电压是配电网电能质量最重要的指标之一，电压质量对电力设备安全运行、工业生产产品质量、配电网网络损耗以及居民生活用电都有着直接的影响。然而配电网的电压并不是稳定不变的正弦波，由于电流流过线路及变压器时会产生电压降落，使得受端电压降比送端电压低，且离送端电源越远，电压降落就越大。另外由于负荷的变化、配电网电力设备的动作、事故等亦将造成用户端电压的不稳定。

图8-1 典型放射状配电网示意图

在配电网中，电压水平偏低的一个重要原因就是负荷端的无功功率补偿不足和补偿装置分配不合理，而无功优化则是解决这一问题的重要手段。

关于配电网的无功规划，国家电网公司《电力系统电压质量和无功电力管理规定》（以下简称《规定》）第二十二条规定：电力系统配置的无功补偿装置应在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，保证分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，从整体上考虑无功补偿设备在各电压等级变电站、10kV及以下配电网和用户侧配置的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电网安全、经济运行的需要。

在此基础上，《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》（以下简称《原则》）对配电网不同电压等级的补偿容量、高压侧功率因数及单组容量有推荐的取值范围。对于《原则》与《规定》推荐值不同的，以《规定》为准，统一列写如下，见表8-1。

表8-1 《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》及《电力系统电压质量和无功电力管理规定》对配电网无功补偿的推荐值

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由于各地区情况不同，按照上面要求统一进行无功补偿配置显然较为粗糙。国内很多学者在无功规划分析时采用了优化技术。

对于补偿地点的选取，文献[14]提出了采用灵敏度分析方法，通过选择若干灵敏度高的节点作为待补偿点，以减少解空间，文献[15]提出按节点无功裕度值大小排序来确定补偿点，然而两者均具有无法确定补偿点个数的缺点。文献[16]在两者基础上提出无功电流损耗最小的算法，通过在配电网中依次找出无功补偿使有功网损节约最大的节点进行补偿，直到所有补偿效益都大于投资费用的节点均被找出为止，从而确定无功补偿节点集合。

对于补偿容量的确定，文献[17]提出采用固定补偿方式，由最小负荷方式确定无功补偿容量的，从而避免无功倒送，并在最大负荷时通过新增补偿点来保证电压合格的思想，文献[18]同样采用固定补偿方式，提出补偿容量的数学模型应是投资与网损的折中，规划结果应达到变电站一次进线、变压器运行成本和无功补偿装置的投资最小。

对于优化分组问题，国内目前主要采用等容分组方法，文献[19]提出电容器三区域理论，分组容量应避开危险区并按限制涌流和调节电压的原则进行划分，文献[20]提出最小分组容量应考虑背景谐波情况下的安全校验以及涌流问题，文献[21]提出分组应考虑电网运行经济性，达到网损费用与分组投资的折中。

以上方法均对其相应的方向进行了合理分析与研究，具有一定的理论价值与实践应用，同时也存在种种缺陷。在补偿地点选取方面，多数文献都采用优化方法选取部分节点设置无功补偿，采用的算例也是IEEE的标准算例，而根据国家标准《GB 50227—2008并联电容器装置设计规范》^[22]（以下简称《规范》），我国配电变电站原则上均安装有并联电容器并以低压侧集中补偿为主，从而上述方法的优化结果与我国现状不符，在国内推行的指导性不大；在补偿容量方面，固定补偿模式虽能减轻投资，但是补偿容量无法调节，当变电站负荷波动较大时，补偿效果并不理想，负荷低谷时容易造成无功倒送；在优化分组方面，国内文章大多采用等容分组方式，等容分组虽能通过自动投切装置按照“先投先切，后投后切”的循环工作方式，使各组电容器投入运行的时间基本相等，延长电容器组整体使用寿命，但对于无功负荷的动态跟踪效果较差，且当分组容量选取不合适时，投切一组电容器容易造成电压越限，仍需调节变压器分接头挡位动作，增加了动作次数。

综上所述，现有的无功规划方法与国内现状存在种种差异，本章下面将提出一套针对配电网无功优化配置的方案，该方案一方面顺承了《规定》、《原则》与《规范》中关于各级配电变电站功率因数的规定；另一方面提出补偿容量应根据经济性原则进行优化计算，采用电容器组投切补偿与小容量动态无功补偿相结合的方式，而不应按照统一原则进行配置或采用固定补偿。在优化分组上，一方面遵循《原则》中关于各级配电变电站单组容量限制的规定；另一方面提出电容器优化分组不应单纯采用等容、等比容分组方式，而应该综合考虑补偿效果与投资成本，提出了新的优化分组方式。该无功优化配置方案具有一定的实用性，是比较理想的配电网无功优化配置方案。