电力网的无功优化与电压控制

【摘 要】电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备的安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量和无功是密不可分的，因此，解决好无功优化问题，具有十分重要的意义。

【关键词】输配电；线损率；降损

电力系统中，电压与无功是影响电网安全、稳定、经济运行的重要因素。对无功及电压的控制是一项十分复杂的工作，由于电力系统无功源较多，各类无功源的性能、参数不一致。我们经常发现系统运行中常出现局部无功及电压水平与系统的总体水平差距大，调整困难的问题[1]。

无功/电压的协调控制，是一种比较好的电压控制方式，容易想象，如果在设计各个控制元件的控制规律是进行全盘考虑、综合设计，使得各局部控制器不仅对于他们的控制对象或局部系统的控制效果是最有的而且能够协调一致地工作，使全系统的性能在某种统一指标下达到最优（称为最优协调控制），显然协调控制的效果要远远优于孤立分散控制的效果，甚至有质的区别[2]。

电网无功/电压的协调控制与分散“孤立”控制的本质区别就在于它能够科学地处理同一地区多种控制器间的协调，以及不同地区控制器间的协调问题，这种协调的无功/电压优化控制结构，可以应用于地区电网的无功/电压控制系统中，协调各个无功/电压控制装置之间的相互控制顺序，也可以用于包含多个区域子系统的主系统中，安装在主系统的调度中心，对全网进行无功/电压协调控制[3]。

需要特别指出的是，地区无功/电压协调控制系统不同于现有的三级控制的“由上至下”的控制结构，而是采取了一种新的“由下至上”的控制结构这一控制结构充分地考虑了各类不同性质的当地无功控制设备的控制特点，满足了无功/电压控制目标在层次上的不同要求，能够有效地协调控制设备，是未来电压/无功优化控制系统的方向[4]。

按照地区电网的特点和电压无功的运行控制要求，以及国内外先进成熟的理论，设计了两层结构的分散与集中相协调的闭环控制系统：

系统的设计思想为：

一、在正常和紧急运行方式下，分布控制层主要执行全局协调层的调控命令，但所有调控命令的真正执行须经各种核算和检查；全局协调层收集全局信息，按最优化方式实时给出各分布控制层的整定值，并得出修正和监视命令的完成情况和效果；

二、在电网发生重大故障或该系统故障时，全局协调层只起监视作用，而分布控制层能担负起自动控制电压和无功的功能[5]。

全局协调层的任务主要是采集全网系统运行情况，通过优化算法确定正常运行情况下全网网损最优和紧急情况下控制量最小使系统电压恢复到正常的两种目标函数，然后将各个变电站内的分接头调档数和电容器投切量到各分布控制层，并随时监视和修正执行的执行情况。其主要流程如图1。

地区电网无功/电压协调控制分为以下几个模块：实时数据接口、越限事件监测、校正控制、优化计算、输出控制命令等。

1、实时数据从SCADA获取。无功/电压控制所需要的数据很多，为了便于管理，将数据分为静态和动态两部分。其中静态库的数据是在电网的日常运行中不需要经常变化的数据。动态库主要用来存放系统实时监测的数据信息。

2、限事件监测是待越限实际发生后，再采取相应措施进行校正控制。这将在一定程度上降低电压合格率，以增加电压合格裕度，提高了系统运行的电压合格率。

3、逻辑1的判断过程以系统的接线方式、开机、负荷的偏移量为基础，既准确反映运行状态的转移，又不过分敏感，以免频繁进行计算，导致无功调节设备的频繁动作。

4、电压越限校正的作用就是如果系统存在电压越限，就进入校正处理模块，进行电压越限的校正。电压越限校正采用就地控制和协调控制的以控制动作最小为优化目标结合灵敏度分析进行。可以根据当前母线电压和功率因数，决定电容器的投、退和分接头档位的调整。

5、逻辑2的作用就是根据电压越限的具体情况和系统中其余母线的综合电压水平，判断是否需要在安全校正的基础上再进行优化控制。即直接输出校正控制策略，还是进行无功优化计算。

6、无功优化算法要同时处理大量的整、实数变量和不同类型的约束，一个好的无功最优潮流是准实时无功优化控制算法的核心和成败的关键。准实时的无功优化控制要求以能够接受的无功调节设备的动作次数和调节量为代价，获得尽可能大的有功损耗的下降。

电压/无功协调控制在正常运行情况下有功网损控制用于确定控制量的变化对系统网损和节点电压大小，主要受有功网损灵敏度大小，以及注入无功改变量或控制量改变量的影响。故障运行情况下电压控制用于确定控制量的变化对系统网损和节点电压大小，主要受电压控制灵敏度大小以及控制量改变量的影响。

系统配置采用分布式结构。系统硬件和软件支撑平台在符合分布式的前提下，遵循国际开放式标准和规范。应用开发基于面向对象的应用开发体系。

硬件配置考虑投运后10年发展的需要，系统的数据服务器应具有高速运算能力和事务处理能力。各节点采用64位操作系统。为便于维护，各节点应选用同一厂家的产品。

软件配置必须遵循以下原则：系统软件和应用支撑软件平台的配置必须满足实时应用的及时性和高可靠性要求。应用支撑软件和应用软件必须采用开放性、分布式体系和面向对象的技术，满足可维护性要求，符合国际工业标准。应用程序必须达到各功能模块和系统的性能指标。

参考文献：

[1] 姜宁.《无功电压与优化》.中国电力出版社.2006年第1版.

[2] SD325-19789.《电力系统电压与无功电力技术导则（试行）》.

[3] 金广厚，郝建国，宋建勇.几种无功功率的定义方法[J].东北电力技术[M] .

[4] 贾时平，刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[5] 贾伟.电网运行与管理[M]. 北京：中国电力出版社.2008，1-4.