配电网中无功补偿的优化

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【摘 要】随着电网容量和用电设备的增加，用户对电力系统无功的要求也与日俱增。10kV配电网中无功不平衡会导致系统功率因数和电压降低，网络传输能力下降，网损增加，使电气设备得不到充分的利用，严重时还会导致设备的损坏。电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的一项有效手段，是降低网络有功损耗、提高电压质量的重要措施，具有非常重要的理论价值与现实意义。

电力系统无功优化是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题，其操作变量既有连续变量又有离散变量，优化过程十分复杂。本文介绍了电力系统无功优化领域的研究现状及其发展和几种无功优化的方法。

【关键词】无功优化；遗传算法

1 配电网无功优化的目的及意义

无功补偿是指在配电系统中安装并联电容器等容性设备。这些设备可供给感性负荷所消耗的部分无功功率，对电网中的无功功率进行补偿，从而降低线路的电能损耗并提高系统的功率因数，改善电网的运行条件。提高功率因数有着重要的意义，它可以提高设备出力，降低电网中输电线路上的有功损耗和电能损耗，同时还可以降低配电系统的线损电压，减少电压波动，改善供电质量。

无功优化是指在电力系统运行期间，调度人员如何在有功功率分配这一条件下，利用无功控制手段来调整系统的无功潮流分布，使得电力系统既能满足各种约束条件，又能实现系统有功损耗最小等预定目标。

电能的质量及其生产的经济性是供电部门高度重视的问题，开展无功优化工作将在工程实践中产生重要的作用和显著的经济效益：

（1）改善电压质量。为电压无功调度提供全局优化的科学依据，而不是凭经验和直觉。无功优化调度可保证稳态情况下良好的电压质量，提高电压合格率。

（2）降低有功网损。降低网损是供电部门减小供电成本的重要突破口，也是增加供电量的重要手段。无功优化调度可使网损下降约10%-15%。

（3）提高设备利用率。通过无功优化规划，科学地提高用户端的功率因数，能明显提高现有网络的供电能力。这对网架较薄弱的电网有重要的意义。

2 无功优化的方法

由于无功优化模型的处理不同以及优化目标函数的选择不同，所使用的优化方法也有差异。目前主要两大类优化方法：一类传统的优化算法，这类算法从某个初始点出发，按照一定的轨迹不断改进当前解，最终收敛于最优解。这类优化算法主要有线性规划法、非线性规划法、混合整数规划法、动态规划法；

该类方法经历了三个阶段，第一是仅考虑等式约束的基于拉格朗日函数的等网损微增率准则，该准则概念清楚、简捷快速，在电力系统运行调度和方式制订上作用显著，尤其是凭经验进行的决策；第二是考虑不等式约束的各类优化算法，如梯度类算法、线性规划法、二次规划法及混合整数规划法等；第三是障碍函数类算法，如内点法，该类算法具有计算速度与求解问题规模不大相关等特殊优点，因而成为优化研究领域的一个热点。

另一类是智能优化算法，它们从一个初始解群体开始，按照概率转移原则，采集某种方式自适应地搜索最优解人工智能算法是一种以一定的直观基础而构造的算法。近年来，基于对自然界和人类本身的有效类比而获得启示的智能算法在电力系统无功优化中的应用受到了人们的关注，具有代表性的有人工神经网络、粒子群算法、模拟退火法、遗传算法等。智能方法是无须解析表达就能进行优化的方法，包括具有不同智能程度的一系列搜索优化算法。它们以一个初始解群开始，按照概率转移原则，采用某种方式搜索最优解。以遗传算法、模拟退火法等为代表的智能搜索算法，对于搜索空间基本上不需要什么限制性假设，因而具有全局寻优能力，弥补了传统数学规划方法的不足，在电力系统无功优化中得到了成功的应用。

3 无功优化方法的优劣比较

4 总结

电力系统的运行管理不仅要重视其安全可靠性，同时还要考虑运行的经济性及其对企业和社会效益的影响。随着电力系统的迅速发展，电网规模越来越大，结构也日趋复杂，系统的稳定性问题变得更加突出。如何在保证安全可靠的同时科学的利用和优化系统资源配置，实现科学的管理，降低系统损耗，提高供电电压品质，最终提高企业效益与社会效益都越来越受到人们的关注与重视。人们对电力系统无功优化问题的研究是很活跃的，也是很有成效的，它经历了一个漫长的发展过程，不断地推出了许多新的日益成熟的方法。但是由于数学理论的局限及问题的复杂性，使得到目前为止，仍没有一种比较通用、合理、有效、能达到实时控制要求的配电网无功优化方法。

参考文献：

[1]翁利民，靳剑峰.电力系统无功优化方法综合分析[J].电力电容器， 2004.2（2）：1-6.

[2]王勤，等.考虑电压稳定性的电力系统多目标无功优化[J].电力系统自动化，1999.23（3）：31-34.