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摘要：本文从10 kV系统无功优化补偿基本原理出发，确定了10kV线路无功优化补偿系统的补偿容量和补偿点，介绍了智能型户外无功补偿装置，希望能够帮助相关人员加深对10 kV系统无功优化补偿系统的理解。
关键词：10kV；线路；无功；优化补偿；系统
随着配电系统负荷日益增长，对无功能的需求也越来越多，越来越多的人开始重视无功能补偿系统。安装补偿电容器能够降低线损，达到提高用户电压质量的目的。因此，研究10kV线路无功优化补偿系统具有十分重要的现实意义。
一、10kV线路无功优化补偿的原理介绍
根据无功率平衡的条件以及网损微增率的准则，在一个供电区域进行优化分配计算，通过无功化补偿可以使变电站等供电区域以最小的投资获得最多的经济效益。“就地平衡”是无功补偿的原则，目前，配电网中普遍采用了固定与自动结合、分散和集中的方法。在10 kV线路若干负荷中心处或线路2/3处，集中安装10 kV线路补偿电容器组，在负荷侧进行杆上无功补偿，能够产生十分明显的效益。
二、10kV线路无功优化补偿系统补偿点及补偿容量的确定
要想达到降低维护费用，提高无功率补偿设备利用率的目的，就应该将年运行费用最小作为无功优化模型的目标函数，具体来说，年总运行费用（F）包括电能损失费用、投资回收费用、年运行维护费用等，补偿设备的年维护费用力用Ka表示；单位补偿容量的综合投资用Kc表示；固定安装电容器费用Km表示；投资年回收率用Ke表示；有功电价用β表示；补偿节点个数用M表示；全网最大耗损所用的时间用Tmax表示；节点i的补偿容量可以用Qci表示；至于各支路的有功损耗，可以用PLi表示。其目标函数为
然后我们可以根据等式功率的约束方程和不等式约束方程用罚函数法处理电压不等式约束。其中，等式功率约束方程为：
不等式约束方程为：Uimin≤Ui≤ Uimax，0< Qi≤Qimax，（上式中，θij、Bij、Gij分别表示节点i、j之间的相角差、电纳和电导；Pi、Qi、Ui分别表示在节点i处注入的有功、无功、电压。）根据上面两个式子，我们可以得出目标函数：
上式中，λ表示电压越界罚系数，设Ii为经过第i 条支路的电流，已知Ii = Iai + jIri（Ri 表示第i 条支路的电阻，Iri 表示无功分量；Iai表示有功分量），那么第n条支路的辐射状配电系统功损耗可以用Ploss表示，进而得出公式
因此，我们可以得出结论。总的有功损耗是由无功电流的流动和有功电流的流动两部分组成的。工作人员将补偿电容器安装在线路上，就可以减小无功电流，也就减少了无功电流流动引起的有功损耗。采用这种方法计算其它电源节点，并按照大小顺序排列每个节点的有功线损，就可以将候选的补偿接单选出来，这样就能将补偿节点和补偿容量解出来。为了找到最佳的补偿点，可以在每个补偿节点的上接支路和下接支路中，根据电线杆的位置增加非节点，将非节点与节点之间的电气距离当做控制变量集，然后再将最佳补偿容量和补偿位置利用遗传算法解出来，采用这种方法能够进一步提高电压水平及降低线损。
三、10kV线路无功优化补偿系统的智能型户外无功补偿装置
WGK 型智能户外无功补偿装置能够将控制回路和电气主回路有机地结合在一起。要想达到自动投切并联电容器组的目的，就得在户外箱体内集聚高、低压元器件。与此同时，还应该选择CKG4 型真空接触器作为电容器投切的开关。至于主芯片，可以选择TI 公司的DSP 芯片，这种芯片能够处理数字信号。智能型户外无功补偿装置除了能够控制电容器自动投切之外，还具有保护电容器功能、数据采集功能和数据测量的功能。
1、智能型户外无功补偿装置的电容器保护功能
电容器三相电流和10 kV 电压可以实现对两组电容器的保护，具体来说，能够进行拒动保护、电容器缺相保护、过负荷保护、时限速断保护、欠压保护和过压保护。通过观察该装置在现场的运行情况，表明该装置具有稳定的性能，方便相关人员进行安装工作和维护工作，能够在很大程度上适合10 kV 线路。
2、电容器自动投切和通信功能
该装置能够轻松的对一到两组电容器进行自动投切工作，能够记录每组电容器的投运时间和动作次数，除此之外，还具有谐波越限闭锁功能、欠压闭锁功能和过压功能。在智能型户外无功补偿装置中，有三个串行的通信口，串口一和串口二既可以用于RS-485，又可以用于RS-232C，串口三可以用于无线通信，也可以用于RS-232C 通信接口，至于串口零，它是为内部保留的，可以用来调制解调器。智能型户外无功补偿装置还可以借助微波、无线电、电话线等实现更远距离的通信，为更多的人带来方便。
3、数据记录分析和测量功能
对现场的系统数据进行记录，能够帮助工作人员做好负荷增长曲线的研究工作，工作人员通过分析各系统在各种条件下的工作状态，能够合理分配负荷，保证系统经济节能的运行。整点数据记录、统计记录、极值记录、事件记录都是装置数据记录的内容，这些记录的数据能够在控制器的数据区域存储六十天，工作人员可以通过互联网或者抄表器的方式将数据读出，然后利用后台软件对其进行分析工作。该智能装置采用的是三相交流采样技术，能够直接将电压和电流测量出来，并在此基础之上将测量值显示出来。电容器三相电流、频率、无功电度、线路有功电度、线路功率因数、线路无功或有功功率、线路电流和电压都是该智能装置的测量参数。
结语：
经过上文的研究，我们可以知道，将无功补偿装置安装在10kV线路上，能够提高配网电压的质量，在很大程度上提高线路运行的经济性。笔者在本文中运用非节点无功优化算法确定了10kV线路的无功补偿容量和补偿位置，并研制了性能稳定、方便维修安装具有多种功能的智能型户外无功补偿装置，通过对系统的分析，表明10kV线路无功优化补偿系统能够降低线损，提高用户的电压水平和线路运行的经济性。
参考文献：
[1]孙国凯，洪溯，刘永亮，乔路丽.基于GPRS和PLC的10kV线路无功补偿系统设计[J].沈阳农业大学学报，2012（03）
[2]文雪萍.浅谈10KV线路无功补偿[J].现代经济信息，2013（11）
[3]农宏茂.10KV线路安装无功补偿装置的可行性分析[J].科技致富向导，2012（35）
[4]高捷.10kV线路动态无功补偿系统研究分析[J].电气试验，2009（01）
[5]郇芸，程启飞，耿安峰.10kV配网输电线路无功优化补偿研究[J].机电信息，2012（21）
关键词：10kV；线路；无功；优化补偿；系统
随着配电系统负荷日益增长，对无功能的需求也越来越多，越来越多的人开始重视无功能补偿系统。安装补偿电容器能够降低线损，达到提高用户电压质量的目的。因此，研究10kV线路无功优化补偿系统具有十分重要的现实意义。
一、10kV线路无功优化补偿的原理介绍
根据无功率平衡的条件以及网损微增率的准则，在一个供电区域进行优化分配计算，通过无功化补偿可以使变电站等供电区域以最小的投资获得最多的经济效益。“就地平衡”是无功补偿的原则，目前，配电网中普遍采用了固定与自动结合、分散和集中的方法。在10 kV线路若干负荷中心处或线路2/3处，集中安装10 kV线路补偿电容器组，在负荷侧进行杆上无功补偿，能够产生十分明显的效益。
二、10kV线路无功优化补偿系统补偿点及补偿容量的确定
要想达到降低维护费用，提高无功率补偿设备利用率的目的，就应该将年运行费用最小作为无功优化模型的目标函数，具体来说，年总运行费用（F）包括电能损失费用、投资回收费用、年运行维护费用等，补偿设备的年维护费用力用Ka表示；单位补偿容量的综合投资用Kc表示；固定安装电容器费用Km表示；投资年回收率用Ke表示；有功电价用β表示；补偿节点个数用M表示；全网最大耗损所用的时间用Tmax表示；节点i的补偿容量可以用Qci表示；至于各支路的有功损耗，可以用PLi表示。其目标函数为
然后我们可以根据等式功率的约束方程和不等式约束方程用罚函数法处理电压不等式约束。其中，等式功率约束方程为：
不等式约束方程为：Uimin≤Ui≤ Uimax，0< Qi≤Qimax，（上式中，θij、Bij、Gij分别表示节点i、j之间的相角差、电纳和电导；Pi、Qi、Ui分别表示在节点i处注入的有功、无功、电压。）根据上面两个式子，我们可以得出目标函数：
上式中，λ表示电压越界罚系数，设Ii为经过第i 条支路的电流，已知Ii = Iai + jIri（Ri 表示第i 条支路的电阻，Iri 表示无功分量；Iai表示有功分量），那么第n条支路的辐射状配电系统功损耗可以用Ploss表示，进而得出公式
因此，我们可以得出结论。总的有功损耗是由无功电流的流动和有功电流的流动两部分组成的。工作人员将补偿电容器安装在线路上，就可以减小无功电流，也就减少了无功电流流动引起的有功损耗。采用这种方法计算其它电源节点，并按照大小顺序排列每个节点的有功线损，就可以将候选的补偿接单选出来，这样就能将补偿节点和补偿容量解出来。为了找到最佳的补偿点，可以在每个补偿节点的上接支路和下接支路中，根据电线杆的位置增加非节点，将非节点与节点之间的电气距离当做控制变量集，然后再将最佳补偿容量和补偿位置利用遗传算法解出来，采用这种方法能够进一步提高电压水平及降低线损。
三、10kV线路无功优化补偿系统的智能型户外无功补偿装置
WGK 型智能户外无功补偿装置能够将控制回路和电气主回路有机地结合在一起。要想达到自动投切并联电容器组的目的，就得在户外箱体内集聚高、低压元器件。与此同时，还应该选择CKG4 型真空接触器作为电容器投切的开关。至于主芯片，可以选择TI 公司的DSP 芯片，这种芯片能够处理数字信号。智能型户外无功补偿装置除了能够控制电容器自动投切之外，还具有保护电容器功能、数据采集功能和数据测量的功能。
1、智能型户外无功补偿装置的电容器保护功能
电容器三相电流和10 kV 电压可以实现对两组电容器的保护，具体来说，能够进行拒动保护、电容器缺相保护、过负荷保护、时限速断保护、欠压保护和过压保护。通过观察该装置在现场的运行情况，表明该装置具有稳定的性能，方便相关人员进行安装工作和维护工作，能够在很大程度上适合10 kV 线路。
2、电容器自动投切和通信功能
该装置能够轻松的对一到两组电容器进行自动投切工作，能够记录每组电容器的投运时间和动作次数，除此之外，还具有谐波越限闭锁功能、欠压闭锁功能和过压功能。在智能型户外无功补偿装置中，有三个串行的通信口，串口一和串口二既可以用于RS-485，又可以用于RS-232C，串口三可以用于无线通信，也可以用于RS-232C 通信接口，至于串口零，它是为内部保留的，可以用来调制解调器。智能型户外无功补偿装置还可以借助微波、无线电、电话线等实现更远距离的通信，为更多的人带来方便。
3、数据记录分析和测量功能
对现场的系统数据进行记录，能够帮助工作人员做好负荷增长曲线的研究工作，工作人员通过分析各系统在各种条件下的工作状态，能够合理分配负荷，保证系统经济节能的运行。整点数据记录、统计记录、极值记录、事件记录都是装置数据记录的内容，这些记录的数据能够在控制器的数据区域存储六十天，工作人员可以通过互联网或者抄表器的方式将数据读出，然后利用后台软件对其进行分析工作。该智能装置采用的是三相交流采样技术，能够直接将电压和电流测量出来，并在此基础之上将测量值显示出来。电容器三相电流、频率、无功电度、线路有功电度、线路功率因数、线路无功或有功功率、线路电流和电压都是该智能装置的测量参数。
结语：
经过上文的研究，我们可以知道，将无功补偿装置安装在10kV线路上，能够提高配网电压的质量，在很大程度上提高线路运行的经济性。笔者在本文中运用非节点无功优化算法确定了10kV线路的无功补偿容量和补偿位置，并研制了性能稳定、方便维修安装具有多种功能的智能型户外无功补偿装置，通过对系统的分析，表明10kV线路无功优化补偿系统能够降低线损，提高用户的电压水平和线路运行的经济性。
参考文献：
[1]孙国凯，洪溯，刘永亮，乔路丽.基于GPRS和PLC的10kV线路无功补偿系统设计[J].沈阳农业大学学报，2012（03）
[2]文雪萍.浅谈10KV线路无功补偿[J].现代经济信息，2013（11）
[3]农宏茂.10KV线路安装无功补偿装置的可行性分析[J].科技致富向导，2012（35）
[4]高捷.10kV线路动态无功补偿系统研究分析[J].电气试验，2009（01）
[5]郇芸，程启飞，耿安峰.10kV配网输电线路无功优化补偿研究[J].机电信息，2012（21）