简析电力系统动态无功优化方法及其实现

【摘 要】随着国民经济的快速发展，全国各地的用电量不断的增加，对电力系统的无功优化提出了更高的要求。电力系统实现动态无功功率的优化调节和控制，能够有效的改善减少电能传输中的损耗，提高电力系统的供电质量，使多个指标能够达到相应的最优状态。因此，动态无功优化方法在电力系统中的应用势在必行。

【关键词】电力系统；动态无功优化方法；实现

前言

电力系统动态无功优化问题属于OPF的一个组成部分，一个不确定性、多约束、多目标、动态的规划问题，涉及到发电机机端电压的配合、变压器分接头的调节、无功补偿容量的确定、无功补偿地点的选择等内容。电力系统动态无功优化方法，通过建立数学模型，结合相应的计算方法，能够检测电力系统是否处于最优状态，然后通过一定的优化方式，对电力系统进行一定的优化调整，保证电力系统的各项指标都处于最优的状态。

1 电力系统动态无功优化方法

电力系统动态无功优化的数据模型。将全天等分为24个时段，假设系统有n个节点、m台可调发电机、u台有载调压变压器，有r个节点安装了可投切电容器组，因此该电力系统全天的电能损耗最小目标的动态无功优化数据模型表示为：

；

s.t.g（x1（t），x2（t），x3（t））=0；

x1（t）min≤x1（t）≤x1（t）max；

x2（t）min≤x（t）2≤x2（t）max；

；

其中，x1（t）表示的为第t时段的离散有约束变量列向量；x2（t）表示的为第t时段内连续有约束变量列向量；x3（t）表示的为第t时段内的无约束变量列向量，；f（x1（t），x2（t），x3（t））表示的为第t时段内，电力系统的有功功率损耗；g（x1（t），x2（t），x3（t））=0表示的为第t时段内的节点功率平衡方程；Cx1为控制设备动作次数约束列向量，元素分别对应有载调压变压器和可投切电容器组分接头的全天最大允许动作次数；Sx1为控制设备调节步长对角矩阵，对角元素包括变压器分接头和电容器组无功出力的调节步长。上述公式为控制设备全天24小时内农作次数约束，所有控制设备在每一个时段的动作次数，能够通过该时段末端与首端的无功出力的差值除以调节步长来表示。

电力系统动态无功优化的计算方法。电力系统动态无功优化的计算方法通常采用多目标优化潮流计算法，在潮流计算的过程中，需要对设定值进行反复的计算，通常采用不同的约束条件，确定控制变量的值，并且在计算的过程中，还需要工程师根据实践经验进行选择，这主要是因为电力系统存在一些不稳定的因素。因此，根据电力系统的特点，提出一种多目标动态无功优化潮流计算方法。该多目标动态无功优化潮流计算方法的特点表现为：（1）能够提供各种不同的约束条件；（2）控制变量能够进行自动的调节；（3）包含了多个目标函数，可以选取一个或者多个目标函数的比例；（4）系统设备属性包含在数据库内，创建数学模型非常方便；（5）借助单线图界面。该计算方法可以对各种控制设置自动的调节，通过计算，保证计算结果符合等式或者不等式的约束条件，实现对系统运行条件的优化，进而保证得到可靠的、有效的系统优化分析结果。

目标函数表示为下面的公式：min[f1（x），f2（x），…，fm（x）]，其中fi（x）表示目标函数，x=（x1，x2，…，xn），根据计算中涉及到了众多目标问题，定义一个数组，规定相应的约束条件，在计算的过程中，根据需要对多目标函数进行极大化或者极小化，计算方法中的不等式表现为：

umin≤u≤umax；

y（x，u）min≤y（x，u）≤y（x，u）max；

计算公式中，x表示状态变量，例如节点电压等；u表示控制变量，例如变压器的有载调压分接头的位置；y表示系统的输出矢量，例如支路电流等。

2 动态无功优化方法应用实例

电力系统概况。文章以某电力系统为例，算例试验系统包含136条支路、131个支点，控制变量的具体状况表现为：同步调相机2台、有载调压变压器12台、发电机节点6个，并联电容器组6处，其中装设有同步调相机和发电机节点为PV点，其与的节点为PQ点。PV节点和PQ节点电压的范围分别为[1.0，1.1]、[0.95，1.1]；变压器变比范围表现为[0.9，1.1]；平衡节点发电机的无功出力范围表现为[0.0，1.8]；调节步长为1.3%；并联电容器的电纳调节步长是其自身，优化结果为不投入或投入。初始潮流的情况表现为三个方面：其一，潮流环流问题，该电力系统存在一个电磁环网，潮流在环网中形成潮流环流，导致有功功率增大，致使环网中的变压器负荷过大，具体表现问，该变压器的额定容量为15MVA，实际变压器支路功率为25.6MW；其二，节点电压越界问题，在初始运行状况下，该电力系统的电压偏低问题相对严重，电力系统中有32个节点电压越界，低于0.95的节点总数量高达24.5%，其中节点电压的最低值为0.923，远远的对于规定的电压下限，给电力系统的安全运行带来了影响；其三，有功网损，利用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，计算得知该电力系统优化之前的有功网损为0.05123。

优化计算。在PowerStation软件是一种应用于电力系统分析的软件，具有多维数据库、完整的设备数据库、网络嵌套等优点，文章采用PowerStation软件进行动态无功优化计算。优化算法的步骤表现为以下几个方面：（1）确定系统的优化目标和约束条件，系统的优化目标包括有功损耗值最小、无功损耗值最小以及所有元件的补偿容量值最小；系统的约束条件表现为：母线电压约束为96%u≤u≤102%u；补偿容量约束表现为0≤Qc≤Qmax；（2）进行优化计算，在PowerStation软件中按下优化潮流按钮，查考相应的计算报告获得支路的潮流信息以及优化措施，如果支路的状况不能满足既定的约束条件，应该对某些量值进行相应的调整，重新开始进行计算，并获得计算结果；（3）优化结果和分析，通过将试验系统优化前的初始潮流结果和文章的动态无功优化算法的结果进行比较，PV节点的电压以及有功出力都明显的增大；其他PQ节点的电压经过优化后，提高到了[0.95，1.1]区间内；各个发电机节点无功出力也得到有效的改善，进过优化后，该电力系统的环流现象得到有效的解决，电压器负载过大的问题也随之解决，初始潮流网损从原来的0.05123降低到了0.04235，有功网损降低了14.2%。

3 结束语

文章分析了电力系统动态无功优化方法，介绍了动态无功优化的数据模型和动态无功优化的计算方法，并且通过具体的实例，探析了动态无功优化方法在电力系统中的应用，以供参考。

参考文献：

[1]曾敏.地区配电网多目标动态无功优化研究[J].中国新技术新产品，2014（3）.

[2]李璇，李玎.基于新型多目标粒子群算法的电力系统动态无功优化[J].广东电力，2009（12）.

[3]李国庆，杨悦.基于现代数学算法的配电网动态无功优化研究[J].东北电力大学学报，2010（4）.