基于自動化調度的無功電壓綜合研究

林哲敏 石磊 羅亞橋 徐斌 計長安 洪偉

【摘 要】隨著生產生活水平的提升，人們對電壓質量的要求不斷提高。電壓質量主要受電壓無功的影響，并決定了電網運行的可靠性和經濟性。隨著優化理論和計算機通信技術的進步，開展基于自動化調度的無功電壓綜合研究有著非常重要的意義。筆者結合自身工作經驗，采取智能粒子群優化算法對無功電壓的管理和優化進行相應的探討，具有一定推廣價值。

【關鍵詞】電網 自動化調度 粒子群算法 無功電壓管理

無功電壓優化對于降低網絡有功損耗、提升電壓質量有著非常重要的意義。進行無功電壓優化的傳統手段是手工控制。但隨著我國電網規模不斷擴張，若繼續沿用傳統方法將難以為繼，必須采用基于自動化調度的新型控制方法。這種方法的運行基礎是合理、有效的無功電壓計算模型。當前，該類模型主要包括粒子群算法、遺傳算法、模糊理論、專家系統、神經網絡等。筆者結合自身工作經驗，建立起智能粒子群優化算法，以期起到拋磚引玉作用。

1基于自動化調度的無功電壓綜合管理的目的和要求

由于電網中的相關用電設備在日常運行中會大量吸收無功功率，降低系統功率因數，導致電能損耗和線路電壓大幅下降，這一方面不利于企業經濟效益的提升，另一方面還可能造成系統解列、設備損壞。無功電壓綜合管理的目的就是通過各類有效措施，優化電網運行狀態，提高電壓質量、降低系統有功損耗。在目標函數選擇上，可采用網損最小函數。

2關于粒子群優化算法的闡釋

隨著電網節點數目的增大，進行電網計算的模型必須在速度、性能上符合要求。

2.1粒子群優化算法的原理

該算法從隨機解出發，通過迭代選擇最優解。較之遺傳算法而言，規則更為簡單，摒棄了遺傳算法所采取的“變異”和“交叉”操作，基于當前獲得的最優值來追尋全局最優。粒子群優化算法有著調整參數少、易于實現等諸多優點。

2.2運算流程簡介

以對鳥群捕食行為的模擬來對粒子群優化算法進行闡釋，場景設想如下：①鳥群搜尋食物的過程具有隨機性。捕食區域內僅有一處食物，每一只鳥事先都不清楚食物的方位，但清楚當前與食物之間的距離。②獲得食物的最優策略：對距離食物最近鳥的附近區域進行搜尋。

以上場景可以從一定側面來闡釋粒子群優化算法解決優化問題的思路和方法：①對于算法而言，所有優化問題的解均對應為場景中的鳥，稱之為“粒子”。②每一個粒子均由被優化的函數來賦予其相應的適應值，且通過對速度和方向的設定來決定其搜尋的距離和方向。③粒子根據最優粒子來搜尋在解空間。在初始狀態下，隨機粒子基于迭代來獲取最優解。在不斷的迭代過程中，相關粒子利用對兩個極值的追蹤來實現粒子本身的更新。④極值一為粒子本身所尋獲的最優解，即個體極值PBest，極值二為粒子群在現階段所獲得的最優解，即全局極值BBest。需要注意的是，可不選擇整個族群而只選擇局部粒子作為該粒子的鄰居，在鄰居粒子中的極值即獲得局部極值。

3基于自動化調度的無功電壓優化管理實例研究

3.1概況簡介

A區域由220KV變電站實現供電，含3座110KV變電站（91.5MVA），9座35KV變電站（40.6MVA），1327臺配電（96.3MVA），另外，14座中小型水電站裝配59臺機組共實現3365KW裝機容量，部分水電站建設時間久遠，且采取的是攔河壩的形式來利用自然水資源，無法實現穩定的發電輸出，因此對大電網的依賴性較大。A區域負荷電量歷史數據詳見表1。

通過上表可以發現，A區域供電量和最高電荷呈現出明顯增長的趨勢，年遞增幅度均超過6%。然而就無功電壓優化管理而言，首先，采取單電源供電方式的35KV變電站，無法確保供電的可靠性。其次，變電站數量偏少，部分鄉鎮只能通過超半徑的10KV配電線路來實現供電。最后是變電站的主變容量不足，拉閘限電頻次較高，極大制約了區域內社會經濟的發展。

3.2優化策略

（1）基于規劃容量所設定的上下限來對所有方案開展迭代計算，分析比較后找到最優方案。（2）在設計和建設調度站時，基于現有負載率最高的調度站，在其附近隨機生成，直到不再新建調度站為止，以便大幅提升運算速度。（3）將邊界控制策略引入到自動化調度工作中，以便實現粒子在規劃范圍內合理、可控運行。（4）基于初次的最短距離來開展負荷分配工作，以有效解決負載不均衡所產生的問題。（5）基于擬建調度站的輻射區域，找到幾何中心，作為站址。

4結語

通過一系列的優化改進工作之后，全部調度站的負載率都得到了明顯的優化，供電質量獲得極大改善。

參考文獻：

[1]劉自發，張建華.基于改進多組織粒子群體優化算法的配電網絡變電站選址定容[J].中國電機工程學報，2007，27（l）：105-111.

[2]牛輝，程浩忠，張焰.電網擴展規劃的可靠性和經濟性研究綜述[J].

電力系統自動化，2010，24（1）：51-56.

[3]徐建亭，王秀英，李興源.電力系統電壓無功的序列二次規劃算法[J].電力系統自動化，2011，25（23）：4-9.

[4]張鵬，劉玉田.配電系統電壓控制和無功優化的簡化動態規劃法[J].電力系統及其自動化學報，2009，11（4）：49-54.

作者簡介：林哲敏（1985—），男，博士，主要從事電網分析、電能質量相關工作。石磊（1981—），男，本科，工程師，主要研究方向：電能質量和電壓無功在線監測方面的研究；羅亞橋（1962—）本科，高級工程師，國網安徽省電力科學研究院電網技術中心主任，主要研究方向：從事電能質量、繼電保護方面的研究。徐斌（1980—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向：電能質量方面的研究；計長安（1973—）男，博士，高級工程師，主要研究方向：電能質量方面的研究；洪偉（1980—），男，本科，工程師，主要研究方向：電能質量和電壓無功在線監測方面的研究。