第42卷 第2期2008年2月
西 安 交 通 大 学 学 报
J OU RNAL O F XI′AN J IAO TON G U N IV ERSIT Y
Vol.42 №2
Feb.2008电力系统多目标无功优化研究
王云,张伏生,陈建斌,段光辉
(西安交通大学电气工程学院,710049,西安)
摘要:在传统无功优化模型的基础上,引入了静态电压稳定性指标,建立了综合考虑系统有功网损最小、静态电压稳定裕度最大和电压水平最好的多目标无功优化模型.将基于Pareto最优概念的改进多目标粒子群算法应用到多目标无功优化的求解中,对IEEE30节点系统进行了仿真计算.优化结果表明,该模型在实现系统经济运行的同时也增强了电网的电压稳定,同时求得的一组最优解能够为优化方法的决策提供更多的有效参考,具有实际意义.
关键词:无功优化;粒子群算法;多目标优化
中图分类号:TM714 文献标志码:A 文章编号:02532987X(2008)022*******
Multiobjective R eactive Pow er Optimization in Pow er System
WAN G Yun,ZHAN G Fusheng,CH EN Jianbin,DUAN Guanghui
(School of Electrical Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)
Abstract:Based on t he t raditional model of reactive power optimization,index of static voltage stability is int roduced and a model of multiobjective reactive power optimization is established, where t he active power loss minimization,static voltage stability margin maximization and high voltage quality are taken into account,and imp roved multio bjective particle swarm optimization al2 gorit hm based on Pareto co nception is cho sen to solve multio bjective reactive power optimization problem for IEEE30bus system.The simulated result s show t hat t he model is able to heighten power system voltage stability during t he eco nomical operatio n,and validity of t he established model and effectiveness of t he p roposed algorit hm are verified.
K eyw ords:reactive power optimization;particle swarm optimization algorit hm;multiobjective optimization
电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的有效手段,是提高电力系统电压质量的重要措施之一.传统的无功优化模型主要考虑有功网损最小的经济性目标,对电压稳定性考虑不足.鉴于无功的合理优化与电网电压的稳定有着紧密的联系,本文在传统无功优化模型的基础上,引入了静态电压稳定性指标,建立了综合考虑系统有功网损最小、静态电压稳定裕度最大和电压水平最好的多目标无功优化模型.
传统的多目标优化问题的求解方法是将其转化为单目标问题,然而各目标单位不一致,不易直接作比较,且加权值的分配往往带有较大的主观性.本文研究了基于Pareto最优概念的多目标粒子群算法,并针对其特点进行了一些改进,将其应用到电力系统多目标无功优化问题的求解中,对IEEE30节点系统的计算取得了较好的结果.
1 电力系统多目标无功优化模型
111 静态电压稳定裕度
电力系统无功优化中对电压稳定的考虑主要关心当前电力系统运行点离电压崩溃点还有多远,即系统的静态电压稳定裕度,因此采用静态电压分析方法.考虑到优化速度的要求,本文选择了计算较简单的奇异值分解方法,通过计算收敛潮流方程雅可
收稿日期:2007206226. 作者简介:王云(1980-),女,硕士生;张伏生(联系人),女,教授.
比矩阵的奇异值来得到系统的静态电压稳定裕度.在直角坐标形式下,潮流方程的修正形式为
ΔP ΔQ =
J
Pe J Pf
J Qe J Qf
Δe
Δ
f
(1)
J Pe J Pf
J Qe J Qf
=J∈R m×m m=2(n-1)(2)
式中:ΔP为节点有功功率偏差;ΔQ为节点无功功
率偏差;Δe为节点电压的实部;Δf为节点电压的虚
部;J为潮流方程的雅可比矩阵;n为系统节点数.
对雅可比矩阵J进行奇异值分解,得
J=UBV T=∑
m
i=1
u iδi v T i(3)
式中:U、V均为m阶正交矩阵;u i为矩阵U的左奇
异向量;v i为矩阵V的右奇异向量;B为以奇异值δi
(δ1≥δ2≥…≥δm≥0)为对角元素的对角矩阵.
将式(3)代入式(1),得
Δe
Δf
=J-1
ΔP
ΔQ
=(UBV T)-1
ΔP
ΔQ
=VB-1U
ΔP
ΔQ
(4)
在正常运行状况下,J非奇异,最小奇异值δmin=δm
≥0.当系统由正常工作点向稳定极限过渡时,其收
敛潮流对应的雅可比矩阵J则向奇异的方向变化.
当系统电压达到静态稳定极限的临界点时,J奇异,
最小奇异值δmin=δm=0.可见,δmin反映了雅可比矩
阵J接近奇异的程度,是系统工作点到临界点之间
的距离度量,因此可作为系统静态电压稳定裕度的
指标[1].
112 多目标无功优化模型
本文建立的多目标无功优化模型主要考虑以下
几个方面的目标.
(1)有功网损最小.从经济性角度出发,考虑有
功网损最小
min f1=P loss=∑
N
k=1
G k(i,j)[V i2+V i2-
2V i V j co s(θi-θj)](5)
式中:N为系统支路数;G k(i,j)为线路i j的电导;
V i、θi为i节点电压幅值和相角.
(2)电压水平最好(即电压偏移最小).选择电
压与指定电压的偏差作为目标函数之一,力求使电
压保持在满意的水平上
min f2=ΔV=∑
N D
i=1
V i-V spec i
ΔV max
i
2
(6)
式中:N D为系统负荷节点数;ΔV max i为负荷节点i允
许的最大电压偏差,ΔV max i=V max i-V min i;V spec i为负荷
节点i的期望电压幅值,通常取V spec i=(V max i+
V min i)/2.
(3)系统的静态电压稳定裕度最大.以系统收敛
潮流雅可比矩阵的最小奇异值δmin作为系统静态电
压稳定裕度的指标,δmin越大则表示系统的稳定裕度
越高.为了使各目标函数具有统一的最小化形式,
对δmin取倒数,将静态电压稳定裕度最大转化为最
小化函数形式
min f3=1/δmin(7)
本文建立的多目标无功优化模型为
min f1=P loss; min f2=ΔV; min f3=1/δmin
(8)
该模型的约束条件为
s.t.L(x,u)=0;G(x,u)≤0(9)
式中:x为优化的状态变量;u为优化的控制变量.
等式约束L(x,u)=0为系统的有功功率和无功功
率潮流平衡方程,不等式约束包括控制变量约束和
状态变量约束,分别如下
P i-V i∑
n
j=1
V j(G ij cosθij+B ij sinθij)=0
Q i-V i∑
n
j=1
V j(G ij sinθij-B ij cosθij)=0
(10)
V G i min≤V G i≤V G i max i=1,2,…,N G
T j min≤T j≤T j max j=1,2,…,N T
C k max≤C k≤C k max k=1,2,…,N C
(11)
V i min≤V i≤V i max i=1,2,…,N D
Q G j min≤Q G j≤Q G j max j=1,2,…,N G
(12)
式中:N G为系统中发电机节点数;N T为可调节变
压器数;N C为补偿电容器个数;V G i为第i台发电机
的端电压;T j为第j台变压器的变比;C k为第k个
可投切位置的电容器补偿容量;Q G j为第j台发电机
的无功出力.
2 多目标粒子群算法及其改进
211 粒子群算法简介[2]
在d维搜索空间,粒子的群体规模为N,则第i
(i=1,2,…,N)个粒子的位置可表示为X i=(X i1,
X i2,…,X id),速度可表示为V i=(V i1,V i2,…,V id),
该粒子所经历过的个体最优位置表示为p
best i
=
(p i1,p i2,…,p id),整个群体所经历的最优位置用412西 安 交 通 大 学 学 报 第42卷
g best=(g1,g2,…,g d)表示.每个粒子根据以下公式更新自己的速度和位置
V i k+1=w V i k+C1rand()(p best i-X i k)+
C2rand()(g
best
-X i k)(13)
X i k+1=X i k+V i k+1(14)式中:k为迭代次数;V k i和V k+1i分别为第i个粒子第k次和第k+1次迭代的速度向量;X k i和X k+1i分别为第i个粒子第k次和第k+1次迭代的位置向量;w 为惯性权重;rand()为(0,1)区间内产生的随机数; C1、C2为学习因子,均为非负常量.
212 多目标优化问题基本概念
21211 多目标优化问题 多目标优化问题通常包括一个含有n个决策变量的集合,一个k个目标函数的集合,一个m个约束的集合,目标函数和约束条件都是决策变量的函数,描述如下
max/min y=f(x)={f1(x),f2(x),…,f k(x)} s.t.:x∈S={x g i(x)≤0, (i=1,2,…,m)}
(15)式中:x为n维决策变量,x=(x1,x2,…,x n)∈R n;y 为目标向量;g i(x)为第i个约束条件;S为决策变量的可行域.本文中都以最小化目标函数进行说明. 2.2.2 Pareto支配关系 对于两个决策变量u和v,且u∈S,v∈S,若满足
Πi∈{1,2,…,k} f i(u)≤f i(v)
?i∈{1,2,…,k} f i(u) 2.2.3 Pareto最优解 对于多目标优化问题的一个可行解x3∈S,当且仅当S中不存在x,使x: x3,即x3是可行域S的非支配个体,则称x3为多目标优化问题的Pareto最优解. 2.2.4 Pareto最优解集 对于一个给定的多目标优化问题,它的所有Pareto最优解构成Pareto最优解集,也就是全局最优解集,记作P 3. 213 改进的多目标粒子群算法 本文借鉴多目标进化算法[3]的有效策略,将粒子群算法应用到多目标优化问题的求解中,得到了基于Pareto最优概念的多目标粒子群算法.其主要思想是:构造非支配集,并通过迭代使非支配解集不断逼近Pareto最优解集,最终达到优化目的,具体改进方法如下. (1)用快速非支配排序法求解非支配解集.使用了一种基于快速排序的构造非支配集的算法,该算法每一次循环都从种群中选择一个个体i(一般选择第一个个体),种群中其他个体依次与i进行比较.通过一趟比较将种群划分为两部分,种群的后半部分是被i支配的个体,前半部分是支配i或者与i 不相关的个体,若i不被其他任何一个个体支配,则将i并入到非支配集,接着再对前半部分重复上述过程,直到前半部分为空.该算法的时间复杂度优于改进的非支配遗传算法[3]. (2)采用精英归档技术.本文用一个独立于进化过程的外部集合———精英集,保存迭代中搜索到的非支配最优解,并迭代作为粒子群中每个粒子的全局极值的候选集合,最终外部精英集保留的解集就是算法求解的结果. 基于支配关系对精英集进行更新:若非支配集中的粒子被精英集中的粒子所支配,则该粒子不进入精英集;若非支配集中的粒子支配精英集中的某些粒子,则剔除精英集中那些被支配的粒子,并将非支配集中的粒子加入到精英集中;若非支配集中这个粒子与精英集中的所有粒子均无支配关系,则将该粒子加入到精英集中. (3)采用拥挤度算子维持精英集的容量.精英集的大小是有限的,本文采用了拥挤距离作为多余粒子的取舍根据.拥挤度是指种群中给定个体周围的个体密度,直观上可用拥挤距离的大小表示.在k维目标空间中,取个体i沿着每个目标的两边相邻个体之间的水平距离,并将k个这样的水平距离相加作为个体i的拥挤距离d i. 个体的拥挤距离大则说明个体分布的较分散,个体的多样性好.为了保持精英集中个体的多样性,避免最优解过于集中近似,本文保留拥挤距离较大的粒子,剔除拥挤距离较小的粒子,从而维持精英集的容量. 3 多目标无功优化的求解 311 求解中的关键环节 31111 控制变量编码 无功优化的控制变量中,发电机节点电压连续可调是连续控制变量,采用实数编码.变压器分接头位置和补偿电容器投切组数都有档位的限制,是离散变量,采用整数编码.3种控制变量的混合编码形式如下 X=[V G|T|C]=[V G1,…,V G i,…, V G N G |T1,…,T i,…,T N T |C1,…,C i,…,C N C ] (17) 512 第2期 王云,等:电力系统多目标无功优化研究 式中:X 为混和编码的粒子个体;V G i 为第i 个发电 机的节点电压;T i 为第i 个有载调压变压器的分接头位置;C i 为第i 个无功补偿点的补偿容量.31112 离散变量的处理 本文通过映射编码和取整的方法对离散变量进行处理.例如,对于一个变比调节范围在{T j min ,T j max }之间、共有l 个档位分接头的变压器,其调节步长为 T step =(T j max -T j min )/(l -1)(18) 假设其对应第j 维控制变量X [j ],则令X [j ] 的取值范围等于分接头的档数,即1≤X [j ]≤l.变量在该范围内初始化,其取值为[1,l ]之间的整数,速度和位置更新后,按 T j =T j min +[X [j ]-1]T step (19)将X [j ]转化为相应的变比值带入目标函数进行计 算,其中[?]表示取整.电容器投切组数的离散变量处理方法与此类似.31113 约束条件的处理 若运行状态合理、潮流计算收敛,则等式约束中的功率平衡条件式(10)可满足.若潮流不收敛,则将此个体对各个目标函数的适应值都指定为一个较大值f max ,使其在最小化寻优的过程中无法占优.控制变量的各维变量都在其限制范围内初始化,在更新每一维变量的速度和位置时均被限制在其允许范围内,因此不等式约束中的控制变量约束式(11)也能被满足.真正需要考虑的约束条件是状态变量的约束条件式(12).本文将该约束转化为一个罚函数,并将其作为一个最小化目标加入到无功优化的目标函数中 min f 1=P loss = ∑N k =1 G k (i ,j )[V i 2 +V i 2 - 2V i V j co s (θi -θj )] min f 2=ΔV = ∑ n i =1 V i -V spec i ΔV max i 2 max f 3=δmin min f 4=λ1 ∑ N D i =1 V i -V i lim V i max -V i min 2 + λ2 ∑ N G i =1 Q i -Q i lim Q i max -Q i min 2 (20) 式中:λ1为节点电压幅值越限项的罚因子;λ2为发电机无功出力越限项的罚因子;V i lim 、Q i lim 的定义为 V i lim = V i max V i >V i max V i min V i V i 其他 (21) Q i lim = Q i max Q i >Q i max Q i min Q i Q i 其他 (22) 312 计算步骤 利用多目标粒子群算法求解多目标无功优化问题的计算步骤如下: (1)读入原始数据,包括电力系统数据和算法参数数据; (2)迭代次数t =0,在控制变量约束范围内,随机初始化粒子群,每个粒子的个体极值和全局极值均为初始位置,精英集设置为空; (3)根据粒子编码的控制变量值,对整个系统进行潮流计算,并由此计算出每个粒子所代表的优化方案下系统的有功网损、电压偏移、静态电压稳定裕度和惩罚项这4个目标函数的适应值; (4)根据Pareto 支配概念,比较粒子的优劣,并 按照快速排序法构造粒子群的非支配解集,寻找每次迭代中出现的最优解; (5)计算非支配解集中各粒子的拥挤度距离;(6)按照Pareto 支配关系中的比较关系更新精英集,同时结合各粒子拥挤度距离控制精英集的大小; (7)更新粒子的个体极值和全局极值; (8)更新粒子的速度和位置,即更新各控制变量的值,重新构造优化方案; (9)判断是否满足结束准则,达到最大允许迭代 次数或若最优解对应的目标函数值在给定的迭代步数内改变量小于给定值时,停止优化并输出结果,否则迭代次数t =t +1,返回步骤(3). 4 算例分析 以IEEE30节点系统为算例进行计算分析.网 络结构如图1所示,该系统共有30个节点,41条支 图1 IEEE30节点系统结构图 612西 安 交 通 大 学 学 报 第42卷 路,21个负荷节点,包含6台发电机,4条可调变压器支路,并有2个电容器无功功率补偿节点(节点10和24).系统支路数据和变量约束见文献[4]. 算法参数设置如下:种群大小为50,最大迭代次数为100,精英集大小为50,粒子群算法中的常数C1=C2=2.重复实验50次,最终得到一组Pareto 支配概念下的最优解.根据计算50次中最优解出现的概率选取其中3个出现最频繁的解,分别对应3种优化方案,统计其结果并与优化前状态进行比较,如表1所示(表中数据均为标幺值). 优化前,发电机节点1无功出力越下限,发电机8节点无功出力越上限,共有13个节点电压越下限,其中节点30的电压最低,只有019162. 经过优化,系统的节点电压越限和发电机无功表1 IEEE30节点系统无功优化前后的结果 优化前 优化方案 123 有功网损010599010509010492010475 静态电压 稳定裕度012360012491012440012452 电压偏移612670215440214570312740 电压越限 节点数13000 无功越限 节点数2000 出力越限都得到了纠正,优化结果均满足所有运行约束条件.同时,系统的有功网损均有所降低,静态电压稳定裕度都有所提高,电压水平方面也都有不同程度的改善.本文所得的解优于文献[5]中的结果,验证了本文多目标无功优化模型可以实现无功优化中对经济性和稳定性两方面的要求. 这些解的优化侧重点有所不同:优化方案1的有功网损最大,电压稳定裕度最大,但是电压偏移较大;优化方案2的有功网损适中,电压偏移最小,但是电压稳定裕度最小;优化方案3的有功网损最小,电压稳定裕度适中,但电压偏移最大.这些解为问题提供了足够的解决方案,最后由决策者根据经验或喜好对其进行选择.本例中,如果对系统运行的经济性要求最高,优化方案3是最佳选择,如果对系统稳定运行更加重视,可选择优化方案1,如果对电压水平要求较高,优化方案2比较合适. 5 结 论 研究电力系统无功优化问题时应考虑电压稳定问题,这对于提高系统的静态电压稳定裕度、预防电压失稳具有现实意义.用IEEE30节点系统作为算例,计算结果表明,基于本文模型的无功优化结果可以同时降低系统有功网损,提高系统静态电压稳定性并改善电压水平. 基于多目标粒子群算法对无功优化问题的求解,在目标空间进行全面搜索,得到了一组Pareto 最优解,这些解由于对各个目标函数的侧重点不同,不具有绝对最优性,对于优化方案的最后选择提供了更多的有效参考. 参考文献: [1] 冯治鸿,刘取,倪以信,等.多机电力系统电压稳定性分 析2奇异值分解法[J].中国电机工程学报,1992,12 (3):10218. FEN G Zhihong,L IU Qu,N I Y ixin,et al.Analysis of steady2state voltage stability in multimachine power systems by singular value decomposition method[J]. Proceeding of the CSEE,1992,12(3):10218. [2] KENN ED Y J,EB ER HAR T R.Particle swarm opti2 mization[C]∥IEEE International Conference on Neu2 ral Networks.Piscataway:IEEE,1995:194221948. [3] DEB K,PRA TA P A,A GARWAL S,et al.A fast and elitist multiobjective genetic algorithm:NSGA2II [J].IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 2002,6(2):1822197. [4] 张伯明,陈寿孙.高等电力网络分析[M].北京:清华大 学出版社,1996. [5] 娄素华,李研,吴耀武,等.多目标电网无功优化的量子 遗传算法[J].高电压技术,2005,31(9):69271. LOU Suhua,L I Yan,WU Yaowu,et al.Multi2objec2 tive reactive power optimization using quantum genetic algorithm[J].High Voltage Engineering,2005,31(9): 69271. (编辑 杜秀杰) 712 第2期 王云,等:电力系统多目标无功优化研究 浅谈地区电网调度运行中的无功优化技术 发表时间：2016-10-15T11:41:08.410Z 来源：《电力技术》2016年第5期作者：吴英 [导读] 如何在保证地区电网安全的前提下，进行经济调度、多供少损、降损节能，这是摆在调度人员面前的一个重要课题。 国网临汾供电公司山西临汾 041000 摘要：如何在保证地区电网安全的前提下，进行经济调度、多供少损、降损节能，这是摆在调度人员面前的一个重要课题。本文首先说明了地区电网经济调度运行的重要性，然后分析了目前地区电网经济调度运行中存在的问题，最后详细阐述了地区电网经济调度运行的措施。 关键词：地区电网；经济调度运行；电压；变电器；负荷 电力调度的主要任务是指挥电网安全、优质、经济运行并进行事故处理，在保证电网运行效果，合理配置电力资源和节能降耗方面发挥重要作用。 1地区电网未进行无功优化的电网问题 随着供电负荷的快速增长，区域电网损耗的问题日益突出。目前普遍存在无功容量不足或分组不合理，以及用户无功补偿配置不科学，部分补偿装置投切不灵活甚至无法投运等问题。同时，随着用电量的迅速增长，区域电网建设速度跟不上经济发展的步伐，老设备、长线路、小线径、重负荷等情况大量存在，进而引发网损增大、补偿设备不配套等问题。 2 地区电网经济调度运行的措施 2.1 加强和规范运行管理制度 电网的经济调度，不仅可以提升电网安全性，同时也能在满足日常用电的基础之上，从调度原理入手，制定科学的能耗体系，保证供电企业获得经济效益的最大化。在电网的日常运行中，许多电力损耗都是在运输过程中产生的，不仅影响了资源的合理应用，同时还在一定程度上提升了电力企业营销成本。工作人员可以通过科学化的调度来调整电能损耗，改善电网结构。通过缩短供电半径、完善就近原则等方式来减少电能运输中间环节，确保电网功率因数最大化，提升电能的实际使用效率。工作人员在进行日常调度时，可以采取一些措施来补偿功率。专门负责调度的部门也可以通过指挥电网退电容器等方式来调整无功的流向，让电网始终都处于最佳的运行状态下，降低营销成本与供电成本。 除此之外，要尽可能地完善电网运行各个环节的规范管理，建立电网运行的高效机制，加强电网的经济管理制度，使电网运行的经济效益最大化变得可能。 2.2 电压调整及无功优化 2.2.1 经济运行电压调整 基于可操作性和实用性的基础上，实施“逆调压”的执行原则，充分运用负荷电压来实现对关系分时段的经济调压。根据相关资料了解到，在 110kV 及以上电网中，要实现运行电压的有效提升，那么必须将占总损耗 80%的负载损耗控制到最低；在 80% 的负载损耗中40%-80% 左右为变压器空载损耗，其中后夜运行电压较高的情况下，其空载的损耗比例达到了最大，为此在后夜时，应当通过对电压进行下限偏移的方式来实现对配电线路的控制，使损耗能够得到有效控制。 根据供电企业的具体情况，线损归口管理部门应依据极大负荷提升经济性，通过对最小负荷、最大负荷的运行参数进行测定，再根据测定结果来计算。调度运行部门则需要结合理论计算的结果来实现对电网运行电压科学合理的调度，并以此来实现有效降低损耗的目的。 2.2.2 无功优化 要实现无功功率的优化，那么首先应当加强分区、分层以及就地平衡工作。在进入到建设和规划阶段时，我们就需要对无功补偿装置进行优化，基于“由下而上，由末端向电源端”发展的顺序来实现逐步的平衡补偿；在对运行进行管理时，应建立起各项指标集合的考核制度，其中应当包括电容器可用率、电压合格率的强化、制度的建立、功率因素等，使调度运行人员的日常调度工作能够得到有效加强，进而促使日常调度工作中，调度运行人员的变电站无功集中补偿装置的退、投管理能够得到有效补偿，从而能够更好的实现对电压质量的改善，促使网络有功功率损耗因此下降，并促使电网的负载能力和经济性能够得到提高。 2.3 加强主变压器的经济运行管理 我们应当加强主变压器的经济运行曲线的定期编制，通过理论计算对单台主变压器进行分析，确保主变压器的经济负荷能够达到最大，而经济负载率控制在最低；针对有 2 台机上的主变压器变电站，可经由计算对经济运行的临界负荷进行明确。 在日常调度工作中，针对单台变压器的变电站，由于负荷调控措施和性质的有效性等问题，实际上是较难实现对变压器经济负荷率下运行的，但能够通过对负荷调控、变压器容量等进行调控的方式进行合理选择，确保变压器的经济运行区间能够实现最小经济和最大经济负载；同时还需要根据具体主变压器的经济运行曲线以及负荷大小，是对 2 台主变压器的运行方式进行调整，使损耗能够控制到最低。 2.4合理安排检修计划 电网的运行方式被输变电设备的停电进行了改变，相同的供电负荷下，输变电设备的输送潮流和线损得到了增加，这样对供电的安全可靠性不利，所以，调度运行部门安排年度和月检修计划的时候，应统筹兼顾，对停电计划进行优化，对检修方式进行合理的安排。尽量做到断路器检修与线路检修同步，一次设备检修与需停电检修的二次设备检修同步；变电站电源进线断路器与本站其它的检修、消缺、清扫工作同步。 3 临汾电网AVC管理 2006年开始，无功调度电压控制综合优化调节系统（AVC）在临汾电网投入运行，至今运行状况良好，并取得了很好效益。该系统在确保电网与设备安全运行的前提下，从全网角度进行无功电压优化控制，实现无功补偿设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压，实现主变分接开关调节次数最少、电厂无功出力和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标。从而进一步提高 电力系统无功优化的研究现状与算法综述 学号：201431403083 姓名：郭宗书 摘要：对我国电力系统无功优化问题的研究现状和无功优化的一般模型进行了简要介绍，并在一般模型的基础上总结了目前已有的传统算法和现代算法，进一步分析了电力系统无功优化领域存在的问题，较全面地反映了这一科研领域的发展现状。 关键词电力系统无功优化现状算法 0 引言 最近几年来，伴随着我们国家的电力工业不断发展壮大，达到无功优化也已经成为了电力系统控制与运行的重点研究对象。在电力市场条件下，供电电压质量是电力系统电能质量的重要指标之一，而供电电压质量的好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理，所以，无功优化是合理分布电力系统无功潮流以及保证系统安全经济运行的有效手段。 所谓的无功优化，就是指在给定的系统结构参数和负荷的情况下，通过对一些特定控制变量进行优化，并在一定的约束条件下，使得系统的一个或者是多个性能的指标都能够实现最佳时的一种无功调节方法。 无功优化问题是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题。建立在严格的数学模型上的最优潮流模型，首先由法国的电气工程师Carpentier于20世纪60年代初期提出[2,3]。但随着电力市场化需求的不断增长，充分利用电力系统的无功优化手段，既满足客户各种用电需求又能保证系统安全经济运行，成为一直以来国内外电力工作者们致力研究解决的问题。而无功优化问题是一个复杂的非线性规划问题，由于其目标函数与约束条件的非线性、控制变量的离散性同连续性混合等特点，目前尚无一种直接、可行、快速完善的无功优化方法。因此，无功优化问题的核心就在于对非线性函数处理、算法收敛、处理优化问题中的离散变量三个方面。 当下，国内外学者根据不同的需求，建立了不同的无功模型，主要分为考虑网损及电压质量[4,5]、考虑负荷变化影响[6]、考虑分布式电源接入[7]和电力市场环 电力系统分析综合程序简介 A Brief Introduction of PSASP? 中国电力科学研究院 2011年5月 目录 PSASP电力系统分析综合程序简介............................................................................................- 1 -PSASP图模一体化平台（7.0版）..............................................................................................- 3 -PSASP潮流计算程序....................................................................................................................- 6 -PSASP暂态稳定计算程序............................................................................................................- 8 -PSASP短路计算程序................................................................................................................. - 10 -PSASP最优潮流和无功优化计算程序..................................................................................... - 12 -PSASP静态安全分析计算程序................................................................................................. - 14 -PSASP网损分析计算程序......................................................................................................... - 15 -PSASP静态和动态等值计算程序............................................................................................. - 16 -PSASP用户自定义模型和程序接口..........................................................................................- 17 -PSASP直接法稳定计算程序..................................................................................................... - 19 -PSASP小干扰稳定分析程序......................................................................................................- 20 -PSASP电压稳定分析程序......................................................................................................... - 22 -PSASP继电保护整定计算程序................................................................................................. - 23 -PSASP线性/非线性参数优化程序 ........................................................................................... - 25 -PSASP谐波分析程序..................................................................................................................- 26 -PSASP分布式离线计算平台..................................................................................................... - 28 -PSASP电网风险评估系统......................................................................................................... - 30 -PSASP暂态稳定极限自动求解程序......................................................................................... - 32 -PSASP负荷电流防冰融冰辅助决策系统................................................................................. - 33 - 电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。因此励 磁损耗为 0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1) 另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约 为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综合负荷的电压静态 电力系统的无功优化和无功补偿 摘要：电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压,减小网损,提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。 关键词:无功优化无功补偿非线性网损电压质量 1前言 随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的 结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。 2无功优化和补偿的原则和类型 2.1无功优化和补偿的原则 在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定: 1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制； 2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。 ３)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准０.7的规定。 2．2无功优化和补偿的类型 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kＶ及以上),由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1．２Mvar／km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在５00kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。 3 输配电网络的无功优化(闭式网) 第5章 电力系统的无功功率平衡和电压调整 一、填空题 1.电力系统的无功电源除了发电机，还有各种类型的 装置。 2.输电线路两端电压差值越大，则流过的无功功率也就越 （填“大”或“小”）。 3.电力系统的无功平衡是指各种无功电源供给的无功功率要与 和_____________相平衡。同时，为了保证运行的可靠性和电能质量，以及适应负荷的发展，还必须具备一定的 。 4.电力系统中的无功损耗主要包括 的无功损耗和 的无功损耗。 5.电力系统的无功电源有 、 、 、_____________和 等。 6. 电力系统电压的监视和调整通常只选择一些关键性的母线（节点）来完成，这些关键性的母线称为 。 7.中枢点的调压方式分为 、 和 三类。 8.在整个电力系统普遍缺少无功的情况下， （填“能”或“不能”）采用改变变压器分接头的方法提高所有用户的电压水平。 9.在负荷水平较低时，应 （填“增加”或“减少”）并联运行的变压器台数，以_________（填“升高”或“降低”）二次母线电压。 10. 如下图所示，A U ?、B U ? 分别为线路AB 两端的电压相量，由此可知：线路中有功功率的流向为 ；感性无功功率的流向为 。 11.电力系统中某两个相邻节点a 、b 的电压分别为kV U a 2228∠=?，kV U b 5192∠=?，该两个节点之间P 的流向为 ，感性无功Q 的流向为 。 二、选择题 1.关于输电线路上有功功率和无功功率的传输方向，下列说法正确的是（ ） A.有功功率从电压相角超前的一端流向电压相角滞后的一端，无功功率从电压幅值较大的一端流向电压幅值较小的一端 B.有功功率从电压相角滞后的一端流向电压相角超前的一端，无功功率从电压幅值较小的一端流向电压幅值较大的一端 C.有功功率从电压幅值较大的一端流向电压幅值较小的一端，无功功率从电压相角超前的一端流向电压相角滞后的一端 D.有功功率从电压幅值较小的一端流向电压幅值较大的一端，无功功率从电压相角滞后的一端流向电压相角超前的一端 2.中枢点的三种调压方式中，实现难度最大的是（ ） A.顺调压 B.逆调压 C.恒调压 D.无法判断 3.当整个系统缺乏无功电源时，可采取以下哪些调压措施（ ） （1）改变变压器变比调压 （2）串联电容补偿调压 A B B 漫谈电力系统无功功率 目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种的特定环境，公用电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率。 在实际电力系统中，异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流；电力电子装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功功率补偿(以下简称无功补偿)就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，且正在受到越来越多的关注。 设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。 随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机(Synchronous Condenser--SC)。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补 偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(Static Var Compensator--SVC)所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor--SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor ontrolled Reactor--TCR)和晶闸管投切电容器(Thyistor Switched Capactor--TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor--FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的装置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的无功补偿，有人称为静止无功发生器(Static Var Generator--SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advanced Static Var Compensator--ASVC)或静止调相器 电力系统无功功率优化 【摘要】随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统日益扩大，对电网的运行的可靠性要求也越来越高。为了有效提高电力系统输电效率，降低有功网损和减少发电费用，我们需要加强对电力系统运行的经济性研究，合理选择无功补偿方案和补偿容量，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，这样不仅能够改善电能的运行环境，给输电公司带来更高的效益和利润，还能提高功率因数，保证电网的电压质量，维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，最终保证了电网的安全、优质、经济运行。我国配电网的规模巨大，因此要想优化电力系统的无功补偿，需要电力部门和用户高度重视，密切配合，分析无功补偿应用技术，选择合适的优化方案。本文先是介绍了无功优化的重要性，接着分析了无功优化的基本思路，无功优化的一般模型和目标函数，阐述了无功功率的动态补偿。 【关键词】电力系统；无功优化；一般模型；目标函数；动态补偿 引言 电压和无功功率的分布有着非常紧密的联系，一般情况下，无功功率是造成电网线路出现有功损耗的主要原因，同时也严重影响着电力系统电压的正确分布。由此可见，根据电网的实际情况，利用现有的无功调节手段，合理的调动无功，在满足安全运行约束的前提下，加强对无功优化的研究，对于提高电压质量、降低系统网损具有重要的意义。无功优化是实现电力系统安全和经济运行的重要手段。 1 无功优化的重要性 随着电力市场改革的不断深化，降低电网损耗，直接决定着电力电网公司的经济效益和供电效率，变得非常重要。降低网损，其主要途径就是要降低电网的无功潮流流动，通过无功优化，可以降低电网有功损耗和电压损耗，优化电网的无功潮流分布，改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现代电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。因此，电力系统中无功优化的重要性越来越为突出。 2 无功优化的基本思路 无功优化可分为无功运行优化和规划设计优化。其中无功运行优化是利用现有无功补偿装置，通过降低网损的方式，合理调节变压器分接头和发电机端电压，正确分析离线运行方式，实现无功实时或短期控制。而规划设计优化涉及的问题很多，也很复杂，不仅包括多时段，还要充分考虑多运行方式，确定补偿装置的地点、容量和投切时间，扣除补偿投资后的净收益，使得损耗电能减少的收益最大，而年运行费用与投资等年值之和最小。总之，电力系统的无功优化的基本思路，就是在满足电力系统无功负荷的需求下，根据电力系统的有功负荷、有功电 电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为 1％～2％。因此励磁损耗为 0/100Ty TN Q I S = (Mvar) (5-1-1) 另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S = (Mvar) (5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综 电力系统无功优化调度研究综述陆梦龙 发表时间：2017-09-19T12:02:15.953Z 来源：《电力设备》2017年第13期作者：陆梦龙 [导读] 摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。 （国网徐州供电公司江苏徐州 221000） 摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题，对于电力系统的安全具有重要意义，受到国内外电力学者和研究人员的充分重视。本文对无功优化调度的计算和控制进行了深入讨论，提出了寻优质量，离散变量处理，求解效率动态优化调度及其协同优化方法等关键性问题。 关键词：电力系统；无功优化调度；研究 一、电力系统无功优化问题概述 电力系统无功优化调度问题是指在电力系统无功电源较为充足的情况下，通过调节发电机机端的电压，调整变压器抽头变比，改变无功补偿装置的出力等措施来调整无功潮流。从而使系统电压值能够达到合格值。同时把全网有功损耗降到最小。电力系统无功优化调度问题有时也被称为电力系统无功优化控制，或者电压无功优化控制，无功优化潮流问题等。 电压质量是衡量电力系统电能质量的一个重要指标。在各种电能质量问题中，电压波动过大产生的危害是最大的。它不止会影响电气设备的性能，它会影响到系统的稳定和运行安全。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题。保证电气设备的安全运行。无功优化调度在保证现代电力系统的安全性和经济性双面的作用不可小视。 从笔者的观点来看，电力系统无功优化调度，分为静态无功优化调度和动态无功优化调度。静态无功优化调度是指不考虑控制设备是否允许连续调整的情况下，只追求对于电压水平和网损的无功优化。而动态的无功优化调度是指在无功优化过程中，为了适应负荷的动态变化，而加上对控制变量的每日允许操作次数限制的考虑。还要考虑到电力系统各种不同的负荷水平和运行状态下所产生的各种调度结果的相关联系。所以动态优化比静态优化问题要复杂一些。静态优化一般是停留在理论层面的，而动态优化往往是在实际生活中的。 电力系统无功优化调度问题从数学的角度来讲可以类似于一个目标函数和一组约束条件。这个问题具有多目标性，约束条件数量多，非线性不确定性，离散性，多极值性，解的空间缺少连通性等。随着我国电力系统规模的不断扩大，对于无功优化算法的要求也越来越高。如何快速得到最优解。解决不可行问题等都变得十分复杂和困难了。 二、无功优化的几种常用计算方法 无功优化的求解方法主要有非线性规划法，线性规划法，混合整数，动态规划法等常规方法。以及像神经网络法，专家系统方法遗传算法等非常规性方法。这些方法在无功优化的求解方面各有利弊，下面来一一进行分析。 1.非线性规划法。非线性规划法是最先被运用到电力系统无功优化中的一种算法。因为无功优化本身便是具有非线性的特点的。这种算法的优点是既能够保证电力系统的安全性又能够实现他的经济性，还能提高电能质量。非线性规划法的运算操作形式是，首先设定一个目标函数。然后把节点功率平衡作为等式的约束条件。然后再通过引入松弛变量的方法发布董事的约束条件转换成等式的约束条件。那么这个复杂的无功优化问题就转换成了一个非线性代数方程组求解的问题。 2.线性规划法。无功优化虽然是一个非线性问题，但是我们可以对其进行线性化之后再进行研究。通过线性规划的方法对无功优化进行计算，具有加快计算速度，使各种约束条件处理简单化。线性规划法因其较为简单便捷，所以得到了较快的发展。它具有速度快收敛性好算法稳定等优点。但是在进行无功规划优化时需要对目标函数和约束函数进行线性化处理。这便是一个非常容易出问题的环节。如果选取或处理的不合适，很有可能会引发震荡或收敛缓慢。在把无功优化的线性规划模型确定好之后，它的求解方法一般采用具有指数时间复杂性的单纯形法，或者是这一形法的各种变形。美国贝尔实验室于1984年提出内点法。内点法具有迭代次数变化少，鲁棒性和收敛特性较好的特点，很多专家学者在应用中证实它比单纯形法更具有优越性。人们越来越多地开始采用内点法来解决无功优化问题。 3.混合整数算法。非线性和线性规划法虽然各有各自的优点。但是在实际应用中它们都难以反映出变压器分接头变化以及电容器组，电抗器投射的离散特性。为了解决这个问题，便有学者发明了混合整数规划方法。在一般的线性规划问题中，最优解是分数和小数的情况很多，但是对于具体的问题来说，他一般要求某些变量的解必须要是一个整数。把规划中的变量限制为整数，称为整数规划。这个方法能够有效的解决优化计算中变量的离散性问题。它的原理是通过分支定界法，不断的定系缩小范围，使得结果越来越接近于最优解。但是这一算法也存在一些弊端。它的计算时间属于非多项式的类型。随着计算维度的不断增加，计算时间也会快速增长，这样在实际操作中便难以及时有效的反映问题，所以混合整数规划优化算法应当向着更好的适应系统规模，加强实用化这个方面不断发展。 4.人工智能方法。上面提到的三种算法的共同缺陷是他们都存在着无法找到全局最优解的可能性。而且传统的数学优化方法一般都需要依赖于非常精确的数学模型。这就造成了这一问题的复杂性，从而导致它难以被实时控制。基于这一原因和人们受自然界和人类本身的启发。人工智能方法开始逐渐被研究并应用到电力系统无功优化中。例如专家系统，神经网络等都是一些较为具有代表性的人工智能方法。专家系统方法是指在结合上其它方法的基础上，依据专家的经验设置出初始值，然后不断的调整控制参数的大小，选举出一个比较好的解，将专家系统应用于无功优化，有利于结合上运行人员的专业知识，从而增加功能性。人工神经网络又被人称为连接机制模型，它是一个由大量简单元件广泛连接而形成的，被用来模拟人脑行为的一个十分复杂的网络系统。 三、无功优化的领域的关键性问题及发展动态 1.存在的关键性问题。笔者认为目前无功优化领域需要解决的关键性问题有五点。一是选择哪种算法可以求出最优解，二是我们是否能够直接处理离散控制变量，不再采用连续化假设的方法，三是在电网规模不断扩大的同时，优化算法的巡游速度能否赶上实时计算的需求，四是如何解决好控制设备动作次数的限制问题，五是在大规模电网中无功优化调度如何更好的实现对于全局的协调优化控制。 2.国内外关于这些问题的研究现状。就目前国内外的发展情况来看，现在学者们研究的问题大多是针对选择何种优化算法可以求得最优解的，当然，这一研究也取得了较大的成果。而对于不采用连续化假设直接处理离散控制变量来说，只有进化算法和内点算法能够解决这一问题。就目前所存在的算法来看，随着电网规模的不断扩大，优化算法的速度是难以赶上实时计算的需求的，这一点还需要我们不断 地区电网A VC控制策略的研究与分析 发表时间：2018-08-13T09:34:30.770Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：代礼琴秦建明 [导读] 摘要：在电力系统SCADA调度自动化系统发展的越来越成熟的前提下，自动电压控制（Automatic V oltage Control，A VC）在地区电网的运用也越来越有必要。 云南电网责任有限公司怒江供电局云南省怒江傈僳族自治州 673200 摘要：在电力系统SCADA调度自动化系统发展的越来越成熟的前提下，自动电压控制（Automatic Voltage Control，AVC）在地区电网的运用也越来越有必要。AVC在极大程度上提高电网系统的电压水平、减少网损、拉升地区的经济效益，对于国民经济增长来说，也是重要的提升手段。相比于传统的控制方式，这一控制方法的优势较为明显。但AVC因自身的电压有着极大的非线性特点，再具体的实现上比较复杂。因此，本文将结合实际的电网控制情况，对地区电网的AVC控制策略进行研究与分析。 关键词：地区电网；AVC控制策略；研究分析 电压是电力系统可靠性运行的重要指标，电力系统的特性决定了电压值的不唯一性，而电力系统的安全性、稳定性对电压值的唯一性有着极高的要求，这就决定了对电网电压控制上有着极高的标准，应用电压无功自动控制系统之后，变电站电压和无功的控制方式得到了革新，AVC系统的控制策略也就成为了有关领域关注的焦点，而电压调整本着分层分区、就地平衡的原则，由此可见，地区电网AVC控制策略的研究具有现实意义。 1 AVC概述 1.1 AVC定义 AVC是自动电压控制的英文缩写，是通过无功率调整装置进行集中自动调整无功功率输入量以及自动改变无功功率分布，使得注入电网的无功值转化为电网经济运行要求的具体优化值，从而实现电网最经济运行的目标。 1.2 AVC系统工作原理 AVC系统是通过调度自动化系统采集各节点遥测、遥信等实时数据以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件，进行在线电压无功优化分析与控制，实现主变分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标，最终形成控制指令，通过SCADA调度自动化系统自动执行，实现了电压无功优化运行闭环控制。 1.3 AVC体系结构 目前，电压自动控制结构体系可分为三个等级：变电站、地区电网、全网。而地区电网变电站多采用无人值班管理形式，在地区电网调度的层次之下建立多个集控站，由集控站管理若干个无人值班变电站，等级由下至上，由简单向复杂转变，体系相对比较完善。在一个地区内，电网是直接面向广大的电力用户的，因此AVC系统也应当对电能的整体质量进行监控，使其满足正确的电能需求。 2.地区电网的AVC策略 2.1 区域电压控制 区域整体无功平衡对区域群体电压水平具有重要影响，AVC系统实现了自适应区域嵌套划分，并且实现了实时灵敏度分析，进而监测区域枢纽厂站的运作状态，如果区域内电压出现波动，AVC系统可以及时对厂站无功设备进行调控，从而保证区域电压符合标准，此外电压无功自动控制系统可以避免多主变同时调节，增强了系统的稳定性和可靠性。 2.2 就地电压控制 由实时灵敏度分析可知，就地无功设备控制能够最快、最有效校正当地电压，消除电压越限。当某厂站电压越限时，启动该厂站内无功设备调节。该厂站内变压器和电容器按就地电压策略协调控制，实现电压无功综合优化。 2.3 区域无功控制 区域内的无功控制，应当尽可能的减少该区域内线路的无功功率传输。对于控制对象来说，为全电网内的无功设备。因此在电网的电压处于较高的运行水平的情况下，AVC系统会自动检查这一线路的实际无功传输是否合理，并且通过系统内的实际运算系统进行分析研究，决定无功补偿装置的具体投切情况，进而达到减少线路的无功传输目的，并且在一定程度上降低线损。在这一具体的过程中应当从无功切除策略与无功投入策略两个具体方面进行考量，达到无功控制的最佳效果。 3.地区电网AVC控制策略优化 AVC系统的运行，大幅提高了各级电压水平，但由于其对无功电压调整精细的特点，增加了变电站无功设备的动作次数，为了提高无功设备使用寿命，对其策略可做进一步优化。 3.1 冲击负荷判别：AVC系统一般设定10秒为一个取数周期，即每隔10秒从SCADA中取一次量测数据，判断越限的条件是需要满足连续几个取数次数都越限才认为是越限。对于带有钢铁、电铁等冲击性负荷的变电站，冲击负荷会造成母线电压短时内大幅波动，负荷到来时电压越下限，负荷消失后电压越上限，造成无功设备反复调整。针对冲击性负荷，在系统设定中，可增加采样次数，同时对AVC下发的控制命令进行延时设置，使其动作时间大于负荷冲击时间，这样在负荷冲击过程中，AVC系统不会动作，电压虽然短时间越限，但总体呈现平稳状态，大幅减少变电站无功设备动作次数。 3.2 分时段设置电压限值：目前AVC系统无法判断负荷变化趋势，负荷爬升或回落时段存在电容器投切造成电压短时越限后再用主变档位反向校正电压的情况，增加分头动作次数。针对此种情况，可将AVC限值按照峰、平、谷时段分时设置，并根据季节性负荷特点，灵活掌握。如正常10kV母线电压限值为10.1-10.6kV，而在高峰时限值设为10.35-10.65kV，使其实现“逆调压”，补偿电网电压的损失。 4.总结 目前。地区电网电压和无功的调节仍以手动操作变电站无功设备为主，研究出适用于地区电网的AVC控制系统可取代传统的手动操作，减少了工作人员的劳动量，同时也可提高系统的可靠性，AVC动控制系统是利用无功平衡的局域性和分散性来控制电压无功。笔者认为，在电力系统SCADA调度自动化系统不断发展的今天，AVC系统的运用势在必行，在今后的很长一段时间我们仍要致力于对AVC系统的研究、分析与应用，为电网的经济、安全运行提供可靠的AVC控制系统。 参考文献： [1]陈琪. 基于AVC 控制策略地区电网无功优化研究[J]. 中国电业（技术版），2013（79108）：28-32. 电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中 S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示图中 P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。 例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗浅谈地区电网调度运行中的无功优化技术
电力系统无功优化的研究现状与算法综述
PSASP电力系统分析综合程序简介
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统的无功优化与无功补偿
第5章 电力系统的无功功率平衡和电压调整.
漫谈电力系统无功功率
电力系统无功功率优化
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功优化调度研究综述 陆梦龙
地区电网AVC控制策略的研究与分析
电网无功功率计算.docx
相关主题
文本预览