電網無功補償科學配置與優化控制的一體化研究

王勇杰

摘 要：文章根據市、縣（區）供電主網絡的電能質量和無功功率平衡分析出發，以提高市、縣（區）供電網電壓合格率水平、降低電網運行的損耗為目的，研究制定適合于市、縣（區）供電網的無功補償設備科學配置標準和方法，以及供電網無功電壓優化協調控制策略，實現市、縣（區）一體化聯合優化控制和結果閉環反饋的控制結構，最大程度上實時滿足無功平衡要求，對提高地區供電網的經濟運行水平具有重要貢獻。

關鍵詞：一體化；無功補償；配置；優化控制

引言

電力系統無功平衡系關乎電網安全、可靠運行的關鍵環節，而市、縣區供電網覆蓋的是廣大低壓配電網，其電壓質量的好壞與民生息息相關。如何更好地開展電網電壓無功優化控制，來適應大規模電網的發展，以及對電能質量監管的提升，是電網管理者不斷思考和持續改進的重要職責。單個變電站裝設無功補償裝置，實現電壓無功的局部優化控制，這是電網對“點”的需求，而要實現整個電網電壓無功的全局優化控制，則是電網對“面”的高層次需求。

1 地區電網無功電壓分析與計算

地區電網無功電壓分析從市調度中心EMS系統和各縣域公司EMS系統導出的數據搭建地區電網主網最高峰負荷狀態下的數據平臺。EMS系統數據庫中導出的數據主要包括各種電氣設備的參數、網絡結構、各機組的出力和電壓、補償設備的投入情況、與區外的功率交換等。縣域EMS系統中導出的數據有變電站中低壓側的負荷數據和補償電容的投入情況。根據提供的220kV變電站中、低壓側的負荷比例，將高壓側負荷數據分攤到中、低壓側。將所有的數據進行檢查，剔除壞數據，整理成PSASP6.2軟件所要求的格式，導入PSASP6.2軟件數據庫中。通過節點類型設置和調試，生成了基于PSASP潮流計算數據包。通過對負荷增長方式、發電機出力方式的合理設置，生成了基于PSASP軟件的電壓穩定計算數據包。最后，利用PSASP軟件，對地區網正常、故障下的潮流，靜、暫態電壓穩定和無功優化配置進行計算，并通過軟件提供的靈敏度指標，確定地區電網可能存在的相對薄弱環節，從而對新形勢下地區電網的電壓穩定水平進行客觀的評價。

2 一體化無功補償優化配置

電網的負荷是實時波動變化的，對無功功率的需求也是動態的過程。首先，從無功功率的動態變化分析入手，開展單日的無功補償分析；其次，引入到長期無功補償配置分析。以最少操作模式與最優配置覆蓋原則，實現無功補償需求概率分布曲線上的最優覆蓋。

2.1 站內優化配置計算方法

無功補償優化配置計算模塊包含了無功補償優化配置計算模塊的優化方法，其特征在于：步驟1，計算各時段無功補償容量需求，列出需求隊列；步驟2，將元素按大小排序排列；步驟3，刪除1%的最大值；步驟4，根據實際需求設定運算精度和無功補償需求臺數；步驟5，運用窮舉法求出所有無功補償設備組合的覆蓋率；步驟6，最優化結果為覆蓋率最大的組合，若覆蓋率相同，則取容量差較小的組合。

2.2 全網協同優化配置

無功電壓協調優化配置協調開展全面歷史數據分析，查詢220kV至35kV變電站的無功功率補償需求。按照網絡拓撲關系，從終端站開始按照單站無功配置優化方法優化配置電容器或電抗器。每個終端站配置好后，重新計算上級變電站的無功補償需求；不斷迭代直到所有站都配置完成。

3 市、縣（區）電網電壓無功一體化優化控制

市、縣（區）供電網電壓無功一體化控制基本出發點是實現全局的優化控制策略，以網損最小為目標，通過采集各變電站無功補償設備、變壓器分接頭運行信息，開展以節點電壓滿足合格率要求為約束的最優潮流計算，通過聯合調整各“點”的無功補償調節設備等措施，達到電壓無功的全局優化，保證電網電壓滿足合格率水平。電壓無功優化控制的執行可以采用分層控制或集中控制，以適應不同電網的需求和實際條件的限制。

按照無功補償“分層分區、就地平衡”原則，市、縣（區）供電網電壓無功一體化控制系統設計為協調層和執行層結構，原理上實現分層控制、分散協調一體化優化控制，滿足電網調控運行基本原則。

執行層為第一級控制，運行于各變電站內，接受協調層控制命令，實現獨立控制無功補償設備，并將動作后結果反饋協調層；協調層為第二級控制，運行于調度控制中心，相當于系統的“首腦”，開展優化控制分析及穩態整定值控制。

變電站執行層需按照電壓整定值，自動調整變壓器有載分解開關或投切無功補償設備，而定值和策略的的整定由協調層負責管理。調控中心協調層具備完善的市、縣（區）供電網模型，依次開展無功優化計算，并給定各樞紐結點電壓整定值。在異常情況下，各子站VQC裝置可依據分散控制原理獨立完成當地的電壓無功控制。協調層和電網、執行層和電網形成兩層的閉環控制結構。

協調層電壓無功的優化計算以網絡損耗最小化原則，優化控制結果綜合考慮母線電壓合格率、各元件穩定等約束條件。

4 結束語

國家電網公司已全面完成“三集五大”管理模式的改革，各地區所有的110kV變電站由原來的縣域歸屬運行，全部上劃至市供電公司調中心統一集中監控運行，電網的運行管理由分塊模式調整至整體模式。新形勢下，地縣一體化模式的無功補償優化配置與控制運行尤顯迫切和重要，也可為其他地區的相關方面的研究提供借鑒意義。

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