配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償與管理系統(tǒng)研究及A地區(qū)無(wú)功優(yōu)化實(shí)踐

1、PAGE 5配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償與管理系統(tǒng)研究及秦皇島青龍地區(qū)無(wú)功優(yōu)化實(shí)踐摘 要配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化問(wèn)題已經(jīng)成為影響電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一，針對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)乃惴ê头绞降难芯繉映霾桓F，在未來(lái)面對(duì)智能化電網(wǎng)的基本條件下，如何實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化的自動(dòng)化與智能化控制是至關(guān)重要的，特別是針對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的一系列控制方式，是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)。本文以配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕纠碚摓榛A(chǔ)，對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)某绷饔?jì)算、遺傳算法以及配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先文中對(duì)潮流計(jì)算的各種算法展開(kāi)探討，指出潮流計(jì)算的速度和收斂程度在很大程度上會(huì)影響無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化的最終效果，并以改進(jìn)的牛頓法、前推回代法以及回

2、路法進(jìn)行了分析；然后對(duì)傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行分析，并結(jié)合配電網(wǎng)多變量的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)的主要內(nèi)容包括有采取十進(jìn)制編碼的方式、建立適應(yīng)度函數(shù)、采取自適應(yīng)的方式確定交叉概率和變異概率、對(duì)交叉與變異操作實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，最終確定了改進(jìn)遺傳算法在配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用流程；最后提出了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，認(rèn)為采取多機(jī)控制的三級(jí)結(jié)構(gòu)模式較為合理，能夠滿足當(dāng)前智能化電網(wǎng)發(fā)展的基本需求，能夠較好地解決傳統(tǒng)SCADA控制系統(tǒng)的局限性，并取得了直觀、高效及擴(kuò)展性強(qiáng)的功效，之后將該系統(tǒng)與秦皇島青龍地區(qū)的無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行實(shí)踐結(jié)合，給出了主要的操作實(shí)現(xiàn)功能。從整個(gè)研究過(guò)程來(lái)看，改進(jìn)的遺傳算法更能夠有效

3、地實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償效率的提升，同時(shí)以此為基礎(chǔ)的配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了降低電網(wǎng)損耗，提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的目標(biāo)，基本上滿足了當(dāng)前配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化的實(shí)際需求。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化；潮流計(jì)算；遺傳算法；控制系統(tǒng)AbstractThe reactive power compensation problem has become an important part of the stable operation of the grid system for the distribution of reactive power compensation algorithm and

4、 the way research emerging， under the basic conditions for the future face of the intelligent grid， distribution network optimized automation and intelligent control of reactive power compensation is vital， especially for a series of control methods with reactive power compensation devices， intellig

5、ent basis.Based on the theory of the distribution network， this article reactive power compensation， reactive power compensation of flow calculation of the distribution network reactive power compensation， genetic algorithms and distribution network management system has been studied. Flow calculati

6、on algorithm first paper discusses that the speed of the flow calculation and the convergence of the degree will largely affect the final results of optimization of reactive power compensation， and to improve Newtons method， the former backward substitution method and loop method analysis; tradition

7、al genetic algorithm， combined with the distribution network variable characteristics of the traditional genetic algorithm has been improved， and improved take the decimal encoding of the way， the establishment of the fitness function， and to take adaptive way to determine the crossover probability

8、and mutation probability， crossover and mutation operation to improve， to finalize the application process improved Genetic Algorithm in reactive Power compensation; Finally， the overall structure of the management system with reactive power compensation that take the tertiary structure of multi-mac

9、hine control model is more reasonable， able to meet the basic needs of the development of intelligent power grid， which can solve the limitations of traditional SCADA control system， and intuitive， efficient and scalable efficacy after the system with the a region of the reactive power compensation

10、operation practice， given the major operating functions.The entire course of the study， the genetic algorithm can effectively enhance the efficiency of Reactive Power Compensation as a distribution network based on reactive power compensation system design， reduce network losses， upgrade power grid

11、run stability of the target， basically to meet the actual needs of the current distribution network optimization of reactive power compensation.Keywords: distribution network; optimization of reactive power compensation; flow calculation; genetic algorithm; control system目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLIN

12、K l _Toc328171329 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc328171329 h 1 HYPERLINK l _Toc328171330 1.1 研究背景及其意義 PAGEREF _Toc328171330 h 1 HYPERLINK l _Toc328171331 1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述 PAGEREF _Toc328171331 h 2 HYPERLINK l _Toc328171332 1.2.1 國(guó)外研究文獻(xiàn)綜述 PAGEREF _Toc328171332 h 2 HYPERLINK l _Toc328171333 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究文獻(xiàn)綜述 PAGEREF _To

13、c328171333 h 3 HYPERLINK l _Toc328171334 1.3 論文主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc328171334 h 5 HYPERLINK l _Toc328171335 1.3.1 論文主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc328171335 h 5 HYPERLINK l _Toc328171336 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc328171336 h 5 HYPERLINK l _Toc328171337 1.4 研究方法 PAGEREF _Toc328171337 h 6 HYPERLINK l _Toc328171338

14、第二章 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償基礎(chǔ)理論 PAGEREF _Toc328171338 h 7 HYPERLINK l _Toc328171339 2.1 配電網(wǎng)基礎(chǔ) PAGEREF _Toc328171339 h 7 HYPERLINK l _Toc328171340 2.1.1 配電網(wǎng)的概念 PAGEREF _Toc328171340 h 7 HYPERLINK l _Toc328171341 2.1.2 配電網(wǎng)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc328171341 h 7 HYPERLINK l _Toc328171342 2.2 無(wú)功功率概述 PAGEREF _Toc328171342 h 8 HYP

15、ERLINK l _Toc328171343 2.2.1 無(wú)功功率的定義 PAGEREF _Toc328171343 h 8 HYPERLINK l _Toc328171344 2.2.2 無(wú)功功率的本質(zhì)意義 PAGEREF _Toc328171344 h 8 HYPERLINK l _Toc328171345 2.2.3 無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的影響 PAGEREF _Toc328171345 h 9 HYPERLINK l _Toc328171346 2.3 無(wú)功補(bǔ)償理論 PAGEREF _Toc328171346 h 9 HYPERLINK l _Toc328171347 2.3.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)?/p>

16、作用分析 PAGEREF _Toc328171347 h 9 HYPERLINK l _Toc328171348 2.3.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t PAGEREF _Toc328171348 h 10 HYPERLINK l _Toc328171349 2.3.3 影響無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕蛩?PAGEREF _Toc328171349 h 12 HYPERLINK l _Toc328171350 第三章 配電網(wǎng)潮流計(jì)算比較分析 PAGEREF _Toc328171350 h 14 HYPERLINK l _Toc328171351 3.1 配電網(wǎng)潮流計(jì)算 PAGEREF _Toc328171351

17、h 14 HYPERLINK l _Toc328171352 3.1.1 潮流計(jì)算的概念 PAGEREF _Toc328171352 h 14 HYPERLINK l _Toc328171353 3.1.2 配電網(wǎng)潮流計(jì)算的一般原則 PAGEREF _Toc328171353 h 14 HYPERLINK l _Toc328171354 3.2 配電網(wǎng)潮流計(jì)算的模型 PAGEREF _Toc328171354 h 14 HYPERLINK l _Toc328171355 3.2.1電網(wǎng)線路模型 PAGEREF _Toc328171355 h 15 HYPERLINK l _Toc3281713

18、56 3.2.2 變壓器的等值電路 PAGEREF _Toc328171356 h 16 HYPERLINK l _Toc328171357 3.3 配電網(wǎng)潮流算法分析 PAGEREF _Toc328171357 h 18 HYPERLINK l _Toc328171358 3.3.1 改進(jìn)牛頓法 PAGEREF _Toc328171358 h 18 HYPERLINK l _Toc328171359 3.3.2 回路法 PAGEREF _Toc328171359 h 21 HYPERLINK l _Toc328171360 3.3.3 前推回代法 PAGEREF _Toc328171360

19、h 22 HYPERLINK l _Toc328171361 第四章 改進(jìn)的遺傳算法在無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc328171361 h 25 HYPERLINK l _Toc328171362 4.1 傳統(tǒng)遺傳算法基礎(chǔ) PAGEREF _Toc328171362 h 25 HYPERLINK l _Toc328171363 4.1.1 傳統(tǒng)遺傳算法概念 PAGEREF _Toc328171363 h 25 HYPERLINK l _Toc328171364 4.1.2 傳統(tǒng)遺傳算法的原理與流程 PAGEREF _Toc328171364 h 25 HYPERLINK l _

20、Toc328171365 4.1.3 傳統(tǒng)遺傳算法的特點(diǎn) PAGEREF _Toc328171365 h 26 HYPERLINK l _Toc328171366 4.2 傳統(tǒng)遺傳算法的性能分析 PAGEREF _Toc328171366 h 27 HYPERLINK l _Toc328171367 4.2.1 傳統(tǒng)遺傳算法的機(jī)理 PAGEREF _Toc328171367 h 27 HYPERLINK l _Toc328171368 4.2.2傳統(tǒng)遺傳算法的復(fù)雜度分析 PAGEREF _Toc328171368 h 27 HYPERLINK l _Toc328171369 4.2.3 傳統(tǒng)遺

21、傳算法的并行性分析 PAGEREF _Toc328171369 h 28 HYPERLINK l _Toc328171370 4.3無(wú)功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型建立 PAGEREF _Toc328171370 h 30 HYPERLINK l _Toc328171371 4.3.1 模型目標(biāo)函數(shù) PAGEREF _Toc328171371 h 30 HYPERLINK l _Toc328171372 4.3.2 約束方程 PAGEREF _Toc328171372 h 32 HYPERLINK l _Toc328171373 4.4配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)化的遺傳算法改進(jìn) PAGEREF _Toc328171

22、373 h 32 HYPERLINK l _Toc328171374 4.4.1 對(duì)初始種群產(chǎn)生的改進(jìn) PAGEREF _Toc328171374 h 33 HYPERLINK l _Toc328171375 4.4.2 適應(yīng)度函數(shù)的構(gòu)建 PAGEREF _Toc328171375 h 34 HYPERLINK l _Toc328171376 4.4.3 個(gè)體最優(yōu)化保存方式 PAGEREF _Toc328171376 h 34 HYPERLINK l _Toc328171377 4.4.4 改進(jìn)交叉概率與變異概率 PAGEREF _Toc328171377 h 34 HYPERLINK l _

23、Toc328171378 4.4.5 交叉操作的改進(jìn) PAGEREF _Toc328171378 h 36 HYPERLINK l _Toc328171379 4.4.6 變異操作的改進(jìn) PAGEREF _Toc328171379 h 36 HYPERLINK l _Toc328171380 4.4.7 進(jìn)化結(jié)束的判斷改進(jìn) PAGEREF _Toc328171380 h 37 HYPERLINK l _Toc328171381 4.4.8 改進(jìn)遺傳算法的計(jì)算流程 PAGEREF _Toc328171381 h 37 HYPERLINK l _Toc328171382 第五章 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理

24、系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用 PAGEREF _Toc328171382 h 39 HYPERLINK l _Toc328171383 5.1 多機(jī)控制配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc328171383 h 39 HYPERLINK l _Toc328171384 5.2 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) PAGEREF _Toc328171384 h 40 HYPERLINK l _Toc328171385 5.2.1 以全網(wǎng)優(yōu)化為根本目標(biāo) PAGEREF _Toc328171385 h 40 HYPERLINK l _Toc328171386 5.2.2 以全網(wǎng)穩(wěn)定為基礎(chǔ)

25、目標(biāo) PAGEREF _Toc328171386 h 41 HYPERLINK l _Toc328171387 5.3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc328171387 h 41 HYPERLINK l _Toc328171388 5.4 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc328171388 h 44 HYPERLINK l _Toc328171389 5.5 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐 PAGEREF _Toc328171389 h 45 HYPERLINK l _Toc328171390 5.5.1 局部子系統(tǒng)的改變 PAGEREF

26、 _Toc328171390 h 45 HYPERLINK l _Toc328171391 5.5.2 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新 PAGEREF _Toc328171391 h 45 HYPERLINK l _Toc328171392 5.5.3 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢與無(wú)功補(bǔ)償容量的統(tǒng)計(jì) PAGEREF _Toc328171392 h 46 HYPERLINK l _Toc328171393 第六章 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc328171393 h 48 HYPERLINK l _Toc328171394 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc328171394 h 50 HYPERLINK l

27、_Toc328171395 致 謝 PAGEREF _Toc328171395 h 51PAGE 53第1章 緒 論1.1 研究背景及其意義電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理不僅要重視安全可靠性，同時(shí)也要考慮其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，以及對(duì)企業(yè)效益和社會(huì)效益的影響。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，能源意識(shí)的增強(qiáng)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題愈發(fā)重要，如何實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，在保證安全可靠的同時(shí)科學(xué)利用和優(yōu)化配置系統(tǒng)資源，降低運(yùn)行損耗，提高供電電能質(zhì)量，最終提高企業(yè)效益和社會(huì)效益，越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。多年來(lái)，我國(guó)高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的管理很受重視，有了較多的研究成果，在實(shí)踐當(dāng)中得以廣泛應(yīng)用并且效果明顯，而配電網(wǎng)的研究由于歷史原因一直沒(méi)有得

28、到應(yīng)有的重視，尤其是城鎮(zhèn)和農(nóng)村配電網(wǎng)重視程度更低。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，在電力系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)中，配電網(wǎng)處于末端直接與用戶相聯(lián)系，盡管國(guó)家實(shí)施兩網(wǎng)改造工程以來(lái)眾多配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備、裝置應(yīng)運(yùn)而生，但都僅限于提高供電可靠性方面，對(duì)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行卻研究相對(duì)較少。長(zhǎng)期以來(lái)，重視有功調(diào)度而忽視無(wú)功功率的分布，導(dǎo)致大量無(wú)功功率在配電網(wǎng)中流動(dòng)，既增加了配電網(wǎng)有功損耗，又影響了電壓質(zhì)量，降低了配電網(wǎng)運(yùn)行效率。因而對(duì)于如何利用和配置無(wú)功資源進(jìn)一步降低配電網(wǎng)損耗，提高電壓合格率，提高配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的研究無(wú)論從運(yùn)行實(shí)際還是從研究現(xiàn)狀來(lái)看都表現(xiàn)出很強(qiáng)的迫切性，而配電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行與管理便是解決這一問(wèn)題的重

29、要手段之一。近年來(lái)，我國(guó)配電網(wǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平已得到很大的提高，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)SCADA/EMS(Supervisory Control And Data Acquisition/Energy Manage System)也已得到普及，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，SCADA的“四遙”功能日趨完善。計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，使電力系統(tǒng)管理維護(hù)人員對(duì)配電網(wǎng)的優(yōu)化管理提出了更新、更高的要求。如何利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)功資源的優(yōu)化配置？如何借助已有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化實(shí)時(shí)閉環(huán)控制等等這些問(wèn)題是當(dāng)前地區(qū)電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化控制問(wèn)題的研究熱點(diǎn)。本課題

30、所研究的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化與管理系統(tǒng)就是建立在已有SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)或農(nóng)村配電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功優(yōu)化實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。本課題的研究，具有以下幾方面重要的意義：一是本課題對(duì)于配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償及其管理系統(tǒng)的研究，能夠作為國(guó)內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域相關(guān)研究成果的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，具有一定的理論意義；二是本課題的研究，對(duì)于城鎮(zhèn)或農(nóng)村配電網(wǎng)，利用優(yōu)化的方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的降低損耗，滿足配電網(wǎng)運(yùn)行的各種安全性要求及經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，具有較高的現(xiàn)實(shí)意義；三是本文通過(guò)對(duì)無(wú)功潮流的計(jì)算，以及相關(guān)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)補(bǔ)償量的最優(yōu)化，這對(duì)于保護(hù)配電網(wǎng)運(yùn)行安全，提升相關(guān)人員的調(diào)度水平，以及實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的無(wú)功規(guī)劃都具有重要的借鑒價(jià)值。1

31、.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償作為一種提升無(wú)功優(yōu)化過(guò)程效率的方式，長(zhǎng)期以來(lái)在國(guó)內(nèi)外的電網(wǎng)管理中都給予了足夠的重視，相應(yīng)地該領(lǐng)域的許多專家學(xué)者也對(duì)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償進(jìn)行了多方面的研究，出現(xiàn)了一系列有價(jià)值的理論成果。這些理論成果主要集中在配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的兩大核心潮流計(jì)算與無(wú)功優(yōu)化計(jì)算方面，為配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2.1 國(guó)外研究文獻(xiàn)綜述無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償在國(guó)外的研究起步較早，從20世紀(jì)60年代的大規(guī)模無(wú)功補(bǔ)償研究開(kāi)始，出現(xiàn)了一系列在該方面的不同方法，包括非線性規(guī)劃、線性規(guī)劃、混合式證書(shū)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、遺傳算法、模糊算法等。這些方法有的屬于運(yùn)籌學(xué)理論，有的基于數(shù)學(xué)理

32、論，各有特點(diǎn)。20世紀(jì)60年代末期，學(xué)者多摩和提恩尼首先對(duì)無(wú)功電源展開(kāi)了分析，并成功運(yùn)用數(shù)學(xué)中的梯度法進(jìn)行計(jì)算，他首先使用拉格朗日乘數(shù)法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行構(gòu)造，然后按照逗留點(diǎn)對(duì)梯度進(jìn)行計(jì)算，以此對(duì)控制量進(jìn)行矯正。由于梯度法較為簡(jiǎn)單，但收斂性較差，而且收斂性有被破壞的可能，因此在該方法提出之后，有不少學(xué)者對(duì)這種方式進(jìn)行了改善。1984年，學(xué)者Sun使用牛頓法求解了最優(yōu)潮流，該學(xué)者在海森矩陣與雅克比矩陣基礎(chǔ)上，合理利用了兩矩陣的稀疏性，雖然實(shí)現(xiàn)了計(jì)算量的降低，但卻無(wú)法對(duì)不等式約束進(jìn)行處理，使得電網(wǎng)在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，優(yōu)化過(guò)程會(huì)比較長(zhǎng)。在該學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，美國(guó)學(xué)者托馬斯進(jìn)一步以電網(wǎng)損耗及運(yùn)行投資為目標(biāo)函數(shù)

33、，針對(duì)收斂性的問(wèn)題，采取了二次罰函數(shù)去處理安全約束，并對(duì)多種函數(shù)的不等式約束進(jìn)行處理，從而提高收斂性。1994年，英國(guó)學(xué)者威爾以Fletcher二次規(guī)劃法為基礎(chǔ)，提出了有關(guān)潮流計(jì)算的新方法，他主要使用了逐次逼近求解的方法，用線性處理的過(guò)程來(lái)對(duì)約束條件進(jìn)行處理。1995年，學(xué)者諾布斯瓦對(duì)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)奶荻确ㄕ归_(kāi)了深入研究，提出了一種投影梯度法，并就該方法的理論模型與優(yōu)化算法進(jìn)行了分析，主要使用一種正交變換方法，對(duì)梯度向量實(shí)現(xiàn)正交投影，從而有效解決了傳統(tǒng)矩陣運(yùn)算產(chǎn)生的不穩(wěn)定問(wèn)題。2003年，學(xué)者賽科在線性規(guī)劃法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，提出了一種無(wú)需對(duì)雅克比矩陣求逆的線性規(guī)劃法，不但能夠極大地節(jié)省計(jì)算空

34、間與時(shí)間，而且能夠把原本目標(biāo)函數(shù)與約束條件在雅克比矩陣的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，成為節(jié)點(diǎn)電壓的線性靈敏度的問(wèn)題。2005年，學(xué)者布萊沃提出了基于分解法的無(wú)功長(zhǎng)期優(yōu)化方法，他將無(wú)功長(zhǎng)期優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)槿竽Ｐ停謩e為投資模型、有功模型及無(wú)功模型，而且使得任何一個(gè)模型的變量維度都比原本小了許多，從而降低了計(jì)算的復(fù)雜度。2007年，美國(guó)學(xué)者萊恩對(duì)基于遺傳算法的無(wú)功優(yōu)化進(jìn)行了研究，他指出簡(jiǎn)單遺傳算法作為一種能夠模擬自然生物遺傳過(guò)程的優(yōu)化算法，其實(shí)質(zhì)是一種持續(xù)進(jìn)化的算法，屬于效率較高的全局搜索算法，簡(jiǎn)單遺傳算法由隨機(jī)產(chǎn)生的原始群體作為起始點(diǎn)，瘦臉是能夠獲得最優(yōu)解。不過(guò)，研究也指出了該算法的缺陷，那便是在具有相當(dāng)規(guī)

35、模的電力系統(tǒng)中，遺傳算法就顯得收斂速度較慢而且計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究文獻(xiàn)綜述與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)于配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方面的研究起步較晚，同時(shí)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究大多是在國(guó)外成熟理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展或改進(jìn)，一些學(xué)者的研究更多地結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際狀況展開(kāi)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)，基于配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償中潮流計(jì)算和無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償算法研究成果也比較豐富，比較有代表性的如下：2001年，學(xué)者孫朝洪以重慶高壓電網(wǎng)實(shí)際系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化為研究對(duì)象，并借鑒了先進(jìn)的進(jìn)化規(guī)劃算法輔助研究。文中首先對(duì)重慶高壓電網(wǎng)的特點(diǎn)以及具體調(diào)壓要求進(jìn)行了分析，然后為其建立了一種無(wú)功優(yōu)化模型，該模型不但符合重慶高壓電網(wǎng)實(shí)際，而且還能夠?qū)?/p>

36、現(xiàn)合理的簡(jiǎn)化，減少了模型的優(yōu)化變量，在一定成都上提高了優(yōu)化計(jì)算的效率；然后對(duì)進(jìn)化規(guī)劃算法的特點(diǎn)以及該算法在求解無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題時(shí)存在的狀態(tài)變量越限問(wèn)題進(jìn)行了研究，并結(jié)合無(wú)功平衡原理提出了一套有效的變異量修正措施，避免了進(jìn)化規(guī)劃的不可行問(wèn)題，從而促進(jìn)了進(jìn)化規(guī)劃算法在求解無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題時(shí)更加快速有效。 2002年，學(xué)者劉雅靜針對(duì)配電網(wǎng)三相潮流計(jì)算進(jìn)行了研究及軟件實(shí)現(xiàn)。作者首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的原始信息關(guān)系模式進(jìn)行了定義，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌木仃嚹Ｐ瓦M(jìn)行了建立，并在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒕仃囆纬傻倪^(guò)程中完成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與支路的自動(dòng)編碼；然后進(jìn)一步對(duì)配電網(wǎng)潮流計(jì)算的前推回代法相結(jié)合的三相潮流計(jì)算方法展開(kāi)研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)配

37、變低壓側(cè)的功率到高壓側(cè)的電流轉(zhuǎn)換模型實(shí)現(xiàn)了建立；最后在基于支路電流的三相配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)上提出了以負(fù)荷電流為狀態(tài)變量的配電網(wǎng)的三相狀態(tài)估計(jì)方法，并結(jié)合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯幹屏伺潆娋W(wǎng)的三相潮流計(jì)算軟件以及三相狀態(tài)估計(jì)軟件，使其能夠更好地應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。2003年，學(xué)者車仁飛對(duì)配電網(wǎng)潮流計(jì)算、大規(guī)模配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。作者在對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)配電網(wǎng)潮流計(jì)算和重構(gòu)算法及其理論的基礎(chǔ)上，建立起了配電網(wǎng)絡(luò)各種元件的三相數(shù)學(xué)模型，以此作為三相潮流計(jì)算的基礎(chǔ)；然后進(jìn)一步對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的三相潮流計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)輻射狀配電網(wǎng)絡(luò)的三相潮流計(jì)算深入探討并擴(kuò)展，并提出了一種

38、基于疊加原理的少環(huán)配電網(wǎng)的三相潮流計(jì)算方法；在此基礎(chǔ)上對(duì)大規(guī)模配電網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行研究，創(chuàng)新提出了基于最小樹(shù)和開(kāi)關(guān)交換方法的重構(gòu)算法；并就配電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)問(wèn)題指出新的規(guī)劃措施。2006年，學(xué)者張文對(duì)粒子群優(yōu)化算法在無(wú)功優(yōu)化中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，作者首先指出高質(zhì)量的電力供應(yīng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的迫切需求，電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，無(wú)功潮流分布是否合理，直接決定了電壓質(zhì)量的好壞，直接影響電網(wǎng)自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化屬于非線性優(yōu)化范疇，具有多目標(biāo)、多控制變量、多約束條件、連續(xù)和整型變量混雜以及不確定性等特點(diǎn)。常規(guī)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法在處理此類問(wèn)題時(shí)有較大的局限性。因此，作者

39、基于進(jìn)化計(jì)算理論、模糊集理論等技術(shù)，提出了自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法和模糊自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法，將所提出的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法應(yīng)用于無(wú)功優(yōu)化，并提出了考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化模型；在此基礎(chǔ)上，基于協(xié)同進(jìn)化理論，探索了大規(guī)模系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化模型及其解算方法，對(duì)粒子群優(yōu)化算法的尋優(yōu)機(jī)理及算法的控制參數(shù)進(jìn)行了深入的研究和探討，提出了自適應(yīng)粒子群優(yōu)化(APSO)和模糊自適應(yīng)粒子群優(yōu)化(FAPSO)兩種改進(jìn)算法，最后針對(duì)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題，在粒子的構(gòu)造、等式約束與不等式約束的處理以及適應(yīng)度函數(shù)的選取等方面進(jìn)行了深入探討。 2009年，學(xué)者郭學(xué)鳳對(duì)分布式電源的弱環(huán)配電網(wǎng)三相潮流計(jì)算進(jìn)行了研究，他指出分布式發(fā)電技

40、術(shù)是一種新型的發(fā)電和能源綜合利用方式，具有不錯(cuò)的發(fā)展前景，基于這種發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，為傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)注入活力的同時(shí)，也給電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，包括各種損耗、潮流、電壓等，潮流計(jì)算作為分布式發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響進(jìn)行量化分析的重要基礎(chǔ)，對(duì)其研究是非常重要。作者進(jìn)一步指出，因?yàn)榉植际诫娏ο到y(tǒng)中電源、負(fù)荷及線路參數(shù)的不對(duì)稱性，使得以往對(duì)稱的配電網(wǎng)潮流算法已無(wú)法適應(yīng)這類網(wǎng)絡(luò)，因此研究配電網(wǎng)的不對(duì)稱三相潮流計(jì)算是發(fā)展的趨勢(shì)。文章在進(jìn)一步對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、蓄電池、高頻微型燃?xì)廨啓C(jī)及工頻熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行和控制性能詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，建立了各種分布式電源潮流計(jì)算模型，并基于配電網(wǎng)的前推回代算

41、法提出了適用于含多種分布式電源的弱環(huán)配電網(wǎng)的前推回代三相潮流算法。1.3 論文主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)1.3.1 論文主要內(nèi)容為了全面掌握配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償模型及管理系統(tǒng)，本文將對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模型進(jìn)行深入研究，力求對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功資源優(yōu)化配置，使配電網(wǎng)的有功損耗最小，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資最小，主要包括以下研究?jī)?nèi)容：一是深入研究配電網(wǎng)的特點(diǎn)，建立配電網(wǎng)潮流計(jì)算的模型，確定配電網(wǎng)潮流計(jì)算的方法，并對(duì)配電網(wǎng)潮流計(jì)算的方法進(jìn)行比較；建立配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型二是通過(guò)研究遺傳算法的基本原理，以及基本特點(diǎn)，將改進(jìn)的遺傳算法應(yīng)用于無(wú)功優(yōu)化中，并研究遺傳算法在無(wú)功優(yōu)化潮流算法中的應(yīng)用。三是進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化管理系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

42、，并將秦皇島青龍地區(qū)的無(wú)功優(yōu)化管理系統(tǒng)作為算例進(jìn)行驗(yàn)證方案的可行性，詳細(xì)分析秦皇島青龍地區(qū)城鎮(zhèn)配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化實(shí)踐。1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)本文針對(duì)上述主要研究?jī)?nèi)容，按照如下組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究：第一章 緒論。首先對(duì)課題研究的背景及意義進(jìn)行了研究，然后就國(guó)內(nèi)外有關(guān)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償方面的研究文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，最后指出論文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)。第二章 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償基礎(chǔ)理論。本章重點(diǎn)對(duì)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)概念及特點(diǎn)，無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞降然A(chǔ)理論進(jìn)行研究，并提出配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案選擇的原則，為后文配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)於ɑA(chǔ)。第三章 配電網(wǎng)潮流計(jì)算比較分析。通過(guò)對(duì)幾種常用的配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法進(jìn)行闡述與分析，分析了各種算法

43、的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)前推回代法與改進(jìn)牛頓法進(jìn)行了算法比較。第四章 改進(jìn)的遺傳算法在配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償中的應(yīng)用。本章是在對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型，并對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)后應(yīng)用于配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償中。第五章 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。對(duì)基于計(jì)算機(jī)的配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)建模等；并在該方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以該系統(tǒng)在秦皇島青龍地區(qū)的應(yīng)用為例進(jìn)行可行性分析。第六章 結(jié)論與展望。對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，指出其中的不足，并對(duì)未來(lái)的研究進(jìn)行展望。1.4 研究方法為完成本課題的研究，采取了以下幾種研究方法：一是文獻(xiàn)研究法，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方面的文獻(xiàn)進(jìn)行深

44、入閱讀和研究，更加明確了無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦碚摵退褂玫亩喾N方法，便于在后文的分析中運(yùn)用。二是案例分析法，文章針對(duì)秦皇島青龍地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地避免了單純的理論研究缺乏具體性的弱點(diǎn)，使得無(wú)功補(bǔ)償管理系統(tǒng)基于實(shí)際，更加真實(shí)。三是比較分析法，在研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各種不同潮流計(jì)算方法的比較研究，對(duì)課題所研究的問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，有利于在配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償方案的選擇中更具有針對(duì)性。第二章 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償基礎(chǔ)理論2.1 配電網(wǎng)基礎(chǔ)2.1.1 配電網(wǎng)的概念配電網(wǎng)主要是指電網(wǎng)中專門進(jìn)行電能分配的網(wǎng)絡(luò)，在一般電網(wǎng)中常常是二次降壓變壓器低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)主要由電

45、纜配電線路、配電開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電所、柱上變壓器、配電箱以及其它附屬設(shè)施構(gòu)成。配電網(wǎng)在電網(wǎng)中的位置如下圖2-1所示：發(fā)電廠輸電線高壓變電站配電網(wǎng)用戶圖2-1 配電網(wǎng)在電網(wǎng)中的位置根據(jù)配電網(wǎng)電壓等級(jí)的不同，可將配電網(wǎng)劃分為高壓配電網(wǎng)(35-110kV)、中壓配電網(wǎng)(6-10kV)以及低壓配電網(wǎng)(220-380V)三個(gè)等級(jí)；而按照供電區(qū)域的不同，可將配電網(wǎng)劃分為城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)。2.1.2 配電網(wǎng)的特點(diǎn)配電網(wǎng)是作為電網(wǎng)中占有舉足輕重地位的組成部分。在很多地方電網(wǎng)中的投資比例超過(guò)40%，它對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)所帶來(lái)的影響是非常巨大的，一般來(lái)講，配電網(wǎng)具有以下幾方面主要特點(diǎn)：一是覆蓋范圍廣，敷

46、設(shè)線路長(zhǎng)。由于配電網(wǎng)中的設(shè)備種類及數(shù)量都很多，如主要包含的變壓器、配電室、分接箱、環(huán)網(wǎng)柜、線路、開(kāi)關(guān)以及一些計(jì)量裝置等眾多設(shè)備，這也造成了配電網(wǎng)中的線路敷設(shè)較長(zhǎng)，覆蓋范圍較廣的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)的分散性是非常明顯的。如在一些農(nóng)村配電網(wǎng)中，由于負(fù)荷比較分散，使得供電半徑較大，敷設(shè)線路長(zhǎng)，一些10kV線路都達(dá)到幾十公里，甚至上百公里。二是當(dāng)前我國(guó)配電網(wǎng)運(yùn)行投資多元化。自從本世紀(jì)初期國(guó)家取消供電工程補(bǔ)貼費(fèi)之后，在配電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中缺乏一定的資金已經(jīng)成為重要的問(wèn)題之一，因此在這個(gè)過(guò)程中，除了供電部門自有的投資之外，還需要依靠國(guó)家撥款和社會(huì)投資等資金來(lái)源渠道。這使得如何保證配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)

47、性成為配電網(wǎng)的重要工作。三是配電網(wǎng)直接面對(duì)用戶，與用戶密切相關(guān)。由前文配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的位置可知，配電網(wǎng)與終端用戶直接相連，因此一旦由于配電網(wǎng)發(fā)生問(wèn)題而導(dǎo)致停電等事故，便會(huì)直接影響用戶的使用。這使得配電網(wǎng)的故障和異常處理成為配電網(wǎng)運(yùn)行的首要工作。2.2 無(wú)功功率概述2.2.1 無(wú)功功率的定義在電網(wǎng)系統(tǒng)中，大部分電力設(shè)備是基于電磁的原理進(jìn)行工作的，也就是說(shuō)，電力設(shè)備能夠在能量交換的過(guò)程中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，且在同一個(gè)周期內(nèi)，釋放的功率與吸納的功率是完全相等的。但是，電源在通過(guò)純電容或者是純電感時(shí)并不減少任何能量，而只是在與用電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)交換，這種交換的過(guò)程不對(duì)外做功，便成為無(wú)功功率。從根本上講，無(wú)功功

48、率表現(xiàn)了內(nèi)外部往返交換的能量狀況，這與有功功率不同，并非表示單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的平均功率，在電網(wǎng)中，無(wú)功功率通常用符號(hào)Q來(lái)表示，常用單位為乏（var）、千乏（Kvar）與兆乏（Mvar）。2.2.2 無(wú)功功率的本質(zhì)意義正如前文所述，無(wú)功功率反映的只是能量交換的情況，并不產(chǎn)生功率消耗。下圖2-2所示的單相電路中，負(fù)載是滯后性的負(fù)載，即感性負(fù)載，電阻對(duì)有用功進(jìn)行消耗，電感在每個(gè)周期內(nèi)會(huì)將來(lái)自電源的能量進(jìn)行存儲(chǔ)，又在同一周期不同時(shí)間將已經(jīng)存儲(chǔ)的能量進(jìn)行釋放，整個(gè)過(guò)程看起來(lái)沒(méi)有任何能量的消耗。對(duì)于電源與負(fù)載的能量交換幅度可以使用無(wú)功功率來(lái)表示，無(wú)功功率的產(chǎn)生是負(fù)載的需要，它同時(shí)對(duì)電源會(huì)產(chǎn)生一定的影響。UR

49、L有功無(wú)功圖2-2 無(wú)功功率示意圖再如下圖2-3所示的一個(gè)三相電路中，規(guī)定參數(shù)U、R、L都與圖2-2中的相同，則該電路為對(duì)稱三相電路，電路中的無(wú)功功率大小依舊是反映電源與負(fù)載電感產(chǎn)生能量交換的幅度大小，所產(chǎn)生的無(wú)功能量會(huì)在電源與負(fù)載之間往復(fù)流動(dòng)，在對(duì)稱三相電路中可以發(fā)現(xiàn)，在任何時(shí)刻，各項(xiàng)的無(wú)功功率分量瞬時(shí)值之和都是零，也就是說(shuō)，無(wú)功能量在整個(gè)三相電路中也進(jìn)行流動(dòng)。URL無(wú)功能量圖2-3 三相電路無(wú)功功率示意圖實(shí)際上，很多的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，無(wú)論三相電路是否對(duì)稱，也不論三相電路中有無(wú)諧波存在，電路中各無(wú)功分量的瞬時(shí)值都是零，完全可以認(rèn)為無(wú)功能量能夠在三相之間流動(dòng)。2.2.3 無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的影響一般

50、來(lái)講，無(wú)功功率作為電源與負(fù)載之間的能量度量，屬于儲(chǔ)能元件與電源的能量交換，不過(guò)，隨著電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多非儲(chǔ)能元件也能夠?qū)o(wú)功進(jìn)行吸收，這是由于元件的非線性產(chǎn)生的。電網(wǎng)中的無(wú)功消耗一般出自兩種原因，一種是由于線路消耗的無(wú)功，另一種是負(fù)載所消耗的無(wú)功。由于電力設(shè)備在進(jìn)行電能輸送時(shí)會(huì)進(jìn)行無(wú)功的吸收，所以為提升電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送容量，通常會(huì)采取對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞剑煌瑫r(shí)，由于大量的非線性負(fù)荷消耗無(wú)功，例如在工業(yè)與日常中的各類變流設(shè)備、電氣設(shè)備等，特別是一些負(fù)荷的容量較大，無(wú)論是啟動(dòng)過(guò)程還是使用過(guò)程都會(huì)對(duì)無(wú)功進(jìn)行吸收，這可能會(huì)引起電網(wǎng)的畸變。歸納起來(lái)，無(wú)功功率消耗對(duì)電網(wǎng)的影響主要有以下幾個(gè)方面：

51、一是能夠降低發(fā)電機(jī)組的輸電能力及輸變電設(shè)備的輸電能力，從而使各種電氣設(shè)備的使用效率大幅度降低，不利于發(fā)電和輸變電成本的降低，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性發(fā)展造成很大影響。二是能夠增加輸電損耗，使得電能在輸送過(guò)程中被持續(xù)降低與損耗，一定程度上浪費(fèi)了電力能源，對(duì)國(guó)家電力經(jīng)濟(jì)造成影響。三是增加了電網(wǎng)中的電壓損耗，容易引起電壓的波動(dòng)和閃變。強(qiáng)烈的閃爍會(huì)造成發(fā)電機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，電子裝置發(fā)生誤動(dòng)作甚至被損壞，同時(shí)使電網(wǎng)供電用戶的實(shí)際功率減少。2.3 無(wú)功補(bǔ)償理論2.3.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔梅治鰪漠?dāng)前的電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，范圍日益廣泛，系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，各種電力設(shè)備和用戶終端對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求，而前文所

52、述的無(wú)功功率廣泛存在于各種電網(wǎng)中，實(shí)際上，只有少部分設(shè)備消耗有用功，大多數(shù)屬于感性負(fù)載的電力設(shè)備都需要吸收無(wú)功。有關(guān)的統(tǒng)計(jì)表明，電網(wǎng)中的無(wú)功大約是有用功的1.3倍，如果電網(wǎng)系統(tǒng)中的無(wú)功比較缺乏時(shí)，甚至?xí)岆娏ο到y(tǒng)崩潰。很明顯，這些所需的無(wú)功如果全部由發(fā)電源頭提供的話，都需要經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的輸送，顯然是不合理的，因此，可以通過(guò)在需要消耗無(wú)功功率的合理位置進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。從根本上講，無(wú)功補(bǔ)償是通過(guò)提高功率因數(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能降損目的的一種方式?？傮w來(lái)講，無(wú)功補(bǔ)償主要作用包括以下幾個(gè)方面：一是直接提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而提升設(shè)備使用率，設(shè)備所需要的容量也會(huì)因此降低，同時(shí)還能夠降低設(shè)備與線路的損耗，達(dá)到節(jié)

53、約電力能源的目的。二是穩(wěn)定用電終端及整個(gè)系統(tǒng)的電壓，從而提高電能的質(zhì)量，而且如果在遠(yuǎn)距離的線路中找到合理的補(bǔ)償點(diǎn)，就能夠?qū)旊娋€路的穩(wěn)定性以及輸電能力實(shí)現(xiàn)提高。三是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三相負(fù)載的平衡。對(duì)一些三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，使用無(wú)功補(bǔ)償措施，會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相負(fù)載的平衡作用。四是對(duì)配電變壓器的安裝容量實(shí)現(xiàn)減少，同時(shí)增加變壓器、發(fā)電機(jī)等的被用量，達(dá)到減少電費(fèi)的目的。實(shí)際上，在電網(wǎng)中使用無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康氖且獙?shí)現(xiàn)無(wú)功平衡，也就是讓整個(gè)電網(wǎng)中的無(wú)功功率產(chǎn)生量與無(wú)功負(fù)荷所消耗的無(wú)功功率量達(dá)到平衡。2.3.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t從根本上講，所有的電網(wǎng)系統(tǒng)中都會(huì)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行吸收，尤其是在一些低壓配電網(wǎng)中，這種吸收現(xiàn)象更

54、為嚴(yán)重，那么，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率傳輸損耗的降低，就必須采取一定的無(wú)功補(bǔ)償措施，這些措施的實(shí)施必須按照一定的原則進(jìn)行。在我國(guó)頒布的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)冊(cè)中特意提出了有關(guān)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊恍┮?，包括有無(wú)功功率電源安排規(guī)劃、無(wú)功補(bǔ)償分層分區(qū)、電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁運(yùn)行、受端電壓的無(wú)功備用容量等。根據(jù)國(guó)家的一些要求，并結(jié)合實(shí)際工作的需求，以下歸納出無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t：一是無(wú)功功率應(yīng)按照分級(jí)分層補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t。由于在電網(wǎng)系統(tǒng)中各級(jí)輸電配電設(shè)備都需要進(jìn)行無(wú)功功率的吸收，這種吸收在一些低壓配電網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)的尤其明顯，那么，對(duì)一般的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備而言，應(yīng)該按照分級(jí)別、分層次的原則實(shí)現(xiàn)合理的布局。二是無(wú)功功率應(yīng)遵循兼顧

55、分散與集中補(bǔ)償，以分散補(bǔ)償為主的原則。一般而言，分散補(bǔ)償面對(duì)的是電網(wǎng)中相對(duì)分散的負(fù)荷區(qū)域，包括一些配電線路、用戶端的耗電設(shè)備等；而集中補(bǔ)償則主要面對(duì)的是變電所內(nèi)一些較為集中的設(shè)備，只需要安裝補(bǔ)償電容器就可以。此外，集中補(bǔ)償是針對(duì)主變本身的無(wú)功損耗，實(shí)現(xiàn)降低輸電線路的無(wú)功損耗。所以在進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，要重點(diǎn)針對(duì)用戶所需要的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，也就是在無(wú)功功率發(fā)生的地方實(shí)行就地補(bǔ)償。三是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)該留有一定的無(wú)功余量。對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)哪康氖潜３肿罱K的電能質(zhì)量，而在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生一些突發(fā)事件影響無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男Ч?，那么就?yīng)該有一定的無(wú)功余量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的變化跟蹤并處理

56、突發(fā)事件。四是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)性與經(jīng)濟(jì)性。無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)哪康氖翘嵘娔苜|(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)電力經(jīng)濟(jì)效益的提升，也就是說(shuō)，無(wú)功功率補(bǔ)償在很大程度上是以經(jīng)濟(jì)最大化為指導(dǎo)的。因此在無(wú)功功率補(bǔ)償過(guò)程中，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)募袇f(xié)調(diào)以及優(yōu)化，如針對(duì)不同的變電站采取不同的優(yōu)化補(bǔ)償方式，或者針對(duì)不同的用戶設(shè)備設(shè)定具體的補(bǔ)償設(shè)備。五是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)遵循電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的原則。盡管無(wú)功功率補(bǔ)償能夠提升節(jié)點(diǎn)電壓的穩(wěn)定性，但無(wú)功功率補(bǔ)償如果僅僅從局部的電壓穩(wěn)定為基礎(chǔ)開(kāi)展的話，在一定程度上可能會(huì)對(duì)全局電網(wǎng)電壓造成不好的影響，這就要求在進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)應(yīng)該從整個(gè)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定需求出發(fā)。六是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)兼具普通狀態(tài)與緊急狀態(tài)功

57、能。本原則是從無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)牟煌瑺顟B(tài)來(lái)講的，也就是要求無(wú)功功率補(bǔ)償不但能夠在普通正常狀態(tài)時(shí)將受控區(qū)域的無(wú)功功率調(diào)整到最佳狀態(tài)，同時(shí)也能夠在一些特殊緊急狀態(tài)時(shí)也能夠進(jìn)行有效控制電壓的正常范圍，這些緊急狀態(tài)可能是負(fù)荷的突然變化，電網(wǎng)發(fā)生故障等。七是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)遵循動(dòng)作的最小化調(diào)節(jié)原則。對(duì)一些無(wú)功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)設(shè)備而言，其使用次數(shù)與壽命有著直接的關(guān)系，也就是說(shuō)他們進(jìn)行調(diào)節(jié)的次數(shù)是有限的，那么在系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，就應(yīng)該對(duì)這些設(shè)備的調(diào)節(jié)動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行合理的規(guī)劃，不但要讓調(diào)節(jié)滿足電網(wǎng)的需求，而且能夠讓設(shè)備的使用次數(shù)在可用范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。八是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)能夠滿足不同的調(diào)壓方式。調(diào)壓

58、方式主要包括有逆調(diào)壓、順調(diào)壓、長(zhǎng)調(diào)壓等，要求在實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，能夠根據(jù)不同時(shí)段為母線設(shè)置不同的電壓限值約束，從而達(dá)到用戶對(duì)調(diào)壓方式的需求。以逆調(diào)壓方式為例，當(dāng)電壓處于正常范圍內(nèi)，在負(fù)荷高峰時(shí)電壓運(yùn)行騙上，而在負(fù)荷低谷時(shí)電壓運(yùn)行偏下，那么在進(jìn)行母線電壓約束設(shè)置時(shí)就需要根據(jù)時(shí)段對(duì)負(fù)荷高峰、負(fù)荷低谷進(jìn)行適當(dāng)收縮，滿足其要求。九是無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)有穩(wěn)定的應(yīng)對(duì)異常的措施。無(wú)功功率補(bǔ)償要實(shí)現(xiàn)對(duì)電力經(jīng)濟(jì)效益的提升，首先就必須保證在補(bǔ)償過(guò)程中的電網(wǎng)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，也就是要求無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)擁有對(duì)異常情況的應(yīng)對(duì)措施，如當(dāng)系統(tǒng)在無(wú)功功率補(bǔ)償發(fā)生異常時(shí)，能夠啟用閉鎖功能，閉鎖可以根據(jù)實(shí)際情況選擇閉鎖的對(duì)象，包括

59、設(shè)備閉鎖、變電站閉鎖以及系統(tǒng)閉鎖等。2.3.3 影響無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕蛩仉娋W(wǎng)中實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)論是從選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置方面來(lái)講，還是選擇無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)講，都與以下幾方面因素有直接的關(guān)系。一是受補(bǔ)償區(qū)域負(fù)荷水平的影響。在我國(guó)電網(wǎng)中，地區(qū)之間的負(fù)荷水平差別較大，它所體現(xiàn)的是該區(qū)域內(nèi)所有用電設(shè)備消耗的功率總和，而且在不同的時(shí)期，同一地區(qū)的總體負(fù)荷水平也是不同的，一般來(lái)講，在高負(fù)荷狀態(tài)下，系統(tǒng)中對(duì)于無(wú)功功率的需求較大，無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枨笠簿惋@得緊迫，就需要通過(guò)在選擇的合適地點(diǎn)中投入一定的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備來(lái)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償；而在低負(fù)荷狀態(tài)下，系統(tǒng)中對(duì)于無(wú)功功率的需求較小，無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枨笠脖痪徑?，此時(shí)，

60、就需要盡量避免無(wú)功功率的過(guò)剩，比如可以通過(guò)適當(dāng)減少在一些地點(diǎn)的補(bǔ)償電容器等，從而使得整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功功率處于比較合理的范圍內(nèi)?？梢钥闯觯趨^(qū)域不同的負(fù)荷水平條件下，對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)牟呗砸矔?huì)有所不同，通常是根據(jù)不同的負(fù)荷借助對(duì)補(bǔ)償裝置的投切方案來(lái)完成。這種方案是優(yōu)化區(qū)域電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，幾乎適應(yīng)于所有的電網(wǎng)系統(tǒng)中。二是受電壓水平的影響。前文所述，在電網(wǎng)系統(tǒng)中采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康闹皇亲岆娋W(wǎng)整體電壓能夠保持在正常水平，根據(jù)如下圖2-4所示的無(wú)功功率的靜態(tài)電壓特性，能夠發(fā)現(xiàn)，圖例中不同的兩種電壓水平分別對(duì)應(yīng)不同的無(wú)功功率需求量，也就是說(shuō)，想要讓電壓水平保持在正常范圍內(nèi)，就必須讓無(wú)功功率達(dá)到