基于全网无功优化的配电网无功优化系统的设计
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摘 要 在社会电网规模不断扩大的背景下，电网电压管理系统日益复杂化，特别是电压无功优化这一问题，已经成为制约电网建设和发展的重要因素之一。本文主要探讨和研究了一种集合了电压无功分析、规划、控制以及报表于一体的可视化无功优化系统，希望能够为进一步改善配电网的电压无功优化设计方案贡献一份力量。
1 全网无功优化的概念及设计思路
所谓全网无功优化，就是以配电网全网的安全运行、设备正常运转为前提，将不同节点的电压合格因数以及关口功率因数作为约束条件，主要利用发电机电压、变压器分接头的调整，并联电容器、静止补偿器的投切等方式来对不同负荷条件下的动态电压进行跟踪和无功调节，从而达到安全与经济效益的统一。通过全网无功优化，能够充分利用有限的资源对电网进行安全管理。由于配电网处在整个电网的末端，多为辐射状分布，不仅节点众多么企鹅接线十分复杂。由于节点分布广，往往很难将各个节点都纳入到全网无功优化中，且各节点全部优化的速度也比较慢，无法达到理想的效果。
配电网具有开环运行、闭环设计的特点，因此，在进行全网电压无功优化时，可以按照电压等级将整个配电网划分为低、中、高三级，并将各级电网细分为多个优化单元，为了方便管理，优化单元应为10KV之上的配电网或者某一个台区、馈线。由于下级电网的全网电压无功优化对上级电网有着重要的影响，需保证下级电网中的各个优化单元均实现全局优化后，再对上级电网进行全局无功优化，在这一过程中，要充分考虑到下级电网进行无功优化后，是否会对上级电网产生影响。
2 可视化无功优化系统的功能
该可视化无功优化系统主要由以下几个模块组成：电压无功分析模块、无功规划模块、图形系统模块、无功控制模块以及电压无功报表模块。
2.1 图形系统
图形系统的主要功能是实现图模库一体化，保证电力图形绘制、电力对象数据库操作能够同时进行，同时还要建立一种连接拓扑模型。图模库一体化对附有连接意义的电力系统接线图的绘制有着重要的作用。本研究开发设计的图形系统主要具备如下功能：
（1）能够执行图像缩放、任意漫游等基本操作。
（2）能够进行动态着色，结合系统的实际运行情况，可对系统中设备的运行状态进行确定。
（3）附带图元编辑系统，能够方便用户对图元进行自定义。
（4）录入设备参数、设备运行数据，对网络节点进行自动编号，及时查出拓扑连接错误并准确定位对应的设备，将设备想要定位的设备进行编号，并将被定位设备投放到图形编辑系统上，跟踪和记录线损数据、潮流数据。
2.2 无功分析
传统电网电压无功优化往往忽视了电压分析，用户不能获取设备的实际运行情况。该可视化无功优化系统中的电无功分析模块，能够方便用户对电网整个结构和设备的具体运行数据作更加全面的分析，同时还提供了具体的分析结果以及可行性解决措施，能够让用户准确掌握设备运行状况，及时了解到无功补偿的效益。对于高压电网，其电压无功分析主要包含以下内容：计算潮流，分析变压器的经济运行趋于和运行曲线，分析变压器的无功运行状态，对电容器的投切情况和利用率进行分析。对于中压电网，其电压无功分析主要包含以下内容：计算潮流，分析变压器、馈线的无功运行状态，分析配变、馈线的无功补偿效益，对电容器的投切情况和利用率进行分析。
2.3 无功规划
配单网的电压无功规划是通过计算对无功补偿设备的类型、安装位置以及容量进行最优规划，从而降低设备损耗，提高电网的运行效率，进一步节省投资费用。
在传统高压配电网电压的无功规划项目中，无功补偿装置的容量通常是主变压器容量数值的10～30%，中压配电网电压的无功规划项目中，无功补偿装置的容量通常是配变容量数值的20～40%。受经济因素等条件的限制，低压电网在无功配置方面往往比较落后，无功需通过电网进行长距离输送。该可视化无功优化系统对传统无功补偿方法作了改进，从全网无功优化策略出发，按照从上至下的原则，对不同电压等级电网进行了分层优化。首先，按照低压电网的具体负荷情况，对该电网中的各个台区实行全局无功优化设计和计算，以达到无功设备最优配置。其次，对中压电网中的各条馈线实行全局无功优化设计和计算，在计算时需充分考虑到下级电网无功优化所产生的影响。最后，以高压电网为一个整体的优化单元，结合无功装置、发电厂以及变压器分接头等组成部分进行优化设计和计算，并在负荷部分的计算中纳入下级电网电压无功优化所产生的影响。
2.4 无功控制与无功报表
无功控制主要指以无功补偿装置既定为前提，结合具体负荷变化情况来拟定无功补偿设备控制方案（设备投切、变压器抽头定位等），并在满足电压质量要求的同时，尽可能减小网损或线损，以节约运行费用。该可视化无功优化系统主要通过负荷预测功能，对未来的负荷曲线进行预测，并结合这一短期预测的结果，制定针对性的无功控制方案。除了系统的报表定制功能以外，该系统还提供了自定义报表模块，用户能够结合自身的需要使用自定义报表，这一功能为供电企业的基本工作和考核提供了重要支持。
3 结束语
在配电网的运行管理中，传统电网电压无功优化有着诸多弊端，如无功电力运行机制复杂，存在重复性建设问题，多级设备虽然投资多，但是实际利用率低下，无功优化软件的功能相对单一，且忽视了无功分析，无功补偿只顾及到局部，忽视了整体等。为了进一步完善电压无功优化设计，使配电网安全、有序地运行，有必要设计一套融合了管理功能与分析功能的可视化无功优化系统，对配电网全网进行分层、分区电压无功优化，保证能够对配电网结构及其设备的运行情况进行全面监控、分析、规划和控制，从而不断提高配电网的电压无功优化水平，为电力企业的经营决策提供更加可靠的信息支持，进一步提升电压质量、节约运行成本以及减少线路损耗，最终实现企业经济效益最大化。
参考文献
[1]李正新.10kV以下配电网无功电压优化及控制系统研究[D].长沙理工大学，2013.
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[3]周云成，朴在林，付立思，罗岩.10kV配电网无功优化自动化控制系统设计[J].电力系统保护与控制，2011，02：125-130.
作者单位
国网河南荥阳市供电公司 河南省荥阳市 450100