容量為目標(biāo)函數(shù)時(shí)）或?yàn)?
（以補(bǔ)償費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，補(bǔ)償點(diǎn) 的單位補(bǔ)償容量的費(fèi)用）。
（3）綜合經(jīng)濟(jì)效益最好
從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)評(píng)價(jià)無(wú)功和電壓優(yōu)化效果，就是將無(wú)功補(bǔ)償后的網(wǎng)損減小、設(shè)備投資費(fèi)、銀行貸款利息、能源成本、折舊費(fèi)用和電費(fèi)分時(shí)計(jì)算都綜合考慮在內(nèi)。
（3）
3.2 約束方程
所謂優(yōu)化就是指在一定的約束條件下使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)。對(duì)控制量：電容量、電感量和變壓器可調(diào)分接頭都是有限的；被控制量：配電網(wǎng)中各點(diǎn)電壓、各條線路的電流必須在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。即：
4 結(jié)論
無(wú)功電源應(yīng)和有功電源一樣，從規(guī)劃著手包括無(wú)功優(yōu)化配置規(guī)劃和自動(dòng)化規(guī)劃(無(wú)功電壓優(yōu)化控制)，而且要作到局部服從全網(wǎng)，全網(wǎng)照顧局部；一方面要增加投入，另一方面要充分發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)上無(wú)功控制設(shè)備(包括電容器、靜止補(bǔ)償器、有載調(diào)壓變壓器、電抗器等)；上級(jí)和下級(jí)協(xié)調(diào)，分散和集中相結(jié)合，使網(wǎng)上各級(jí)電壓達(dá)到要求而無(wú)功潮流最小。國(guó)網(wǎng)文件最后在附件部分明確指出；“對(duì)于可能引起電壓穩(wěn)定問(wèn)題的嚴(yán)重故障形式，應(yīng)提出相應(yīng)的電壓無(wú)功控制措施，重點(diǎn)考慮地方電源故障條件下能夠滿足電壓支撐能力的最少開機(jī)方式。如果地方電源的裝機(jī)容量不能滿足故障條件下對(duì)電網(wǎng)電壓的支撐要求，則應(yīng)考慮建議適當(dāng)增加地方
電源的裝機(jī)容量，或裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM或SVC裝置，以提高無(wú)功電壓支撐能力”。無(wú)疑這將對(duì)我國(guó)電力自動(dòng)化設(shè)備制造廠家來(lái)說(shuō)存在巨大商機(jī)，隨著我國(guó)電器設(shè)備制造技術(shù)的進(jìn)步和電網(wǎng)
自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)無(wú)功/電壓最優(yōu)控制的前景是樂(lè)觀的。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
姚金雄（1979-），男，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行.
