基于10kv及以下配电网无功动态补偿的讨论
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【摘 要】随着现代科技的进步和自动化程度的提高，人们对电力系统供电质量的要求也越来越高。本文从推行配电网络无功动态补偿的意义入手，讨论了配电网络无功动态补偿实现的技术方法。进而，在此基础上，列举实例详述补偿方案的确定以及实施无功动态补偿对经济效益的影响。
【关键词】10kv；配电网；动态补偿
1 前言
当前，配电网主要包括有变电站、配电变压器、杆上变压器、补偿电容器以及输电线路和一些开关设备。通常情况下，对配电网的分类是根据电压等级来划分的。一般可以分为高压配电网（35-110KV）、中压配电网（6-10KV）以及低压配电网（380/220V）。其中，我国10KV及以下配电网的电能损耗最大。这是由于我国10KV及以下配电网配电线路、配电变压器以及用户连接相当复杂。不仅如此，不同容量的变压器台数多且分布广，并且压线分布没有规律，用电负荷率低，峰、谷负荷差较大。由于电力系统中存在电机等大量的感性用电设备，再加上电力线路本身的阻抗和变压器的电磁交换作用，以致电力系统中存在大量的无功负荷。这些无功负荷大大降低了系统的功率因数，增加了线路电压损失和电能损失。为了能够有效解决这一问题，一方面在各个变电所内进行无功功率的集中补偿，另一方面需要在配电网上进行动态的无功补偿。本文就是基于配电网对无功动态补偿进行研究和讨论，并主要针对10kv及以下的配电网。
2.1 10kv及以下配电网无功动态补偿的意义
为了能够有效的保证电网的电能质量、电压质量以及有效的降低网络损耗，不仅需要从有功功率方面着手，还要从无功功率方面进行研究。只有保证了无功平衡，才能保证电压质量，使电气设备能够有效运行。为了说明配电网无功动态补偿的意义，本文从以下三点进行分析。首先，推行配电网络无功动态补偿是改善设备利用率的需要。这是因为，在相同的电流和电压下，提高功率因数能够增大线路的传输能力。其次，推行配电网络无功动态补偿是减少电压变动的需要。最后，推行配电网络无功动态补偿是减少线损的需要。
2.2 配电网络无功动态补偿的实现方案
通常来讲，配电网无功动态补偿方式可分为：变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上线路无功补偿以及用户终端补偿四大类。
首先，变电站集中补偿方式是把补偿装置安装在10kv变电站的母线上，这种方式能够对整个配电网进行集中补偿，从而降低全网的无功负荷传输，降低线损。由于这种补偿方式便于管理且运行维护方便，因而这种补偿方式在实际配电网络中得到了广泛应用。
其次，配电站变压器集中补偿主要通过计算机控制无功补偿装置的方法。它根据用户的无功负荷波动来调节无功补偿装置，从而满足用户的用电需求。这种方式提高了变压器的利用率，并且减少了无功负荷向电网中的流动，就地平衡，保证了供电质量。
再次，杆上线路无功补偿方式是供给感性负荷所消耗的部分无功功率，减少无功功率在电网中的流动，降低线损，从而提高系统的功率因数，减少电压波动，提高供电质量，改善供电环境。这种补偿方式具有投资小、见效快、易于维护的优点。
最后，用户端的就地补偿方式是将无功补偿装置安装在异步电动机或者电感性用电设备附近，从而进行就地补偿。这种补偿方式可以再用户端直接就地平衡，提高设备的功率因数，设备维护方便。
对于10kv及以下的配电网补偿装置，当前较为成熟的无功动态补偿装置是可控硅动态无功补偿装置SVC。它是利用晶闸管可控硅的开关原理，瞬时的改变无功功率，用以补偿或者吸收负载所需的功率。
3 10kv及以下配电网的无功动态优化算法
3.1 10kv及以下配电网潮流计算方法
这些年来，随着配电网络自动化系统的发展，配电网的无功动态补偿优化算法也逐渐引起人们的重视。本文选择潮流计算方法作为研究对象。潮流计算式整个配电网络分析的基础和工具，被广泛运用在运行分析、电网调度以及规划设计等方面。而由于与输电网相比，配电网有着自身的特点，所以如果直接将输电系统中使用的潮流算法运用至配电网中去，会使得算法的性能大大下降，甚至无法达到收敛的效果。目前，配电网的潮流算法主要可以分为节点法和支路法两大类。二者存在有一定的差异。节点法主要包括牛顿潮流算法和Zbus潮流算法。前者是通过各个节点电压计算节点的功率，从而判断一下是否满足收敛条件，如果不满足，再根据潮流残压方程修正节点电压，再求出此时的节点功率，判断是否收敛。再通过迭代计算的方法，直至各个节点的功率满足收敛条件，算法才得以完成。从中可见，牛顿潮流算法原来简单，但是需要大量的计算，并且收敛性不是很好。后者则是分别计算出松弛节点独立作用于整个配电网情况下的某节点的电压 以及只有等值注入电流作用的节点电压 ，通过叠加原理计算得出 。如此便可以求得该节点电压值。可以看出，Zbus潮流算法原理简单，但是误差较大。支路法主要包括回路阻抗法和前推回代潮流算法。前者的处理环网能力比较强，并且迭代次数不会随着系统节点数或者环路数的增加而发生较大变化，故而收敛的稳定性好，但是由于其节点和支路编号的处理较为复杂，计算所占系统内存较大，因而如果应用在节点较多的配电网中会有一定的局限性。而后者计算原理简单，具有数值稳定和收敛速度快的优点，并且不需要大量复杂的矩阵运算，占用的内存较少。利用这种优化计算方法可以适用于当前普遍使用的辐射型配电网潮流算法。具体使用哪种算法还需根据实际案例具体分析。
3.2 实例分析
以广西省西林县电网为例，该县城的城西线路为县城北变电所的主要干线。由于线路较短，负荷较大并且有一些达不到100kvA的变台。所以实施10kv线路自动补偿与变台自动补偿相结合的补偿方式。首先对100kvA以上的变台而言，需要根据变压器容量在低压侧主干线上进行动态补偿，同时10kv线路采用高压动态无功补偿装置的方法。根据实际经验，线路采用150kvar容量分点布置。进而，根据每月的供电量以及线路的长度，可以设置2个分布点。即在整体线路的五分之二和五分之四处分别设置，容量共计300kvar。通过以上的补偿方式，一共可以设置1760kvar补偿容量。
3.3 无功动态补偿对经济效益的影响分析
从以上的分析中可以看出，推行无功动态补偿具有重要的意义。如果对降低损耗的影响进行定量分析的话，这里以县电力公司为例说明。从变电站母线到变压器装置的线路电阻为1.15欧，传输功率为170kw。当功率因子从0.667提高至0.98时，线路的电流从14.72A下降到10.02A。计算可得，线路的每年电量损耗将从6565kwh下降至3041kwh。这确实是一大笔的节约。并且，这里没有考虑变压器的损耗以及部分低压线路损耗的补偿所带来的效益。以上仅仅是无功动态补偿减低损耗角度计算得到的损耗减少值。如果再将降低输电配电网损耗以及节约建设投资等方面的因素，无功动态补偿对经济效益的影响将会更加可观。
4 结论
综上所述，有效的无功动态补偿方法可以对10kv及以下配电网有着明显的优化作用，并且产生可观的经济效益。当然，与此同时，还有一些问题亟待解决。具体确定补偿容量以及位置时，并没有进行优化，这就不能充分体现配电网损最小、年运行维护费用最低以及支出费用最小，这三个最小的统一。因而，如何能够进一步实现“三个最小”是一个迫切需要解决的问题。本文通过从推行配电网络无功动态补偿的意义入手，讨论了配电网络无功动态补偿实现的技术方法。进而，在此基础上，列举实例详述补偿方案的确定以及实施无功动态补偿对经济效益的影响，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]李建海，张帅.10kv及以下配电网无功动态补偿应用[J].农村电工，2010（10）.
[2]刘科研，盛万兴，李运华.基于改进潮流算法的无功优化[J].电网技术，2007（31）.