動態負荷預測在無功優化系統設計中應用問題

【摘要】電壓無功優化閉環控制在全網角度下進行分析，克服VQC裝置中只能對于單一的變電站進行協調控制的問題，在無功優化運行控制過程中，為了避免負荷波動對設備產生的影響，采用動態負荷預測的方法，對于提高電網安全性和可靠性方面具有一定借鑒作用。

【關鍵詞】動態負荷預測；無功優化；遺傳算法；模糊系統

當前，利用電壓無功綜合控制裝置（VQC）進行控制電壓已經成為電力行業普遍做法，但是，利用此技術存在只能控制單一變電站，這是因為此裝置僅能采取一個變電站參數，在全網范圍內的協調控制問題就比較困難，相關的有載變壓器檔位的動作，以及電容器、電抗器投切控制就存在一定局限性；投切振蕩問題會容易出現在一、二級有載調壓電網過程中，還增加相應的設備投資[1]。在結合現有調度自動化的實際情況，考慮到VQC裝置的這一缺點，本文提出這種利用動態負荷預測方法的無功優化閉環控制系統。

1.基于動態負荷預測的無功優化閉環控制分析

1.1 系統設計流程分析

圖1為基于動態負荷預測的電壓無功控制系統流程圖。在圖1中，由于負荷波動引起的各變電所電容器投切在傳統的無功優化算法中較難避免，還能引起其他的有載變壓器分接頭調節振蕩等情況，本系統能夠進行有效避免，全網各節點運行數據在調度自動化SCADA系統進行自動采集，包括無功功率、運行電壓、有功功率等等實時數據，超短期負荷預測則是根據全網歷史數據資料獲得，最后，全網無功優化控制在此基礎上再進行處理。

1.2 基于模糊專家系統的電壓校正

電壓校正在本方案中是利用基于靈敏度分析的模糊專家系統來進行的，其中，應該嚴格分開電壓校正與全網無功優化。利用產生式規則來進行系統的知識表示方式，可以表示出電容器電抗器投切、主變壓器分接開關檔位調節、運行人員的經驗和發電機的無功出力等等，在調度專家系統知識庫基礎上，進行知識庫推理過程中，則是依靠電網SCADA系統提供的實時信息，這樣就可以得到電壓無功優化控制結果。

1.3 優化算法分析

這里的優化算法為改進遺傳算法與模糊專家系統相互結合，對于無功電壓控制模型來說，非連續性調節則包括其中的電抗器、電容器的投切，以及變壓器分接頭檔位動作，相應的節點的無功變化量則為不可微的非連續性變量，大量的不等式約束在存在于模型中。因此，這里應該由于遺傳算法能夠具有求解復雜非線性優化問題的優勢，并且具有尋優能力強和適用范圍廣的特點，同時，還進行以下的實用化處理：

第一，對于要想加入到備選控制變量的設備來說，應該在設備動作次數優化模塊中，在優化前進行相關的預處理操作；

第二，變壓器分接開關在每一次的優化方案中都只能允許進行一檔的調節處理；

第三，染色體編碼過程中，進行同步調節并列變壓器時，染色體中的同一個基因位映射為并列的變壓器；

第四，要想盡量使得電容器和變壓器分接開關無謂動作盡量避免，而提高優化效益，應該進行人工設置網損減少量限值的設定，優化方案在低于此數值的情況下而不繼續進行。

在一定的時間內，如果上述改進的遺傳算法并沒有得出優化的控制方案，則次優控制方案則通過啟動模糊專家系統而再次進行，這樣能夠保證AVC系統的指令的正確輸出。

1.4 AVC系統的安全及可靠性措施

1.4.1 安全處理措施

第一，當滑檔現象出現在主變壓器時，“不可控”則為設備狀態，此設備也停止接受AVC系統的命令；

第二，一臺變壓器調檔成功，而另外一臺的變壓器器調檔如果失敗，則應該保持成功調節的變壓器檔位在原來位置，為了防止調檔成功的變壓器檔位進行來回調節的操作，進行閉鎖操作的同時發出警告；

第三，為了防止由于設備操作而引起的不穩定電網現象，則應該進行相關分析和預算，這些都應該在操作設備前進行；

第四，對于變壓器的并列運行進行判斷，然后應該統一調節并列運行的變壓器，應該在此過程中保持分接頭的變比一致性或者就都在同一檔；

第五，對于同一設備的操作來說，在規定時間間隔內，僅允許進行一次操作；

第六，對于出現不匹配的變壓器檔位情況來說，應該把變壓器檔位調節進行匹配位置的調節；

第七，為了合理的利用設備，應該在同變電所相同容量電容器組中進行循環投切；

第八，對于檔位不一致的并列運行變壓器來說，應該確保分接頭在同檔或者變比的一致性，這些都是能夠自動調節。

1.4.2 可靠性措施

為防止設備頻繁閉鎖，保護信號應該遵循以下幾點原則：

第一，設備的保護狀態為“保護閉鎖”，應該對應著保護信號動作；

第二，“保護狀態”應該對于每一個設備進行定義，當發現設備的保護狀態為“保護閉鎖”時，則停止發送命令；

第三，設備保護閉鎖則是說明，觸發相關設備保護狀態的保護信號動作來說，系統則會停止對設備發送信號；系統中的自定義遙信狀態在SCADA中能實現，還能進行一定的處理；

第四，一個設備應該盡可能對應多個保護信號，在參考設備對應的其他保護信號狀態下，應該在某保護信號復歸時，能否已經解除“保護狀態”進行判定，必要時還需要人工進行確認。

另外，為了提高系統優化方案的可靠性和準確性，系統還能有效處理所采集的數據，包括死數據處理、數據校驗、數據過濾和電壓越限判定等等。

2.電網中AVC系統應用探討

2.1 主站部分

維護工作站和AVC服務器構成主站部分，其都放置在自動化機房，具體的作用表現在以下兩個方面：

第一，全網實時數據則是通過AVC服務器的數據接口進行收集，電壓無功優化進行相關的在線計算，維護工作站接受所計算的結果。對于AVC計算服務器來說，還存儲這大量的全網參數、歷史信息、計算結果和相關的圖表文件等，也是電壓無功控制系統的文件服務器和數據庫。

第二，為了方便維護人員對于AVC系統參數、電網參數的維護，或者系統進行自動化的維護，系統維護的系統用戶界面在AVC維護工作站中進行配置。

2.2 監控站部分

為了更好對于AVC系統中的設備狀態進行監控及維護，通過安裝在監控站的一臺AVC工作站進行，同時，還能完成潮流圖和運行數據的監視工作。

3.運行效益分析

3.1 電壓質量明顯提高

對于某電網10kV母線電壓合格率來說，在運行AVC系統以后，合格率達到99.8%以上，整個地區的供電質量有了明顯提高，從統計數據結果看出，電壓越限問題能夠得到有效抑制，大幅度提高系統電壓質量。

3.2 降損節能

分析AVC系統投入后的電能損耗，可以發現大幅度降低了流過電網的無功功率，取得了明顯的降損節能效果。通過統計數據對比分析，此地區的全年節省電量達到865.52萬千瓦時，約合人民幣425.6萬元，具有明顯的經濟效益。

3.3 減輕了監控人員的勞動強度

分析AVC系統投入后的監控人員勞動強度，可以發現，能有效避免人為誤差的出現，大大減輕監控人員的手動操作次數，提高并完善了變電站的自動化水平，使得監控班工作人員的工作量大大減輕。

4.結論

在某地區投入使用AVC系統以后，明顯降低了網損率，對于電網的經濟、安全、優質運行都有著極為重要的意義，大幅度提高了10kV母線電壓的合格率，減少波幅，使得電網具備一定的逆調壓作用，使得電網電壓的穩定性進一步提高。

參考文獻

[1]劉軍，徐榮賢，盛曉星.局部配電網無功電壓優化控制研究[J].赤子，2012（10）.

[2]周瀅露，顏偉，王官潔.基于負荷預測的變電站無功電壓控制[J].重慶大學學報（自然科學版），2003，26（9）.