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智能电容器组投切策略优化与寿命延长研究1

智能电容器组投切策略优化与寿命延长研究

摘要

本研究针对电力系统中智能电容器组投切策略优化与寿命延长问题，提出了一套

系统化的解决方案。通过分析当前无功补偿系统中电容器组运行现状，结合电力电子技

术、智能控制算法和寿命预测模型，构建了多目标优化投切策略框架。研究采用改进的

粒子群算法（PSO）结合模糊逻辑控制，实现了电容器组投切次数最小化、电压合格率

最大化和网损最小化的多目标平衡。同时，基于Arrhenius寿命模型和电容器老化特性，

建立了动态寿命评估体系，为延长电容器组使用寿命提供理论依据。仿真结果表明，所

提策略相比传统方法可减少投切次数30%以上，延长电容器组使用寿命1520%，同时

提升系统功率因数至0.95以上。本研究成果对提高电力系统运行经济性和可靠性具有

重要意义，为智能电网建设提供了技术支撑。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着我国电力系统规模的不断扩大和智能电网建设的深入推进，无功补偿技术作

为提高电能质量、降低网损的重要手段，其重要性日益凸显。电容器组作为无功补偿装

置的核心部件，其运行状态直接影响电力系统的稳定性和经济性。根据国家能源局发布

的《电力系统无功补偿技术导则》（DL/T5972016），要求无功补偿装置应具备智能投

切功能，以适应负荷变化需求。然而，传统电容器组投切策略往往存在投切频繁、寿命

缩短等问题，导致运维成本增加，系统可靠性降低。

据统计，我国配电网中电容器组平均使用寿命仅为设计寿命的6070%，其中约40%

的故障由不当投切引起。在智能电网建设背景下，如何优化电容器组投切策略，延长其

使用寿命，已成为电力行业亟待解决的技术难题。本研究旨在通过智能化手段，建立科

学合理的电容器组投切策略，在满足无功补偿需求的同时，最大限度延长设备寿命，对

提高电力系统运行经济性和可靠性具有重要理论价值和实践意义。

1.2国内外研究现状

在国际上，欧美等发达国家对电容器组智能投切技术的研究起步较早。美国IEEE

Std标准详细规定了电容器组投切控制的技术要求，推荐采用基于电压和无

功功率的复合控制策略。德国西门子公司开发的SICAP系统，通过实时监测电网参数，

实现了电容器组的自适应投切控制。日本东京电力公司采用预测控制算法，结合负荷预

测结果优化投切决策，有效减少了不必要的投切操作。

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国内方面，中国电力科学研究院牵头开展了”智能无功补偿装置关键技术研究”项

目，提出了基于多目标优化的投切策略。国家电网公司在《智能电网无功补偿技术规

范》中明确要求，电容器组应具备寿命监测和智能投切功能。清华大学、华中科技大学

等高校在电容器寿命预测模型方面取得了重要进展，建立了考虑温度、电压等多因素影

响的寿命评估体系。然而，现有研究仍存在投切策略与寿命管理脱节、多目标优化效果

不佳等问题，需要进一步深入研究。

1.3研究内容与框架

本研究围绕智能电容器组投切策略优化与寿命延长两大核心问题，构建了完整的

研究框架。主要研究内容包括：1）电容器组投切行为特性分析；2）多目标优化投切策

略设计；3）电容器寿命预测模型构建；4）智能投切控制系统开发；5）实验验证与效果

评估。

研究采用理论分析、模型构建、仿真验证和实验测试相结合的方法，首先通过现场

数据采集和统计分析，揭示电容器组投切行为规律；然后建立以投切次数最小化、电压

合格率最大化和网损最小化为目标的多目标优化模型；接着基于Arrhenius方程和电容

器老化机理，构建动态寿命预测模型；最后开发智能投切控制系统，并通过仿真和现场

试验验证其有效性。整个研究框架遵循”问题分析理论建模算法设计系统实现验证评估”

的逻辑主线，确保研究成果的科学性和实用性。

政策与行业环境分析

2.1国家政策导向

近年来，我国政府高度重视电力系统智能化建设，出台了一系列相关政策文件。《国

家创新驱动发展战略纲要》明确提出要”推动能源技术革命，构建智能电网系统”。《电力

发展”十四五”规划》将智能无功补偿技术列为重点发展方向，要求提高配电网无功补偿

智能化水平。国家能源局发布的《关于推进智能电网建设的指导意见》强调，要”推广

应用智