基于電壓控制目標(biāo)追蹤的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法研究

廖智

摘 要：隨著電力法的頒布實(shí)施和電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)行的深入，保障目標(biāo)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓質(zhì)量日益顯示出其重要性。因而，探討以保障目標(biāo)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓質(zhì)量為首要目標(biāo)，同時(shí)兼顧降低網(wǎng)絡(luò)有功損耗的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文主要就配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化分類以及控制方式加以闡述，然后就配電網(wǎng)無功優(yōu)化控制原則以及方法詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：電壓控制；配電網(wǎng)；無功優(yōu)化

當(dāng)無功功率不足時(shí)，系統(tǒng)的有功損耗增大，電壓降低，甚至局部電壓會(huì)低至臨界值以下，引起系統(tǒng)電壓崩潰，導(dǎo)致大面積停電。相反，當(dāng)無功功率過剩時(shí)，系統(tǒng)的電壓升高，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。進(jìn)一步研究配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題，合理配置無功補(bǔ)償裝置，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要的理論研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)際意義。

1配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化分類以及控制方式

1.1配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化分類

配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化問題主要包括兩大類：規(guī)劃優(yōu)化的問題和運(yùn)行優(yōu)化的問題。配電網(wǎng)電壓無功規(guī)劃優(yōu)化研究的是一段時(shí)間內(nèi)新增的無功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化配置的位置和裝設(shè)的容量，確保電網(wǎng)在不同負(fù)荷水平及不同運(yùn)行方式下都能穩(wěn)定運(yùn)行，以最小的無功補(bǔ)償總?cè)萘揩@得最優(yōu)的全局性電壓合格率，達(dá)到改善電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)絡(luò)損耗的目的。電力系統(tǒng)電壓無功運(yùn)行優(yōu)化，則是在現(xiàn)有無功補(bǔ)償設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷變化情況，確定無功設(shè)備的補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，以達(dá)到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗最小或操作設(shè)備次數(shù)最少的目的。

1.2配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制方式

第一，分散控制。分散控制方式指的是利用本身所具有的無功資源實(shí)施對(duì)變電站無功與電壓的控制。目前比較常用的是依據(jù)九區(qū)圖和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)來選擇應(yīng)該采取的控制策略，決定變壓器分接頭的檔位和電容器的投切，保證電壓的質(zhì)量。分散控制的電壓無功控制主要是局部控制，而對(duì)于配電網(wǎng)這樣的大系統(tǒng)，就不能保證整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化控制與運(yùn)行，不能達(dá)到改善全網(wǎng)的電壓和網(wǎng)絡(luò)損耗的目的。

第二，集中控制。集中控制是指調(diào)度中也通過調(diào)度SCADA（數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控）系統(tǒng)，采集電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓，變壓器分接頭的位置，無功補(bǔ)償設(shè)備的狀態(tài)等模擬量和開關(guān)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理程序建立系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行電壓無功優(yōu)化計(jì)算，調(diào)整配電網(wǎng)中無功補(bǔ)償設(shè)備的投切和無功補(bǔ)償?shù)娜萘俊＜锌刂品绞降膬?yōu)點(diǎn)是幾乎不需要增加任何硬件投資，僅利用現(xiàn)有的軟硬件資源，即可實(shí)現(xiàn)，且系統(tǒng)投入運(yùn)行后，運(yùn)行維護(hù)方便，配置靈活。

第三，協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制方式是處于分散控制與集中控制之間的一種控制方式。協(xié)調(diào)控制是從全網(wǎng)角度進(jìn)行電壓無功優(yōu)化控制，合理安排各種調(diào)壓手段，實(shí)現(xiàn)變壓器和無功補(bǔ)償器的協(xié)調(diào)控制，達(dá)到提高系統(tǒng)電壓合格率、降低網(wǎng)絡(luò)損耗的目的。

2電壓控制目標(biāo)追蹤配電網(wǎng)無功優(yōu)化控制原則以及方法

2.1配電網(wǎng)無功優(yōu)化控制原則

其一，保證電壓質(zhì)量。電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，配電網(wǎng)的無功功率控制應(yīng)要滿足其在各種正常及事故后運(yùn)行方式下各節(jié)點(diǎn)電壓水平的需要，保證電壓質(zhì)量，使電壓偏移在規(guī)定的范圍內(nèi)。

其二，力爭(zhēng)經(jīng)濟(jì)性能最佳。除了安全性外，配電網(wǎng)無功優(yōu)化控制所追求的最主要目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)性能最佳，即有功損耗最小。配電線路主要任務(wù)是為了有功功率的傳輸，因此由無功功率引起的線路有功損耗應(yīng)盡可能的小。

其三，配電網(wǎng)中無功源隨時(shí)能滿足無功功率的需求。電容器組是配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償設(shè)備，配電網(wǎng)中的電容器組必須滿足在正常電壓水平下無功功率需求，才能使配電網(wǎng)的無功功率得到有效地控制。

其四，配電網(wǎng)無功功率控制要采用就地平衡，分層分區(qū)控制的原則。在配電網(wǎng)中，無功功率的控制要堅(jiān)持分級(jí)分區(qū)控制的原則，配電網(wǎng)無功源和無功負(fù)荷都應(yīng)采用分電壓層和分供電區(qū)基本平衡的原則進(jìn)行優(yōu)化控制，即每個(gè)電壓等級(jí)發(fā)出的無功功率和消耗的無功功率平衡，每個(gè)地區(qū)發(fā)出的無功功率和消耗的無功功率平衡。

2.2配電網(wǎng)無功優(yōu)化控制方法

當(dāng)前國(guó)內(nèi)所采用的微機(jī)型電壓無功綜合控制方法都是以VQC為基本控制對(duì)象，利用計(jì)算機(jī)的智能控制模塊來實(shí)現(xiàn)的。其中計(jì)算機(jī)控制模塊作為一個(gè)典型的多輸入及多輸出變量控制系統(tǒng)，其能夠通過配電網(wǎng)中的電流互感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備信息的快速跟蹤，并能夠?qū)ΡＷo(hù)的動(dòng)作情況及相關(guān)的閉鎖條件進(jìn)行有效的分析。其主要特點(diǎn)是功能較為強(qiáng)大，且可靠性高，靈活性較強(qiáng)等，因而當(dāng)前受到了較為廣泛的歡迎。有的研究者將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于AVQC裝置中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝置的藍(lán)牙無線改造，提高了裝置的網(wǎng)絡(luò)通信能力及操作的靈活性，增強(qiáng)了各裝置之間相互配合能力。

當(dāng)配電網(wǎng)的變壓器重載時(shí)，相關(guān)VQC裝置在被擾動(dòng)或可能對(duì)有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)整時(shí)導(dǎo)致電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，其對(duì)負(fù)荷調(diào)整時(shí)本身的非線性也非常不利于電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。國(guó)外有的研究學(xué)者從負(fù)荷特性的角度出發(fā)，通過對(duì)有載變壓器分接頭調(diào)整造成電壓失穩(wěn)進(jìn)行分析和計(jì)算來實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)無功優(yōu)化的有效控制。國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)配電網(wǎng)無功進(jìn)行有效優(yōu)化的方法主要是基于廣域測(cè)量系統(tǒng)及相應(yīng)的寬域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，其主要目的是對(duì)VQC進(jìn)行改進(jìn)。廣域測(cè)量系統(tǒng)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的延伸，其主導(dǎo)思想是采用高精度的同步采集廣域電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)相量分析，并基于高速的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)分散數(shù)據(jù)的有效采集，確保在時(shí)空坐標(biāo)下電網(wǎng)動(dòng)態(tài)信息的全局性。通過對(duì)廣域測(cè)量進(jìn)行有效利用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)VQC控制策略的優(yōu)化，并且在軟件中還能夠?qū)h(yuǎn)方數(shù)據(jù)接口進(jìn)行分析，利用電壓控制方法來有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的檢測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的分析功能完成對(duì)VQC控制策略的分析，在完成了對(duì)電壓失穩(wěn)或電壓崩潰的條件下對(duì)控制策略進(jìn)行調(diào)整。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，配電網(wǎng)中的電壓無功優(yōu)化控制是一種離散的控制，要實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)控制應(yīng)對(duì)混雜控制及離散控制進(jìn)行協(xié)調(diào)。當(dāng)前的控制方法還無法從根本上實(shí)現(xiàn)這些協(xié)調(diào)，應(yīng)加強(qiáng)混雜控制與離散控制協(xié)調(diào)性研究，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無功優(yōu)化全局控制奠定良好的理論基礎(chǔ)。

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