论文部分内容阅读
【摘 要】智能电网建设在电力网络发展过程中所占的比例越来越高，促进了电力能源在多种生产生活方式中的应用，为社会经济的健康发展做出了巨大的貢献。与此同时，在智能电网的运行过程中，需要安装大量的非线性设备，以保证电网运行的质量和稳定性，这些设备在运行过程中会产生无功功率，给电网的整体运行带来较大的负担。深入研究智能电网运行条件下的无功补偿技术，不仅能够降低无功功率的负面影响，还能提升电网经营企业的经济效益，文章就此展开分析。
【关键词】无功补偿;智能电网;电力系统
【中图分类号】TM714 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）11-0106-02
智能电网的发展在我国电力系统建设过程中取得了较大的进展，不仅为社会生产生活做出了巨大的贡献，还提升了我国电力技术在国际市场上的竞争力，对我国国际地位的提高起到了重要的促进作用。智能电网的整体运行是建立在非线性电力设备运行基础之上的，这些设备在运行过程中会造成无功功率的增加，不仅会对电网运行的稳定性造成极大的影响，而且一定程度上还会影响电力用户的使用体验，给电力企业带来负面的影响。
1 智能电网中电力无功补偿技术应用的必要性
在智能电网的运行过程中，大量非线性设备的作用，不仅会降低电网线路输变电的供电能力，还会造成线路运行的电压损失不断增大，进而造成电能的损耗。在电力用户的实际使用过程中，如果电压下降至一定程度，使电气设备的容量不能得到有效发挥，不仅会影响电力企业的经营效益，在严重的情形下，还会造成电气设备损坏。在这种情况下，必须选择合理的补偿装置，在采用对应的处理措施的基础上，降低智能电网的损耗，提高整体供电效率，最大限度地降低电网的运行损耗，为电力用户提供更加稳定、安全的电力能源服务。
2 智能电网无功补偿的方式
对于不同电压规格的电网，其补偿方式存在较大的差别，本文主要讨论110 kV及以上电网电力无功补偿和10 kV以下电网电力无功补偿两种情形。
2.1 110 kV及以上电网电力无功补偿技术
对于110 kV电网的无功补偿，主要是基于变电站之内对电容器进行分组投切，从而由自动电压控制系统依照智能设定的控制策略进行调节。在满足电网运行和无功需求的前提下，按照电网运行的不同需求来自动投切对应数量的电容器分组，进而对电网的无功补偿进行科学调节，其补偿标准是在正常情形下，110 kV变电站的功率因数在用电高峰阶段还能够维持在0.95以上。采用变电站集中补偿的方式，能够合理调节智能电网的功率因数，提高终端变电站的运行电压。
2.2 10 kV母线以下智能电网电力的无功补偿方式
110 kV的电力无功补偿设备一般安装在10 kV的母线上，能够提高巡检工作的便利性和维护工作的效率，但是其对10 kV以下的配电网无法起到降损的作用。随着智能电网运行质量要求的提高，对于配电网的无功补偿进入实际应用阶段。通常情形下，这方面工作的开展有以下3种方式。
（1）杆上无功补偿。杆上无功补偿方式，即在架空线路上的杆塔上安装相应的补偿设备，从而达到提升输电电压、降低电能损耗的目的。杆上无功补偿的方式在应用过程中能够进行集中布设，提高设备的利用效率，还能够节省占地空间，从长距离电网进行整体控制。但是安装在杆上的并联电容器距离变电站较远，在出现设备故障时不容易进行控制和维修，并且在采用固定电容补偿的情形下，如果电网荷载量较小，就会出现过电压和过补偿的情形。
（2）低压集中补偿。低压集中补偿方式在我国智能电网的发展过程中应用范围最为广泛，采用这种方式时，在用户负荷发生较大波动的情况下，补偿装置能够自动分析电网运行的实际情况，根据实际设定的标准进行自动配置，从而实现跟踪补偿的目的。该方式接线线路比较简单，对于维护运行的要求不高，补偿效果较好，并且成本投入不高，具有较为广泛的应用范围。但是，该方式的投切运行是整组进行的，无法进行平滑调节，所以对于电压补偿范围较大的情况，可能会出现补偿不足或者补偿过度的情况。
（3）用户终端分散补偿。用户终端分散补偿的方式，又被称为分组补偿，其补偿点是直接作用在电力用户使用的终端部位，能够将电网损耗和电压水平维持在最优的组合水平，以此达到最佳的补偿效果。但是在采用这种方式的情况下，实际的补偿点分布范围比较混乱，对于整体控制工作的效率要求较高，在出现故障时处理不便，并且在用户电力荷载较低的情况下，补偿器会处于闲置的状态，造成资源浪费。
3 合理确定补偿容量和补偿度
智能电网在运行过程中，造成无功功率产生的非线性设备复杂多样，这些设备的安装方式和布置情况，包括电缆质量和数量等多方面因素都会造成电力无功功率的产生，为了确保智能电网运行的整体水平达到设计要求，不仅要在实际运行过程中选择合适的补偿方式，还要对补偿度进行科学计算，从而在满足补偿要求的情况下，达到经济效益的优化。在目前的电力无功补偿技术应用过程中，确定补偿度与补偿容量主要有2种方法。
3.1 估算法
估算法在初期智能电网的运行过程中应用比较广泛，根据不同的电网类型，其估算方式一般有以下3种：一是容量估算法，对于国家电网的相关企业而言，必须依照最新版本的《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》进行合理确认，在对补偿的必要性进行确认的基础上，根据电网系统运行的实际需要，依照不同的标准进行估算。二是2/3法，将无功补偿装置布置在线路的2/3处，而将最佳配置容量设定为总无功负荷的2/3。三是等面积法，也就是将补偿容量和补偿度的确定与时间关联起来，使无功补偿能够达到较好的效果。整体而言，采用估算法确定补偿容量和补偿度具有简单快速的特点，为智能电网的安全稳定运行奠定良好的基础，但是随着智能电网的运行水平不断提高，对于技术水平的要求越来越高，使得这种粗放式的管理方法已经不能满足实际管理工作的需要，甚至在某些情况下不仅无法达到无功补偿的目的，反而造成不必要的损失，在这种情形下，就需要基于计算机技术的手段，进行智能运行。 3.2 智能运算
智能算法是将智能电网运行中对无功功率作用的影响因素进行数学分析，在确定各种影响因素的基础上进行数据建模，从而确定最佳的补偿容量和补偿度。建模的目标是将智能电网的损失和无功补偿设备的成本投资之和降到最低，其影响因素主要包括以下几个方面：电压要能够达到智能电网输送的要求、无功补偿后的容量要小于总容量、无功补偿设备每天的动作次数不能超过相应的动作限值、费用投资要限定在科学的投资额度之内。此外，还要建立对应的数据关系方程式。由于数據关系方程式中所考虑各个因子参数的比例不同，在实际计算过程中，会产生多种不同的计算结果。在这种情况下，如果采用人工计算的方式，不仅计算量巨大，还会使最终结果之间产生较大的误差，因此必须采用智能运算的方式。目前在行业内应用范围比较广泛的智能算法有遗传算法和粒子群算法两种，无论采用哪种方式，都需要在实际应用的基础上选择最优的方式，从而确保无功补偿技术的应用达到最佳结果。
4 无功补偿的原则
智能电网在运行的过程中，电力无功补偿是必不可少的环节，这方面的工作对于智能电网的运行水平和电网企业的经济效益都有着巨大的影响，因此在进行技术分析的过程中，必须从一定的原则出发，从而确保无功补偿技术应用的科学性。一是要坚持综合补偿原则，电网运行过程中三相电和两相电之间运行负荷的不同会对电能质量产生较大的影响，在这种情形下如果仅采用单相补偿的方式，将会打破电网的三相平衡，从而使总体运行成本不断提高。二是要坚持固定补偿与动态补偿相结合的原则，由于智能电网设备的运行中非线性设备较多，电力用户对电力能源的需求也不断朝着多样化发展，传统的无功补偿模式已经无法适应电网运行的实际需要。随着智能电网建设水平的不断提高，在未来的发展过程中，必须将固定补偿与动态补偿的方式结合起来，从而满足智能电网实际运行的需要。三是要坚持经济性原则，智能电网运行之中，做好无功补偿的根本目的是在确保电网运行质量的前提下，尽量提升电网运行企业的经济效益，因此在设计无功补偿方案时，必须对其资金投入和经济效益进行科学测算，一般情况下，要确保无功补偿设备的投入和施工成本在1～3年之内在满足电网功率因数情况下能够全部回收。对于部分供电质量要求不高的地区，则要求在2年之内满足补偿回报。
5 结语
智能电网应用范围的不断扩展，对电网运行的质量提出了更高的要求，利用智能化技术不断提高电力无功补偿的技术水平，研究与电网结构相适应的无功补偿组合方式，提升无功补偿应用所带来的经济效益，为电力用户提供更加稳定、高效的电力能源服务，为社会经济发展做出更大的贡献，是践行电力企业战略目标的重要形式。
参 考 文 献
[1]徐桂华.当前我国电网变电站中的无功补偿技术改进[J].通信电源技术，2018，35（10）：10-11，14.
[2]金一丁，于钊，李明节，等.新一代调相机与电力电子无功补偿装置在特高压交直流电网中应用的比较[J].电网技术，2018，42（7）：2095-2102.
[3]荆杰，曹琪娜，江浩侠，等.10 kV线路杆上补偿与配变低压侧补偿的对比分析[J].宁夏电力，2018（1）：13-18.
【关键词】无功补偿;智能电网;电力系统
【中图分类号】TM714 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）11-0106-02
智能电网的发展在我国电力系统建设过程中取得了较大的进展，不仅为社会生产生活做出了巨大的贡献，还提升了我国电力技术在国际市场上的竞争力，对我国国际地位的提高起到了重要的促进作用。智能电网的整体运行是建立在非线性电力设备运行基础之上的，这些设备在运行过程中会造成无功功率的增加，不仅会对电网运行的稳定性造成极大的影响，而且一定程度上还会影响电力用户的使用体验，给电力企业带来负面的影响。
1 智能电网中电力无功补偿技术应用的必要性
在智能电网的运行过程中，大量非线性设备的作用，不仅会降低电网线路输变电的供电能力，还会造成线路运行的电压损失不断增大，进而造成电能的损耗。在电力用户的实际使用过程中，如果电压下降至一定程度，使电气设备的容量不能得到有效发挥，不仅会影响电力企业的经营效益，在严重的情形下，还会造成电气设备损坏。在这种情况下，必须选择合理的补偿装置，在采用对应的处理措施的基础上，降低智能电网的损耗，提高整体供电效率，最大限度地降低电网的运行损耗，为电力用户提供更加稳定、安全的电力能源服务。
2 智能电网无功补偿的方式
对于不同电压规格的电网，其补偿方式存在较大的差别，本文主要讨论110 kV及以上电网电力无功补偿和10 kV以下电网电力无功补偿两种情形。
2.1 110 kV及以上电网电力无功补偿技术
对于110 kV电网的无功补偿，主要是基于变电站之内对电容器进行分组投切，从而由自动电压控制系统依照智能设定的控制策略进行调节。在满足电网运行和无功需求的前提下，按照电网运行的不同需求来自动投切对应数量的电容器分组，进而对电网的无功补偿进行科学调节，其补偿标准是在正常情形下，110 kV变电站的功率因数在用电高峰阶段还能够维持在0.95以上。采用变电站集中补偿的方式，能够合理调节智能电网的功率因数，提高终端变电站的运行电压。
2.2 10 kV母线以下智能电网电力的无功补偿方式
110 kV的电力无功补偿设备一般安装在10 kV的母线上，能够提高巡检工作的便利性和维护工作的效率，但是其对10 kV以下的配电网无法起到降损的作用。随着智能电网运行质量要求的提高，对于配电网的无功补偿进入实际应用阶段。通常情形下，这方面工作的开展有以下3种方式。
（1）杆上无功补偿。杆上无功补偿方式，即在架空线路上的杆塔上安装相应的补偿设备，从而达到提升输电电压、降低电能损耗的目的。杆上无功补偿的方式在应用过程中能够进行集中布设，提高设备的利用效率，还能够节省占地空间，从长距离电网进行整体控制。但是安装在杆上的并联电容器距离变电站较远，在出现设备故障时不容易进行控制和维修，并且在采用固定电容补偿的情形下，如果电网荷载量较小，就会出现过电压和过补偿的情形。
（2）低压集中补偿。低压集中补偿方式在我国智能电网的发展过程中应用范围最为广泛，采用这种方式时，在用户负荷发生较大波动的情况下，补偿装置能够自动分析电网运行的实际情况，根据实际设定的标准进行自动配置，从而实现跟踪补偿的目的。该方式接线线路比较简单，对于维护运行的要求不高，补偿效果较好，并且成本投入不高，具有较为广泛的应用范围。但是，该方式的投切运行是整组进行的，无法进行平滑调节，所以对于电压补偿范围较大的情况，可能会出现补偿不足或者补偿过度的情况。
（3）用户终端分散补偿。用户终端分散补偿的方式，又被称为分组补偿，其补偿点是直接作用在电力用户使用的终端部位，能够将电网损耗和电压水平维持在最优的组合水平，以此达到最佳的补偿效果。但是在采用这种方式的情况下，实际的补偿点分布范围比较混乱，对于整体控制工作的效率要求较高，在出现故障时处理不便，并且在用户电力荷载较低的情况下，补偿器会处于闲置的状态，造成资源浪费。
3 合理确定补偿容量和补偿度
智能电网在运行过程中，造成无功功率产生的非线性设备复杂多样，这些设备的安装方式和布置情况，包括电缆质量和数量等多方面因素都会造成电力无功功率的产生，为了确保智能电网运行的整体水平达到设计要求，不仅要在实际运行过程中选择合适的补偿方式，还要对补偿度进行科学计算，从而在满足补偿要求的情况下，达到经济效益的优化。在目前的电力无功补偿技术应用过程中，确定补偿度与补偿容量主要有2种方法。
3.1 估算法
估算法在初期智能电网的运行过程中应用比较广泛，根据不同的电网类型，其估算方式一般有以下3种：一是容量估算法，对于国家电网的相关企业而言，必须依照最新版本的《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》进行合理确认，在对补偿的必要性进行确认的基础上，根据电网系统运行的实际需要，依照不同的标准进行估算。二是2/3法，将无功补偿装置布置在线路的2/3处，而将最佳配置容量设定为总无功负荷的2/3。三是等面积法，也就是将补偿容量和补偿度的确定与时间关联起来，使无功补偿能够达到较好的效果。整体而言，采用估算法确定补偿容量和补偿度具有简单快速的特点，为智能电网的安全稳定运行奠定良好的基础，但是随着智能电网的运行水平不断提高，对于技术水平的要求越来越高，使得这种粗放式的管理方法已经不能满足实际管理工作的需要，甚至在某些情况下不仅无法达到无功补偿的目的，反而造成不必要的损失，在这种情形下，就需要基于计算机技术的手段，进行智能运行。 3.2 智能运算
智能算法是将智能电网运行中对无功功率作用的影响因素进行数学分析，在确定各种影响因素的基础上进行数据建模，从而确定最佳的补偿容量和补偿度。建模的目标是将智能电网的损失和无功补偿设备的成本投资之和降到最低，其影响因素主要包括以下几个方面：电压要能够达到智能电网输送的要求、无功补偿后的容量要小于总容量、无功补偿设备每天的动作次数不能超过相应的动作限值、费用投资要限定在科学的投资额度之内。此外，还要建立对应的数据关系方程式。由于数據关系方程式中所考虑各个因子参数的比例不同，在实际计算过程中，会产生多种不同的计算结果。在这种情况下，如果采用人工计算的方式，不仅计算量巨大，还会使最终结果之间产生较大的误差，因此必须采用智能运算的方式。目前在行业内应用范围比较广泛的智能算法有遗传算法和粒子群算法两种，无论采用哪种方式，都需要在实际应用的基础上选择最优的方式，从而确保无功补偿技术的应用达到最佳结果。
4 无功补偿的原则
智能电网在运行的过程中，电力无功补偿是必不可少的环节，这方面的工作对于智能电网的运行水平和电网企业的经济效益都有着巨大的影响，因此在进行技术分析的过程中，必须从一定的原则出发，从而确保无功补偿技术应用的科学性。一是要坚持综合补偿原则，电网运行过程中三相电和两相电之间运行负荷的不同会对电能质量产生较大的影响，在这种情形下如果仅采用单相补偿的方式，将会打破电网的三相平衡，从而使总体运行成本不断提高。二是要坚持固定补偿与动态补偿相结合的原则，由于智能电网设备的运行中非线性设备较多，电力用户对电力能源的需求也不断朝着多样化发展，传统的无功补偿模式已经无法适应电网运行的实际需要。随着智能电网建设水平的不断提高，在未来的发展过程中，必须将固定补偿与动态补偿的方式结合起来，从而满足智能电网实际运行的需要。三是要坚持经济性原则，智能电网运行之中，做好无功补偿的根本目的是在确保电网运行质量的前提下，尽量提升电网运行企业的经济效益，因此在设计无功补偿方案时，必须对其资金投入和经济效益进行科学测算，一般情况下，要确保无功补偿设备的投入和施工成本在1～3年之内在满足电网功率因数情况下能够全部回收。对于部分供电质量要求不高的地区，则要求在2年之内满足补偿回报。
5 结语
智能电网应用范围的不断扩展，对电网运行的质量提出了更高的要求，利用智能化技术不断提高电力无功补偿的技术水平，研究与电网结构相适应的无功补偿组合方式，提升无功补偿应用所带来的经济效益，为电力用户提供更加稳定、高效的电力能源服务，为社会经济发展做出更大的贡献，是践行电力企业战略目标的重要形式。
参 考 文 献
[1]徐桂华.当前我国电网变电站中的无功补偿技术改进[J].通信电源技术，2018，35（10）：10-11，14.
[2]金一丁，于钊，李明节，等.新一代调相机与电力电子无功补偿装置在特高压交直流电网中应用的比较[J].电网技术，2018，42（7）：2095-2102.
[3]荆杰，曹琪娜，江浩侠，等.10 kV线路杆上补偿与配变低压侧补偿的对比分析[J].宁夏电力，2018（1）：13-18.