县级电网无功电压优化控制

县级电网无功电压优化控制

王国忠

国网福建宁化县供电有限公司王国忠

摘要：伴随着经济的快速发展，城乡电网不断扩建，电网负荷越来越大。在探索电网调度全程自动化的道路上，应该将县级电网无功优化建设工作开展进行紧密规划。本文简要阐述了电网无功电压优化系统的组成结构，并描述了无功电压优化控制的目的和意义，最后提出了电网无功优化的相关算法。

关键词：电网；无功电压；优化控制一、引言县级电网建设经常以配电站-线路-变电站为一条龙的电压无功三级联调，变电站与变电站之间电压优化控制二为一体的县级电网无功电压优化控制体系，这样做最主要的目的就是有效提升电网系统整体供电质量，从各个层面降低电网损耗，实现电网安全有序运行。电网无功电压优化控制可以全方位解决电站出现的问题。

二、系统的组成县级电网无功电压优化控制系统包括调度自动化模块、变电综合自动化模块以及数据信息模块，能够实现实时信息的收集与交换，为县级电网无功电压优化控制打下坚实的基础。在系统内，通过无功电压优化工作站的运用，再经过中央调度系统来全面收集电网各个变电站实时工作数据，进而进行无功潮流计算、无功电压优化计算，再启动无功电压潮流综合优化计算，之后形成主变有载调压开关调节、电容器组自动投退指令等一系列控制信息；最终将控制信息发送至调度系统，循环运转。

三、县级电网存在的主要问题和传统解决方法1.主要问题县级电网的季节峰谷和昼夜负荷相差较大，经常造成电压波动过大；县级电网供电半径过长，降压层次过多；电网配电分布范围广又负荷分布不均，无功补偿配置不够科学合理致使在用电高峰期，末端电压严重偏低，电网损耗严重。

2.传统解决方法增加变电站的数量，更换输电线规格以及加强无功补偿点的建设。这些很容易想到的办法一直是传统电网的解决方法，在一定层面上改善了电压质量，起到局部降损的作用，但是对于全网的无功电压质量没有显著的影响。

四、无功电压优化控制的目的与意义县级电网系统的无功电压优化控制能够提高电压合格率、尽可能减少网损，进而提高系统的稳定性。电力系统无功分布的是否合理，电压质量的高低，直接作用于电力系统，影响系统的经济效益与安全运行。科学合理的利用无功电压调节手段，来提高控制水平，不仅可以改善电压质量以及增加电压合格率，而且还能有效阻止电网的损耗，因此提高县级电网系统运行的安全性、经济性。

鉴于传统的基于离线数据的无功电压控制策略明显已不能满足现代化的企业要求，目前，离线数据不能跟踪反映电网系统实时运行状态。最近一种基于实测数据的无功电压优化控制成为研究的热点话题，而且越来越受到人们的注目。通过深入研究县级电网无功电压优化控制的理论以及方法，使得实现面向整个电网的无功资源实时优化调度拥有重要的理论价值和广阔的发展前景。

五、无功电压优化控制策略1.国内外代表性的控制方式江苏电力系统的无功优化控制。江苏通过借鉴欧洲发达国家成功案例，对于江苏电网结构与运行方式变化频繁的实际情况，提出了基于最优（OPF）和在线动态分区的三级电压优化控制模式，能实现电压静态稳定在线监视预警。

安徽电力系统的无功优化控制。安徽电网运用基于分区无功局部平衡的经验性原则，对电压进行集中控制，利用灵敏度校正法来控制电压超限。但是该控制方法并没有采用OPF进行算法优化，因此难以实现实时运行约束下的网损最小化。

法国EDF电力公司采用三级控制模式。即一级电压控制（PrimaryVoltageControl）、二级电压控制（SecondaryVoltageControl）和三级电压控制（TertiaryVoltageControl）。PVC包含具有一定无功电压支撑能力的自动控制装置，需要本地的数据，依据数据来源属于本地控制。SVC由众多的层结构组成，通过修改一级控制器的参数来调控二级控制器的行为。TVC是三级控制模式的最高层，在系统能够安全运行的前提下，可以给出层间联系设定值，即电压或无功潮流，供二级电压控制调控。

德国RWE电力公司采用两级控制模式。RWE在运行此系统时，利用最优潮流的优化计算，将结果直接送到各电厂。而在控制中心，基于最优状态估计，加之实时调度，实现以运行约束的网损最小化的全网无功优化控制。

2、县级电网无功优化控制算法1）内点法。内点法应用范围较广，不仅在计算复杂性上证明是多项式时间解法，而且在现实情况计算中同样显示出优越的计算能力。此种算法是建立在单纯结构上的，与单纯型法沿着可行域的边界寻优相比略有不同，它是从初始内点出发，沿着最速下降方向，经由可行域直接涌向最优解。如果约束条件和变量数目增加，内点法的迭代次数变化较少，收敛性和计算速率都强于单纯型。

2）线性规划法。通常运用局部线性化的方法将一些非线性的目标对象与安全约束逐次线性化，以此用来求解无功优化相关问题。无功优化问题具有较强的非线性，所以线性规划法在计算精度和收敛性上遇到重重困难，特别是系统规模较大时更令人担忧。同时在线性夹逼最优解的进程中，参考值得选取对收敛性影响很大，若过大则可能引起振荡，若过小又将使收敛速度变得缓慢。

3）非线性法。非线性规划无疑是处理无功优化最直接的办法，如果建立数学模型，非常直观且计算精度较高，物理概念又清晰。然而现有的算法在一定角度上存在计算量大、收敛性差、占内存等一系列问题。

4）禁忌搜索法。禁忌搜索算法属于扩展领域的启发式搜索，运用这种方法能够在搜索过程获得所需信息。这种算法的特点就是采用了禁忌技术，再通过禁忌表来记录下已经到达过的局部最优点；而且禁忌搜索算法的计算速度非常快又可以收敛到局部最优。相对来说，禁忌搜索算法也存在缺点，它属于串行搜索，因而搜索效率并不高，而其会因初值的好坏影响搜索结果质量。

5）遗传算法。遗传算法是基于适者生存的进化论提出的，通过模拟生物体的遗传基因方法来进行优化计算。我们首先需要将优化问题编码，“形成”染色体，根据每个染色体的适应函数值进行培养、繁殖、交叉、变异等过程，最后产生下一代染色体。就这样经过逐代遗传，再通过随机和结构化的交叉互换染色体之间的信息，形成更加优越的染色体，然后将这些染色体解码还原，就能够获得问题的答案。

6）模拟退火法。模拟退火算法属于随机的启发式搜索方法，经常被用于处理非线性规划问题，并且能凭借较大概率（理论上证明能够以概率为1收敛到全局最优）求出优化控制问题的全局最优解。模拟退火算法寻优进程结束是基本都能得到优化问题的最小值，只是在参数的选取上相对复杂。模拟退火法的明显不足之处在于算法的计算时间过长，为了使最终结果尽最大可能靠近全局最优，退火进程不能过快，所以计算时间较长。

六、总结县级电网无功电压优化控制，既能帮助监控电能质量，而且又能不断改善当地电网的电压质量，几乎挽回了网损、线损，增强供电能力。电网无功优化控制在提高电网的可靠性的同时刺激区域的用电需求，带动地方经济发展。

通过采用有效地电子技术手段，集中各方面的努力，逐步提高建设县级电网无功电压优化系统的重要性的认识，使得在新农村的建设过程中，为县级电网起到积极辅助的作用。

参考文献：[1]马丽丽，王克文.《基于分区思想的城市高压电网无功优化》[J].电力系统保护与控制，2008[2]张伯明，吴素农，蔡斌等.《电网控制中心安全预警和决策支持系统设计》[J].电力系统自动化，2006[3]严正，陈雪青，相年德等.《优化潮流牛顿算法的研究及应用》[J].清华大学学报（自然科学报），1989108