電壓無功優化控制應用平臺設計

張曉斌

摘要：隨著社會的不斷發展，用電需求不斷增加，電力系統負荷不斷增加，無功需求也不斷增加。當無功功率不平衡時，會導致電能質量、電壓、功率因數和線損等問題。因此，實現合理的無功補償是保證配電網安全經濟運行的首要條件，關系到用戶能否獲得優質安全的電力。目前，我國大部分電網存在無功容量不足的問題，不僅會造成巨大的損耗，還會威脅系統的安全穩定運行。因此，分析無功補償的優化配置原則，對提高配電網的安全運行和經濟效益具有重要意義。

關鍵詞：電壓無功優化;控制應用;平臺設計

1電力系統無功補償的內容和原則

1.1內容

通過對無功功率的優化補償，可以保證整個電力系統的運行安全。另外，保證無功功率的合理補償是提高無功補償的重要途徑。合理選擇無功補償點可以實現整個電力系統的合理配置，為電力系統的安全穩定運行打下堅實的基礎。在實際運行過程中，合理選擇無功補償和電力系統的連續優化，以防止無功的遠距離傳輸，可以有效地控制有功和無功的損耗，為電力系統安全有效運行提供有利條件，提高經濟效益。

無功規劃的具體情況大致可分為以下兩點：（1）無功補償點的確定;（2）無功補償點補償容量的確定。應特別注意無功補償點的合理選擇將直接影響電力系統的經濟性、安全性和穩定性。

1.2無功補償原則

為了能夠實現無功補償優化的最大化，必須要合理確定補償點。通常確定無功補償的可以分為下面幾個原則：

（1）結合電網網格結構的實際情況，有效總結其結構特點，同時合理確定中心點，以便實現有效控制其他的節點，保證整個電網全電壓都處在安全范圍之內。

（2） 在選擇無功補償點的過程中，必須遵循就地平衡原則，以負荷過大的節點作為無功補償點。當線路電壓等級不同時，也可采用分層平衡法，避免不同電壓等級下無功功率相互流動的現象，從而在很大程度上降低無功損耗，顯著提高電網運行的合理性和經濟效益。實際上，無功補償標準應始終高于0.7。

2電力系統無功優化

2.1無功優化現狀

隨著我國電力工業和電力系統的發展，電網電壓水平有了很大的提高，但仍有許多問題需要解決。一些電網在輕載運行時經常出現高壓。部分用電量大的地區電壓整定超過有關部門規定，給電網安全運行造成巨大隱患。大負荷運行時，電網電壓偏低，影響了大多數工業生產和居民的正常用電。另外，電力系統無功潮流不合理，不僅會增加配電線路的損耗，還會降低電網運行的穩定性和經濟性。

2.2無功優化存在的問題

當前我國配電網無功優化存在以下幾項問題有待解決：

（1）電力系統無功優化屬于一種非線性問題，非線性問題的規劃一般在進行局部收斂時可獲得最佳解決方案與效果，但是如何能夠跳脫出局部限制進行全局最優化有待研究;

（2）配電網線損是無功優化的最低目標函數，這可能導致最終母線電壓優化解的值更接近電網電壓設定的上限，但相關部門不希望這種情況在電網實際運行中出現。但是，如果降低電網電壓的約束范圍，則會增加收斂不良或不收斂或重復校正的風險。因此，如何將電壓質量與最佳經濟指標統一起來是一個亟待解決的問題;

（3）隨著電力系統的發展和自動化水平的提高，對無功優化的實時性提出了更為嚴格的要求。如何在不受約束的情況下，在最短的時間內找到最優值，是相關部門迫切需要解決的問題之一。

2.3無功優化措施

在靜態無功優化過程中，傳統的優化方法是利用過去某一時刻產生的最優優化結果對電力系統設備進行下一步的優化指導，這顯然是不合理和不科學的。動態無功優化可以最大限度地避免靜態無功優化的缺點。一般來說，動態無功優化包括無功補償裝置優化和電壓無功優化控制兩部分。

2.3.1無功補償設備優化

無功功率的產生與配電變壓器、電動機、加熱器等電力設備的運行有關，因此合理選擇補償裝置可以有效地降低電網線路的損耗，進而提高配電質量。一般來說，電容器可以用來補償負載引起的無功電流，于是就出現了無功補償。簡化的描述是，電網運行過程中會產生有功和無功功率，過大的無功功率會增加電網線路的損耗，但電氣設備產生的負荷屬于感性負荷，需要消耗無功功率才能保證運行，需要電網無功補償才能保證感性負載水平。

2.3.2電網電壓無功優化控制

首先利用調度自動化設備和系統采集各節點的遙測數據和電壓合格數據，并將其作為最優控制的約束條件。同時，實現電壓無功優化方案的分析和控制措施的設定，進行主變分接開關最小次數的調整，對電容器進行最合理的投切控制，達到最高電壓合格率和最小網損率的優化目標，然后根據優化目標形成指令，由自動控制系統執行。

2.4平臺的系統調試

系統的調試主要包括模塊調試和聯合優化調試兩部分，以實現平臺性能的優化。其中，模塊調試主要是指系統軟硬件調試、負載變化下的控制功能測試和異常故障下的阻塞復位調試;聯合優化調試主要是指整個應用平臺在各模塊連接狀態下的性能優化測試。

2.5整體設計思路

建立主站系統。根據各母線次日有功、無功功率曲線及開關狀態信息（通過短期負荷預測得到），在整個電網節點電壓允許范圍內，以最小有功損耗為控制目標，計算出各VQC的控制范圍（極限值）。在技術層面上，借助相對成熟的VQC裝置，研究開發適合于全網優化控制和就地控制方式的VQC控制方案，即建立變電站VQC，負責變壓器和電容器的狀態，收集電網運行參數，以及根據電網運行參數和主站系統提供或定義的電壓、無功功率限制，控制電壓、無功功率。同時可以實現全網優化狀態和局部狀態下電壓無功控制模式的切換。

2.6模塊調試

根據工程應用系統的硬件配置和設計要求，調試的模塊主要包括：硬件模塊方面，微機線路保護裝置的運行和參數整定，主要測試變壓器差動保護裝置和變壓器后備保護裝置，為系統故障閉鎖和復位操作提供基本的裝置條件;從裝置的擴展性、靈活性、實時性和高精度測量要求出發，采樣模塊化的設計思想實現了系統硬件設計中的數據采集處理模塊、開關量輸入輸出模塊、人機接口模塊和通信模塊。在系統軟件測試部分，主要從系統維護和交互需求的角度，進行系統電壓無功自動控制軟件的設計，充分利用和發揮硬件資源的作用，測試模塊功能設計，實現數據采集和轉換，控制策略實現、人機交互界面實現、數據顯示和故障自鎖保護等功能模塊相互獨立，便于今后軟件的擴展和維護。其中，故障和負荷變化下的調壓模塊試驗主要集中在關鍵點電壓水平上，分析變壓器的有載調壓方式和無功補償方式對調壓試驗的影響，優化控制策略的邊界判斷條件，精確得出電容器投切和分接調整的最佳配合動作。

2.7性能優化調試

在傳統的九區圖調整方法中，由于有載調壓變壓器分接開關和并聯補償電容器調整過于頻繁，變壓器和開關設備發生故障的概率很大。因此，每個變電站對分接開關的數量和電容器的調整都有嚴格的限制。因此，針對傳統的9區圖法在某些區域會使控制結果振蕩的現象，以及相應裝置頻繁動作的缺陷，對改進后的17區圖控制策略進行了試驗，并對分接頭調節條件和無功補償容量進行了精細的定量建模開展。考慮到合理的電容器組采用循環切換方式，投入運行的電容器組先退出，然后為了降低電容器組的平均運行溫度，減少開關動作次數，延長其使用壽命，可以達到最佳的系統調節效果。

結束語

在社會經濟快速發展的今天，供電系統的發展在我國經濟發展中顯得越來越重要。電力系統無功補償和優化可以顯著提高系統的電壓質量和電網的功率因數，實現無功功率的平衡，不僅提高電網運行的經濟效益，而且降低電網的損耗。要根據實際情況選擇補償裝置和方法，達到無功補償優化的效果。

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