配电网功率潮流优化平衡的策略与措施

丁银伟 赵良 方银权 张一舟 顾声乐

（国网余姚市供电公司 浙江省余姚市 330281）

1 配网电缆对配电网功率潮流的影响分析

电缆线路在交流电压作用下产生容性无功功率，对系统充电，进而影响系统功率潮流平衡和流动方向，进而影响电压。交流电压作用下该现象更加明显。

1.1 电缆的无功充电功率

电缆的无功充电功率与其对地电容以及两端节点电压平方成正比。不同截面电缆(此处主要指XLPE 类电缆)各等级电压下的充电特性如表1 示。

由此可知，电压等级220kV 及以上XLPE 类电缆无功充电容值比较大，对电网电压影响和线路损耗也大。电缆对地电容充电功率大造成配置电缆比例高的电网系统无功充电功率就较高，进而影响电网自身供电线路和相关节点的电压质量，进而影响整个配网系统功率潮流方向和均衡性。

1.2 电网电缆对电网功率潮流的影响分析

电网电缆对电网功率潮流的影响是复杂和系统的，要全面分析研究。交流电下，XLPE 类电缆会电网系统充容性无功，而且电压等级越高、截面越大、长度越长，则充电无功的功率越大。此时就会造成电网该线路两端节点电压升高，同时因在电网中存在的冲电无功功率流动，进而整个配电网系统功率潮流方向及平衡性都受到很大影响，线路两端电压质量也不稳定。

同一线路在不同负载率下，其对配电网功率潮流的平衡性影响也相差很多。负荷较低时，电网电压较高，此时XLPE 线路的充电功率较大，功率潮流某种程度超前容性化明显，将会显著抬升系统电压；严重时，甚至可造成电压高于固定上限值，此时要采取必要的方法措施来抑制电缆效应的充电不利影响；电网重负荷，此时电网电压较低，这时电缆的充电效应又可以弥补无功缺口，起到提升电压质量的作用，就无需治理。

2 平衡策略分析

2.1 功率潮流平衡理论

电网中功率潮流平衡，主要指无功功率潮流不能超前，然后又尽可能临近临界点，即电网无功电源提供无功功率 ≥（本网络系统负荷需要无功功率 + 系统自身无功功率损耗）。故配电网功率潮流平衡本文主要对无功潮流平衡优化进行分析研究。

进行配电网无功潮流平衡优化需要在系统电压在正常范围进行，电压过高和过低均不得改善。否则，为无功补偿优化采用某方法手段，如改大台区互感器变比抬高电网系统某部电压，但电网全域的无功功率仍然不足，则该电网的整个系统电压并不能保持一个稳定的范围，就更谈不上质量良好。原因是此时电网全域的无功功率仍然不够，这时的功率潮流平衡是无功电源因低电压下本体的电压调节，使电网需求无功功率的下降形成的平衡。

通常电网系统电压与电网额定电压是相同的,其功率Q 同电压U 的关系如1 曲线所示，负载无功和其电压关系如2 曲线示，两线的交点a 决定了节点负荷的电压Ua 。关系如图 1 示。

如2 曲线示，负载率与电流变大时，若电网中的无功容性电源不变，此时电网无功曲线关系如1 曲线无变化，交点a＇代表新无功功率稳定平衡点，此刻负荷点电压Ua′也因此确定，并且从图中可知Ua′

表1：不同电压等级下XLPE 类电缆充电特性

2.2 功率潮流平衡优化的策略

部颁版《电力系统电压和无功电力技术导则》里有叙述：电网系统无功补偿配置要遵循“总体平衡与局部平衡相结合；电力补偿与用户补偿相结合；分散补偿与集中补偿相结合；降损与调压相结合，以降损为主”原则。

故电网系统无功优化建设，应尽可能分层(按电压)和分区(按地区)分散补偿，就地平衡调节，以免无功电力越级和远距离传输。

2.3 无功潮流优化平衡控制与策略

电网系统的无功潮流优化平衡控制与策略，一般按“9 区图”如图2。各区域内，用最合适电容组合和先投先切顺序控制投入和退出电容、电抗等设备，用以进入“9 区”运行。

控制电压遵循逆调压原则，当电压、无功功率波动任一参数超出允许偏差范围(Ux～Us)或(Qx～Qs)时，依照整定偏移量，进行电容投入或退出、同时变压器分接头切换命令，实现电压调整和无功平衡的目标。

为了实现无功功率动态、实时平衡和无功潮流的平衡分布，建议建模后取得最佳策略方案，尽量操作次数少，以损失小、全网关键负荷点电压合格为目标，自动优化变压器分接头调节与电容器自动智能投切为控制手段。

3 配电网功率潮流优化平衡的采取常见措施

XLPE 类电缆对电网功率潮流产生影响的根源，在于XLPE 类电缆较大的对地电容，尤其在交流电压作用下会有更加明显的无功充电功率。为了解决因电网的大量无功充电造成的负荷节点电压升高越限，须电网中配置适当量的感性负载补偿或容性功率吸收，以平衡优化系统中的无功功率。电力系统对消除电缆线路电容电流的主要措施如下：

3.1 高压系统安装并联电抗器

加装并联电抗器是10kV 以上高压系统中限制电容电流最常用方法。根据线路电容电流大小，其安装位置分为两种：

（1）大于5A 时，建议安装在进线断路器出口侧安装，可以保证隔离开关可靠操作；

（2）小于5A 时，建议安装在10kV 高压母线上，可以预防轻载运行时，向电网反送无功。

3.2 低压配电系统安装静止式无功发生器（SVG）

SVG 因其可不间断向电网输出容、感性电流，建议可以安装在配网中的台区低压侧总出线侧，作为无功补偿及滤波治理使用。当台区线路的电容电流不超过5A，但轻载运行向电网反送无功时，若低压台区适合安装SVG，则SVG 发生感性电流，来限制线路电容电流。但该方式造价相对较高。

3.3 低压配电系统加装感容性功率自动平衡模组

余姚供电公司为解决低压配电系统中的电缆电容效应，与合作单位研究了一种经济、有效、安全稳定的感容性功率抑制并网模块和一种可以实时监测出配网“弗兰梯”效应的仪表。通过对现有低压配电网器件改造和调整，完美消除了低压配电系统中“弗兰梯”效应。

全象限功率监测分析仪，监测配电网的电压、电流、有功功率、无功功率、功率超前、滞后裕度量及潮流方向等电能质量指标。抑制模组智能根据分析仪全象限功率潮流分析和抑制方案，自动判定投入、切除抑制模组单元，进而消除系统的“弗兰梯”效应。在配网系统功率超前时，并能控制调节配电系统配置的电容投入，满足功率因数达标功能。余姚电网某区域电网图如图3 所示。

#6 变电站进行示范，设其于1 区运行，即10kV 母线电压小于Ux，此时台变高压侧的无功功率高于上限设定值，控制系统则会优先进入电容调节程序，算出要投入的电容容量，满足10kV 侧不能反送无功到35kV 侧，且不能超出无功受电的整定下限。若投入全部电容后，系统无功仍有缺口，则系统执行变压器分接头调节指令，强行提高低压侧母线电压，使其达到或高于Ux，但此时变电站无功负荷潮流可能不满足整定要求，应根据负荷预测，增加电容装设容量。

于2 区运行，即10kV 母线电压达到或高于其Ux，同时台变高压侧所无功功率潮流大于其上限设定值，则系统发出电容投入指令，补偿无功减小变电站无功受电。电容全投入后如果无功仍然不足，因电压在合格范围内，则系统不进行分接头调节，维持原运行状态。对于电容容量不足可通过增加电容的装设容量来满足。

在3 区运行时，由于电压超过Us，但无功受电也较多，超过上限，是因变压器变比不合适引起，控制系统以此条件判断。先发出分接头调节指令进行降压，若分接档位调至下限时，电压仍超过Us，此时应调节上一级变压器（4）分接头降低电压。不切除电容是因切除后，无功受电会更大，不符合网损尽量小的原则。此外，可采取调整负荷结构，平衡无功负荷的措施，不使其过于集中。

在4 区运行时，第一步与3 区调整原则一致，第二步控制系统在保证无功合格的条件下，切除部分电容，减少其对电压的抬升作用。

5、6、7、8 区相对应，相反的调节指令。

经过余姚电网某区域电网10kV 以下低压配电系统加装感容性功率自动平衡模组实施后，低压台区配电网完全消除了系统的电缆效应影响；同时，高压侧功率因数由0.87 提高到0.96。

4 结论

解决电缆化应用程度较高对配电网功率潮流的不良影响很有必要性，用新技术、新产品和传统手段任何完美实现区域电网系统的功率潮流平衡优化，电网电压质量和功率损耗、潮流平衡控制在一个稳定安全的范围内，降低空载线路功率损耗，提高低压配电网的电压质量和限制弧光接地过电压现象的发生。为电力公司、用电客户带来一定的经济效益，为社会节能减排事业做出贡献，产生巨大的社会效益。