基于電壓控制目標追蹤的配電網無功優化方法研究

廖智

摘 要：隨著電力法的頒布實施和電網商業化運行的深入，保障目標配電系統的運行電壓質量日益顯示出其重要性。因而，探討以保障目標配電系統的運行電壓質量為首要目標，同時兼顧降低網絡有功損耗的配電網無功優化方法具有重要的理論價值和現實意義。本文主要就配電網電壓無功優化分類以及控制方式加以闡述，然后就配電網無功優化控制原則以及方法詳細探究。

關鍵詞：電壓控制；配電網；無功優化

當無功功率不足時，系統的有功損耗增大，電壓降低，甚至局部電壓會低至臨界值以下，引起系統電壓崩潰，導致大面積停電。相反，當無功功率過剩時，系統的電壓升高，也會對系統和用電設備產生不利的影響。進一步研究配電網無功優化問題，合理配置無功補償裝置，提高系統運行的安全性和經濟性，具有重要的理論研究價值和現實際意義。

1配電網電壓無功優化分類以及控制方式

1.1配電網電壓無功優化分類

配電網電壓無功優化問題主要包括兩大類：規劃優化的問題和運行優化的問題。配電網電壓無功規劃優化研究的是一段時間內新增的無功補償設備的優化配置的位置和裝設的容量，確保電網在不同負荷水平及不同運行方式下都能穩定運行，以最小的無功補償總容量獲得最優的全局性電壓合格率，達到改善電壓質量，降低網絡損耗的目的。電力系統電壓無功運行優化，則是在現有無功補償設備配置的基礎上，根據系統實際負荷變化情況，確定無功設備的補償設備和調節變壓器的分接頭，以達到系統網絡損耗最小或操作設備次數最少的目的。

1.2配電網電壓無功優化控制方式

第一，分散控制。分散控制方式指的是利用本身所具有的無功資源實施對變電站無功與電壓的控制。目前比較常用的是依據九區圖和系統運行狀態來選擇應該采取的控制策略，決定變壓器分接頭的檔位和電容器的投切，保證電壓的質量。分散控制的電壓無功控制主要是局部控制，而對于配電網這樣的大系統，就不能保證整個系統的優化控制與運行，不能達到改善全網的電壓和網絡損耗的目的。

第二，集中控制。集中控制是指調度中也通過調度SCADA（數據采集及監控）系統，采集電網中各個節點的電壓，變壓器分接頭的位置，無功補償設備的狀態等模擬量和開關量，經數據處理程序建立系統實時數據庫，進行電壓無功優化計算，調整配電網中無功補償設備的投切和無功補償的容量。集中控制方式的優點是幾乎不需要增加任何硬件投資，僅利用現有的軟硬件資源，即可實現，且系統投入運行后，運行維護方便，配置靈活。

第三，協調控制。協調控制方式是處于分散控制與集中控制之間的一種控制方式。協調控制是從全網角度進行電壓無功優化控制，合理安排各種調壓手段，實現變壓器和無功補償器的協調控制，達到提高系統電壓合格率、降低網絡損耗的目的。

2電壓控制目標追蹤配電網無功優化控制原則以及方法

2.1配電網無功優化控制原則

其一，保證電壓質量。電壓是電能質量的重要指標之一，配電網的無功功率控制應要滿足其在各種正常及事故后運行方式下各節點電壓水平的需要，保證電壓質量，使電壓偏移在規定的范圍內。

其二，力爭經濟性能最佳。除了安全性外，配電網無功優化控制所追求的最主要目標是經濟性能最佳，即有功損耗最小。配電線路主要任務是為了有功功率的傳輸，因此由無功功率引起的線路有功損耗應盡可能的小。

其三，配電網中無功源隨時能滿足無功功率的需求。電容器組是配電網中應用最廣泛的無功補償設備，配電網中的電容器組必須滿足在正常電壓水平下無功功率需求，才能使配電網的無功功率得到有效地控制。

其四，配電網無功功率控制要采用就地平衡，分層分區控制的原則。在配電網中，無功功率的控制要堅持分級分區控制的原則，配電網無功源和無功負荷都應采用分電壓層和分供電區基本平衡的原則進行優化控制，即每個電壓等級發出的無功功率和消耗的無功功率平衡，每個地區發出的無功功率和消耗的無功功率平衡。

2.2配電網無功優化控制方法

當前國內所采用的微機型電壓無功綜合控制方法都是以VQC為基本控制對象，利用計算機的智能控制模塊來實現的。其中計算機控制模塊作為一個典型的多輸入及多輸出變量控制系統，其能夠通過配電網中的電流互感器實現運行設備信息的快速跟蹤，并能夠對保護的動作情況及相關的閉鎖條件進行有效的分析。其主要特點是功能較為強大，且可靠性高，靈活性較強等，因而當前受到了較為廣泛的歡迎。有的研究者將藍牙技術應用于AVQC裝置中，實現了自動裝置的藍牙無線改造，提高了裝置的網絡通信能力及操作的靈活性，增強了各裝置之間相互配合能力。

當配電網的變壓器重載時，相關VQC裝置在被擾動或可能對有載調壓變壓器的分接頭調整時導致電壓失穩現象的發生，其對負荷調整時本身的非線性也非常不利于電網電壓的穩定性。國外有的研究學者從負荷特性的角度出發，通過對有載變壓器分接頭調整造成電壓失穩進行分析和計算來實現對配電網無功優化的有效控制。國內外的專家學者對配電網無功進行有效優化的方法主要是基于廣域測量系統及相應的寬域網實現的，其主要目的是對VQC進行改進。廣域測量系統是電力系統穩定分析中傳統SCADA系統的延伸，其主導思想是采用高精度的同步采集廣域電網進行實時相量分析，并基于高速的通信網絡實現對分散數據的有效采集，確保在時空坐標下電網動態信息的全局性。通過對廣域測量進行有效利用能夠實現對VQC控制策略的優化，并且在軟件中還能夠對遠方數據接口進行分析，利用電壓控制方法來有效實現對電壓的檢測，根據數據中心的分析功能完成對VQC控制策略的分析，在完成了對電壓失穩或電壓崩潰的條件下對控制策略進行調整。

3結語

綜上所述，配電網中的電壓無功優化控制是一種離散的控制，要實現其最優控制應對混雜控制及離散控制進行協調。當前的控制方法還無法從根本上實現這些協調，應加強混雜控制與離散控制協調性研究，為實現配電網無功優化全局控制奠定良好的理論基礎。

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