電網(wǎng)無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

摘 要：為了協(xié)助電力系統(tǒng)調(diào)度人員快速、合理地給出無功優(yōu)化控制方案，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，設(shè)計實現(xiàn)了基于實時數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化控制系統(tǒng)。實時獲取數(shù)據(jù)后，通過拓撲建模、狀態(tài)估計、無功優(yōu)化計算，得出無功優(yōu)化控制方案。系統(tǒng)計算結(jié)果準確可靠，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無功優(yōu)化 狀態(tài)估計

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0129-01

無功優(yōu)化在保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的前提下，有效降低網(wǎng)損，對電網(wǎng)運行的可靠性和經(jīng)濟性意義重大。目前關(guān)于無功優(yōu)化系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是大都是針對無功優(yōu)化算法的研究[1～3]，研究整個無功優(yōu)化系統(tǒng)的較少[4]，而且在功能上有待提高。為此，本文結(jié)合工程實際，設(shè)計實現(xiàn)了功能完整的基于實時數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化控制系統(tǒng)，具有自動拓撲建模、狀態(tài)估計、優(yōu)化計算等功能，實用性較強。

1 無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計

無功優(yōu)化控制系統(tǒng)由計算平臺和圖形平臺兩大部分組成。計算平臺是系統(tǒng)的核心，具有拓撲建模、狀態(tài)估計、無功優(yōu)化三大基本功能；圖形平臺是系統(tǒng)與用戶交互的界面，用于顯示電網(wǎng)接線圖及電網(wǎng)實時運行狀態(tài)。計算平臺和圖形平臺間通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

（1）拓撲建模。

拓撲建模作為狀態(tài)估計和無功優(yōu)化的前提，它的準確性與否對軟件的分析結(jié)果起著很重要的作用，直接影響了無功優(yōu)化計算的準確性。其主要完成電網(wǎng)模型連接關(guān)系的拓撲校核、電網(wǎng)模型的拓撲分析、程序?qū)崟r運行遇錯提醒幾項功能。

（2）狀態(tài)估計。

電力系統(tǒng)的各種遙測、遙信信息是通過遠動裝置轉(zhuǎn)送到調(diào)度中心的，由于遠動裝置的誤差及在傳送過程中各個環(huán)節(jié)所造成的誤差，使這些數(shù)據(jù)存在不同程度的誤差和不可靠性；此外，由于量測裝置在數(shù)量上或者種類上的限制，往往不可能得到完整的、足夠的電力系統(tǒng)分析所需要的數(shù)據(jù)，狀態(tài)估計模塊就是為解決上述問題而編制的。

（3）無功優(yōu)化。

無功優(yōu)化計算是系統(tǒng)的核心程序，該模塊主要實現(xiàn)了基于現(xiàn)場實際斷面的無功優(yōu)化策略及優(yōu)化效果計算，同時計算出電網(wǎng)優(yōu)化前后網(wǎng)絡(luò)損耗情況與電壓越限情況，方便調(diào)度員的調(diào)度決策。

2 無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

2.1 拓撲建模的實現(xiàn)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元件（線路、變壓器、斷路器/隔離開關(guān)等）的位置、連接關(guān)系與斷路器/隔離開關(guān)的開合狀態(tài)，確定網(wǎng)絡(luò)元件連接的拓撲結(jié)構(gòu)和帶電關(guān)系。

拓撲分析一般可分為三個過程：（1）連接關(guān)系分析：根據(jù)傳導(dǎo)設(shè)備之間的連接關(guān)系，形成連接點模型；（2）廠站結(jié)線分析：根據(jù)開關(guān)的開合狀態(tài)，確定連接點之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，由連接點模型形成拓撲點模型；（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析：分析整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲點由閉合支路聯(lián)接成多少個子系統(tǒng)（拓撲島），由拓撲點模型形成拓撲島模型。對于拓撲分析，傳統(tǒng)的方法是依靠深度或者廣度搜索的策略，以搜索回溯的框架，利用堆棧記錄劃分過程。

2.2 狀態(tài)估計的實現(xiàn)

在給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、支路參數(shù)和量測系統(tǒng)的條件下，根據(jù)量測值求最優(yōu)狀態(tài)估計值的計算方法稱為狀態(tài)估計算法。本系統(tǒng)采用基本加權(quán)最小二乘估計算法，該算法的估計質(zhì)量和收斂性能最好，是狀態(tài)估計的經(jīng)典解法和理論基礎(chǔ)，適應(yīng)各種類型的量測系統(tǒng)。

2.3 無功優(yōu)化的實現(xiàn)

基于以下假設(shè)建立無功優(yōu)化數(shù)學模型：（1）系統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變；（2）認為在無功優(yōu)化過程中，除平衡節(jié)點外，各節(jié)點的有功不變，即系統(tǒng)的無功優(yōu)化是建立在有功優(yōu)化的基礎(chǔ)上；（3）認為無功優(yōu)化的過程中，系統(tǒng)的頻率和負荷不發(fā)生變化，即節(jié)點電壓的變化對系統(tǒng)的頻率和負荷的影響可忽略。

由于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題中，控制變量有無功補償裝置的投入組數(shù)（容量）、可調(diào)變壓器的抽頭檔位以及發(fā)電機機端電壓。其中，無功補償裝置的投入組數(shù)（容量）、可調(diào)變壓器的抽頭檔位這兩個控制變量為離散變量，而發(fā)電機機端電壓為連續(xù)變量，所以在處理無功優(yōu)化問題上，應(yīng)該采用結(jié)合連續(xù)與離散為一體的優(yōu)化方案。本系統(tǒng)選擇收斂性好的離散粒子群算法。

3 結(jié)論

本文設(shè)計實現(xiàn)了功能完整的無功優(yōu)化控制系統(tǒng)，它由圖形平臺和計算平臺兩大部分組成，具有實時顯示電網(wǎng)運行狀態(tài)、拓撲建模、狀態(tài)估計、無功優(yōu)化等功能。界面設(shè)計友好，為調(diào)度人員提供科學合理的無功優(yōu)化控制方案，有效輔助調(diào)度決策，具有很好的實用性。

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