更新时间：2022-08-25 13:02
无功规划是在电网规划的基础上，确定无功补偿设备的最优安装位置及容量，通过无功补偿可以实现电网电压控制、改善电网稳定性、减少电网有功损耗及保证电网较宽运行裕度，是保证电网安全、经济运行的有效手段。无功规划作为联网规划中的重要内容，其基本原则是分层分区平衡、合理地安装和配置必要的无功功率补偿设各和无功与电压调整手段，以满足各种典型运行力式和规定的事件后运行方式下电压水平要求。但当电网发展到一定规模后，无功规划的日标小能简单地体现为满足电压质量的要求，特别是集中并联的交流通道、交直流通道、多端直流馈入系统出现以后，提高输送能力和预防大而积电压崩溃事故将成为无功规划更为重要的目标。
电力系统无功规划优化是在电网规划的基础上，确定无功补偿设备的最优安装位置及容量，通过无功补偿可以实现电网电压控制、改善电网稳定性、减少电网有功损耗及保证电网较宽运行裕度，是保证电网安全、经济运行的有效手段。无功规划优化不同于无功优化，它主要是针对电力系统在较长一段时间内的无功需求进行估计，以便投入足够的无功备用，使电网安全经济运行。优化是规划的必经阶段，两者的结合，即通过优化以后使无功规划方案的各种指标更好、投资成本更低[f}l。因此，含分布式电源的电网无功规划优化研究有着重要意义。
电力系统无功规划优化是多变量、多约束的混合非线性规划问题。通过调节变量，在满足电力系统各种约束条件的情况下，使系统的一个或多个性能指标达到最优，求解方法主要有数学规划法和各种智能算法。它是确定无功补偿设备的最优安装位置和容量，保持电力系统电压稳定、提高电压质量、降低网损的重要措施。
电力系统无功规划优化具有以下几个特点:离散性与连续性相混合、非线性、大规模、区域性、多负荷水平等。在电力系统无功规划优化方面，国内外学者己做了大量工作，归纳起来主要有2个方面:一是使规划中所建立的数学模型尽量反映实际情况;二是对求解大规模优化规划问题时遇到的求解时间长、收敛性、易产生局部最优解和“维数灾难”等问题进行改进，出现了一些新的优化算法。主要的一些算法包括非线性规划法(Non-Linear Programming，简称NLP)、线性规划法(LinearProgramming，简称LP)、混合整数规划法(Mixed-Integer Programming，简称MIP)、动态规化法(dynamic programming，简称DP)、人工群智能算法。
无功的优化规划就是在某规划水平年内，根据电网的发展，合理地配丑和调整系统中的无功电像，如合理地选择无功补偿设备的安装地点和安装容里，合理的调整发电机、调相机的无功出力，合理地投切电容器、电抗器组和静止无功补偿设备，合理地调整变压器的接头.这一方面使电网满足一定的安全约束，保证电网中各点的电压满足规程的要求，另一方面使系统的技术经济性能指标最好，使无功补偿设备的安装投资及电网的运行费用最小.
通过无功的优化规划，可以给电网的运行带来以下好处:
(1)使电网各点电压在允许的范围内，从而保证了电网供电的电能质址.
(2)改善了电网的安全性，防止事故的出现.
(3)减少了电网的运行损耗，节约电能，提高电网运行的经济性.
(4)使电网的无功潮流减少并合理分布，减轻线路、变压器及用电设备的负荷，
(5)以从全局的角度合理安排全网的变压器分接头位置，并合理地选择带负荷调压变压器分接头的调节范圈.
(6)合理地安排无功补偿的地点及容盆，使无功电想建设的投资最小.
(7)确定各补偿点固定补偿设备与可投切补偿设备的合理比例.
电网规划是在分析能源布局和电力流向的基础上解决送电方向、送电规模、输电方式、电压等级、变电结构和电网结构等问题，具有一定的前瞻性。无功规划长期以来一直是电网规划的重要内容，无功规划的基木要求是在分析电网稳态和动态运行条件的无功特性，合理配置无功补偿设备和电压调节手段，以改善、控制和优化无功功率在全网中的分配和流动，以达到提高系统运行稳定性、抑制线路电压升高，满足正常运行和大事故扰动情况卜电网安全运行和电压调控的需求。
满足正常和事故后方式的电压运行标准
目前我国的电压运行标准可参照《电力系统电压和无功电力技术导则》中的要求。在正常运行方式卜，系统各点电压能保持在一定水平值范围之内，并保证在不同送电功率和负荷水平，网损较小，电网中不出现大的无功环流。
系统各点允许的最高长期运行电压主要受接入系统设备绝缘水平和变压器饱和的限制。我国电网目前正处于快速发展阶段，由于电压调控手段较少，无功配置不尽合理，在一些重要的长距离输电断面或受端系统出现过不同程度电压过高运行的局面。
系统各点的最低运行电压，决定于电力系统稳定运行需要、变压器带负荷电压分接头的调整范围及厂用电等方面的要求。近年来，由于电力市场化的发展和发达地区负荷的快速增长，使电力系统越来越接近极限运行，在一些重要的输送通道，预留出的稳定裕度己经很低，在重负荷水平卜电压运行水平较低，这也是大区互联电网面对的普遍问题，电压运行水平的降低会对输送通道的送电能力有一定程度的影响。
满足电网稳定性的要求
无功补偿设备在动态过程中和大的事故扰动应能快速恢复枢纽母线电压水平，维持系统较高的稳定水平，并保持运行中的所有输电线路都有一定的稳定裕度。国外发达国家发生的多起电网崩溃性事故表现为电压崩溃性事故的特征，事故原因是多方面的。但大多数的电压崩溃性事故是在严重的事故扰动后发生的，伴随着大的潮流转移，无功损耗增加，系统动态的无功支持能力不足，加上负荷的动态恢复特性、变压器分接头调节、人为的不合理干预及发电机励磁电流限制等因素，加剧了系统动态无功容量的不足，进而导致机组、线路过载跳闻、电压崩溃、负荷大面积失去的恶性电网崩溃性事故。
满足动态无功备用要求
动态无功备用指在事故扰动过程中，能够快速调出的无功出力，主要指发电机、调相机或静i1=无功补偿设备(如S VC.STATCOM)等快速反应的无功电源设备中预留的无功备用。紧急的动态无功备用对预防电网的崩溃性事故至关重要，在无功规划过程中必须考虑到正常方式或事故后方式卜，系统的动态无功备用是否能够满足要求，这需要建立一定的事故考核标准，如对N- 1. N- 2或多重事故方式按照不同的事故标准分别有不同的动态无功备用要求。
在无功规划过程中，正常方式无功补偿容量要满足电压调整，使发电机、同步调相机或静止无功补偿器SVC中预留出更多的动态无功备用，在事故方式动态无功备用能够及时调出，提供快速的动态电压支持。
动态无功备用与电压稳定裕度密切相关，关键的无功电源设备中动态无功备用往往作为电压稳定性强弱的一种判断指标。在受端系统中，动态无功备用接近于零往往是电压崩溃的危险信号之一。动态无功备用与考核区域的划分方法和范围大小有关，有一定的区域性，如果区域的范围划分较大，整个区域的动态无功备用充足不能说明局部的动态无功备用都能满足要求，因此还要与其它的指标相结合进行综合判断。
需要特别强调的是动态无功备用要“合理”，并不是一味强调无功备用越多越好，特别是对长距离链形结构电网，补偿设备投入的比例要合理，使送端发电机或中间支持电网发电机组的内电势保持在较高水平。避免出现过多投入补偿设备，但如果发电机内电势降低，输电通道的暂态稳定水平反而受到影响。以南方电网为例，在通道高压侧母线电压控制水平一致的情况，不合理的动态无功备用，可使整个交流输电通道的输送能力卜降5%一10%左右。
满足直流输电系统的电压无功调整需求
直流输电系统传输有功功率在换流站需要吸收无功功率。直流输电系统所需无功功率主要由换流站的滤波电容器组和固定的电容器组提供，也可以根据系统的条件由换流站附近的发电机组提供。直流系统的输送功率较大，在无功规划中，还必须考虑直流输电系统与交流系统之间的相互影响。
为电网提供灵活的电压无功调节手段
从近几年我国互联电网主要输电通道的电压运行情况来看，由于电力供应的紧张局面和峰谷负荷差的加大，小方式电压过高运行和大方式电压过低运行的情况同时并存，前者影响了设备安全及使用寿命，后者影响了电网正常输送能力的发挥，并增加了导致大电网电压崩溃性事故的可能性。电压运行的情况表明，互联电网中的电压调控难度有增大的趋势，同时也说明了电网中现有电压无功调节手段的不足。因此，考虑典型方式无功补偿容量满足电压标准要求的基础上，要考虑灵活的电压无功调节手段，以应付电网中可能的负荷变动和故障扰动。
电压无功调节手段要针对不同的电压波动范围及影响时间，结合电网的运行特性及调整要求来设计，对于常规的缓慢的负荷调整导致的负荷波动，主要依靠固定投切无功补偿设备(电容器和电抗器)及电压调整设备(有载变压器)来实现;对于快速反应的负荷波动及事故扰动，要依靠快速反应的无功补偿设备来满足要求，如发电机、同步调相机等。
电压无功的调节手段要预留出一定的调节裕度，主要考虑到各种极端方式卜的电压调整需求，可能的最大负荷方式、最小负荷方式、最大传输断面潮流方式及可能的潮流倒送方式等。在满足电压调整要求及系统安全性的前提，电压无功调节手段的配置要做经济性的比较，选择技术可行经济上合理的无功功率补偿设备及调节设备。
应考虑预防电压崩溃的紧急无功控制措施
无功规划除满足正常电压调整及一般性事故扰动动态无功备用的需求后，还需要考虑预防电网的电压崩溃性事故的紧急电压无功控制措施，经历过电压崩溃性事故的电网公司在事故后总结经验教训时往往把预防电压崩溃性事故的紧急控制措施作为无功规划的重要内容。采取紧急的电压控制措施，可以把事故范围缩小或完全挽回系统到正常运行状态。这些紧急的电压控制措施包括低压解列措施、低压减载措施及紧急状态的变压器分接头闭锁等。
分成3个层面
(1)第1个层面的研究工作为工频过电压、潜供电流计算和无功平衡分析。
工频过电压计算的主要目的是确定新建线路的高抗配置方案，潜供电流和恢复电压计算主要为确定高抗的中性点小电抗;无功平衡分析是整个无功规划研究工作的基础，依据《电力系统电压和无功电力技术导则》，按照无功电力分层、分区平衡及满足大事故扰动卜动态无功备用要求的原则，从提高电压运行质量和电压安全性的角度出发，分析和评估电网各电压等级的无功设备配置情况，找出无功设备配置上的不足，并提出增加无功补偿，改善电压调控手段的初步建议和措施。在此基础上，对典型检修方式进行无功补偿配置方案的合理性校核。通过第1个层面的研究工作可以确定初步的无功补偿配置方案，其中包括无功补偿配置地点、容量。
(2)第2层面的研究工作包括无功配置方案优化分析、电压稳定分析和动态无功补偿配置方案研究。
无功配置方案优化分析是依据无功补偿配置方案，在满足系统安全的前提，采用无功优化软件实现无功容量的合理分配，使总的无功配置容量最小，无功补偿投资最少，同时研究对降低网损，降低系统的年运行费用，提高电网经济效益的作用。研究方式基于正常峰荷方式和低谷方式，分别研究容性无功补偿配置方案和感性无功补偿配置方案的优化措施。
(3)第3层面的研究工作主要是无功电压控制措施的研究，具体为稳态电压控制和紧急电压控制措施的配置。 稳态电压控制措施研究的主要目的是从分层分区角度出发，计算正常及故障条件卜发电机无功出力、有载调压变压器分接头位置以及变电站无功补偿设备投切情况。