无功优化控制

无功优化控制（精选十篇）

无功优化控制 篇1

1 城市电网无功优化补偿的主要作用

1.1 无功补偿改善电网供电电压质量

电网系统中合理的无功功率补偿, 可以有效改善电能输送和分配调度运行环境, 确保供电电能具有较高质量水平。

1.2 无功补偿降低供电网络电能损耗

在电网系统中合理装设无功补偿装置, 除了可以改善供电电压质量水平外, 降低供电网络电能损耗也是一个重要的优化配置目的。通过在合理位置装设无功补偿装置, 可以有效降低供电网络中电能传输、调度、分配、用电等环节中的电能损耗, 以达到节约降耗的目的。

2 城市电网常用无功补偿优化控制策略

无功补偿最好的方式就是采用就地分散无功补偿, 以使整个电网系统在运行过程中不存在无功电流的流动。但在实际电网运行过程中, 是根本不可能做到的, 无论是电力变压器、输电线路运行, 还是各类电力负荷运行, 均需要无功。电网系统无功补偿通常采用并联无功补偿电容器来改善电网运行环境和提高电网供电功率因数。提高电网功率因数的实质就是在供电网络适当位置加装无功补偿装置以减少用电设备从电网系统中吸收的无功功率总量, 确保有功功率和无功功率的动态平衡[2]。

2.1 0.4kV电动机就地无功补偿控制策略

就地分散无功补偿的优点是对于用电负荷较为分散的场所, 有利于实行无功区域的实时平衡, 重点突出无功“就地平衡”的原则。从节电节能效果来看, 设备就地无功补偿方式较其它补偿效果优越, 尤其适用于长距离大负荷用电设备。根据0.4kV电动机运行工况合理切投就地并联无功电容器组, 可以实时补偿电动机运行过程中的无功消耗, 确保供电网络具有较高的功率因数, 降低供电网络电能损耗, 对电力用户和供电公司均有较大经济效益。

2.2 35kV及以下变压器集中补偿优化控制策略

对于用户终端配电系统而言, 除了在电动机等负荷就地补偿外, 还需要在配电变压器处集中进行无功补偿。在35kV及以下电网系统中, 除了专变及容量较大的公用配电变压器外, 还有许多小容量的用户终端配电变压器没有进行集中, 进而使得整个电网系统没有得到有效无功补偿, 致使35kV及以下用户终端低压侧送出端的功率因数值较规范要求偏低。因此, 在35kV及以下变配电台区通过集成装设SVC、SVG等动态无功补偿装置后, 以补偿变配电台区因为负荷波动、三相供电不平衡引起的电压波动, 确保为用户提高优质、安全、可靠的电能资源。

2.3 110kV及以上变电站集中无功补偿优化控制策略

针对输电网中无功平衡问题, 在变电站尤其是110kV及以上高压变电所中采用并联电容器组、同步调相机、静止补偿等装置进行集中无功补偿, 可有效改善110kV及以上变电所和电网的功率因数, 提高110kV及以上变压器的供电能力和变配电设备的利用效率, 以确保110kV及以上电网具有较高供电电能质量水平和功率因素, 减少系统母线、变配电变压器、高压输电线路上的有功和无功损耗, 同时可以和变压器分接头匹配运行以控制母线电压, 提高供电电能质量水平。

2.4 35kV及以上输电网络分散无功补偿优化控制策略

在35kV及以上输电网络中合理选点进行无功补偿, 可以有效提高输电网络的整体传输容量、改善输电网络的运行安全可靠性。按照不同无功控制量, 中高压电网无功补偿控制方式包括：无功电压控制方式、无功电流控制方式、电网电压控制方式以及无功功率控制方式等。其中, 无功电压控制方式其控制策略较为简单, 比较适用于大容量电网系统的无功补偿控制, 如在：35kV及以上变电站母线侧进行无功补偿, 其补偿效果较为明显和控制较为成熟, 在电力系统中仍在继续使用;无功电流补偿控制方式, 其是单一控制量判别模式, 容易受负荷波动和谐波的影响, 导致其无功电流检测不准确, 引起误动作;电网电压控制方式同无功电流控制方式相似, 受三相电压不平衡、系统电压波动、谐波等因素的影响也较大, 也容易引起误动作;并联电容器组、SVC、SVG、APE等无功补偿装置均是基于2个及以上控制量的无功功率综合控制策略, 其通过将电网实时运行电压、电流、无功功率等因素与设定值进行综合比较, 形成对应的控制监测, 完成对电网无功补偿装置的实时切投, 以维持电网节点处的无功功率处于最佳运行范围, 同时其切投控制较为稳定, 补偿效果也较为优越。

3 35kV配电网合理无功补偿经济效益探讨

从实际运行工作经验可知, 在35kV电网系统调控运行过程中, 如在合理位置采用无功补偿有效提高电网功率因数, 则其利用视在功率来提供给用户的有功功率就相对较大, 在供电网络中的电能损耗也就相对较小。适当利用35kV的SVC、SVG等无功补偿装置来提高配电网及电力用户的功率因数, 不仅可以确保电网系统中电气设备具有较高电能转换效率, 减少供电网络电能损耗, 改善电压质量水平, 同时还提高电气设备的工作效率, 为电力用户提供优质的电能资源。例如对于某条35kV供电线路而言 (以该线路统计资料为准) , 其有功电力负荷约3200kW;线路总长4.1km;导线选用截面为120mm 2, 选用LGJ型钢芯铝绞线, 其电阻率为0.35D/km。该线路在没有加装无功补偿装置时, 其功率因数大约为0.79, 线路运行电流平均值为335.6A, 线路电阻消耗的电能功率约473kW, 线损率为7.35%, 线路压降为0.831kV, 即母线出线电压需要在35.831kV才能确保电力负荷终端电压在35kV, 才能满足供电电能电压水平要求。在加装了3 5 k V的S V G动态无功补偿装置后 (以该线路统计资料为准) , 将该分支线路的功率因数从0.79有效提高到0.94, 其线路运行电流平均值降低为287A, 线路电阻消耗功率降低到247kW, 线损率也降低到4.1%, 线路压降降低为0.296kV。由此可以看出采用35kV配电网SVC动态无功补偿装置对电网进行补偿后, 线路运行电流、损耗、线损率均有明显降低, 功率因素也得到提高, 电网运行经济效益较为良好。

4 结语

通过上面分析和实例计算证明, 对城市电网采取无功优化补偿, 不仅可以提高供电电能质量降低线损创造较为突出的经济效益, 同时还可以提高供电可靠性, 增强供电企业的社会影响效益。

摘要：当今, 如何在确保供电安全可靠性的基础上, 通过合理的优化改进减少供电电能损耗, 提高电网运行效率和经济效益, 实现其节能经济优化调度运行, 已成为城市电网无功优化技术人员研究的热点。在对城市电网无功优化补偿带来的改善供电电能质量、降低线损等功能作用进行简单归纳后, 探讨了就地无功补偿和集中无功补偿控制策略。最后, 结合某35kV线路工程, 详细分析了SVG动态无功补偿装置在城市电网中应用的节能降耗经济效益。

关键词：城市电网,无功优化补偿,控制策略,节能降耗

参考文献

[1]王向臣.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.

[2]丘文千.电力系统无功配置的综合优化方法[J].中国电力, 2008, 41 (10) :10-14.

无功优化控制 篇2

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)

电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起,即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。

3.1 无功优化的目标函数

参考文献[3]中著名的等网损微增率定律指出,当全网网损微增率相等时,此时的网损最小。

无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿),这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面,该方法没有计及其它控制变量的调节作用,同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等,这样做的计算量太大且费时。与此同时,国内外学者对无功优化进行了大量研究,提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种,其一为不计无功补偿设备的费用,以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达:

其二,以系统运行最优为目标函数,它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用,可用下式表达:

式中,β为每度电价,max为年最大负荷损耗小时数,α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率,KC为单位无功补偿设备的价格,QC∑为无功补偿总容量。

模型二考虑了投资问题,可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行,各部门都追求经济效益,显然考虑了无功投资问题更合理一些。

3.2 优化算法

由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解,是一些算法的出发点,如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等,以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中,忽略了二阶及以上的项,其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性,又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法,使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。

针对线性算法方法的不足,又提出了一些运用非线性算法,混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解,但由于无功优化本身的特性,使计算复杂、费时,且不能保证可靠收敛。

为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节,电容器组的投切)的处理,基于人工智能的新方法,相继提出了遗传算法,Tabu搜索法,启发式算法,改进的遗传算法,分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等,这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度,并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。

但在无功优化仍有以下一些问题需要饩:

1)由于无功优化是非线性问题,而非线性规划常常收敛在局部最优解,如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。

2)由于以网损为最小的目标函数,它本身是电压平方的函数,在求解无功优化时,最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限,而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小,可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。

3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高,对无功优化的实时性提出了很高的要求,如何在很短的时间内避免不收敛,求出最优解仍需进一步研究

4 配电线路

上的.无功补偿及用户的无功补偿

4.1 配电线路上的无功补偿

由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大,无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大,故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。

其原理可简述如下:

当线路输送的无功功率Q,线路长度L,每组补偿距离为x时,每组补偿容量为Qx

Qx=Qx/L

当认为电容器安装在补偿区间中心时,降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示:

当第i组电容器安装地点离末端的距离为:

对任一组电容器安装位置离末端的位置为:

xi=L(2i-1)/(2n 1)

? 其最佳补偿容量为:

nQx=2nQ/(2n 1)

这样即可求得表1的数据。

对于配电线路的无功补偿可有效降低网损,但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的,如果线路上的无功潮流为非均匀分布的,得出的结论将不同;同时在线路上安装电容器组时,其维护、操作比较不便,且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此,建议采用下述方式。

4.2 用户的无功补偿

对于企业及大负荷用电单位,按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献[8]指出在补偿容量相等的情况下,低压就地补偿减低的线损最大,因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分,使流经线路和变压器上的无功电流大大减小,显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献[6]指出了对于开式网的最佳补偿容量,三种常见的开式网可见图2所示。

4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿

对于用户或经配变出线的开式网络,针对开式网的接线的最佳无功补偿容量,参考文献[进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数,为了分析,下面进行了简单的推导:

对于网络为放射式网络,此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为:

由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响,因此有功功率对网损的影响可不考虑,(4)式可简化为下式:

在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。

4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿

对于干线式及链式接线开式网,在第i=1点设置无功补偿,其QC1,op同放射式开式网,若在i=1,2 设置无功补偿,见图2(b)、(c)所示。

此时年计算支出费用可用下式表达:

同理,可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见,节点2电压可认为与节点1电压近似相等):

式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和,此处R∑=R1 R2

推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为:

上述公式简单明了,且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起,通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量,避免了计算的迭代过程,具体算例可见参考文献[3]例6-2,在6-2例中,求解最佳补偿容量是通过求解5组方程,6次迭代所得,而利用上述的推导公式可一次性计算出。

5 结语

浅议配网无功电压优化控制 篇3

【关键词】配网；无功电压；集中控制

一、引言

电力产业随着科学技术的发展与我国经济的增长，有了长足的进步，由上世纪粗放的生产转向环境友好、资源节约的又好又快发展。在这个发展趋势下，给了电力系统的运行与管理提出了更高的要求，第一，要确保安全并且可持续的供电；第二，提升电能质量；第三，运行成本控制与资源的节约。

其中，电压是衡量电力系统运行的重要指标，它决定了电能质量的高低、运行的安全以及对运行中消耗的控制，更决定了用户能否正常使用。无功电压是在电压稳定控制过程中越来越被重视的因素，电力系统无功补偿不足，无功电压问题处理不好，可以直接造成电压不稳。无功电压的实时控制是处理好无功补偿以及无功电压问题的有效手段，是确保系统安全、可靠、降低网损、提高电压稳定性、以及实现自动监控的重要方法。

二、配网无功电压控制现状

我国配网无功调节控制的水平由于受到整体技术、配套基础设施状况、自身设备情况、投资情况以及员工综合素质等制约，无功电压控制调节还存在着一些问题。但随着政府与电力企业的重视，在投入与技术的水平上都有了较大的提升，无功电压控制有了加大幅度的改进。无功电压优化控制技术的理论与技术在近年来，从国际到国内一直都被关注，在不断的研究和实践中，取得了一定的成果，由于我国在无功电压控制的优化研究上一般是借鉴国外的既有成果，对于自身的独立科研水平有限，并且受到国家区域建设差异的限制，大部分电网的无功电压控制采用的是分散调整的状态，在计算和分析上都有差异，因此，需要在各方面进行提升。

另一方面，在变电站实施无功电压控制的过程中，会出现变压器并列调压、无功倒送、分接头和电容器动作次数过于频繁却缺乏协调、控制目标没有以无功为目标等问题。这些问题，需要通过对无功电压在控制方式上做出优化来解决。对无功电压的控制分为集中控制与就地分散控制。

三、配网无功电压集中控制的技术分析

配网无功电压集中控制集中控制是在调度端对整个系统进行分析、计算，然后由变电端控制，是在以SCADA系统技术、远距离的数据、信息的遥信、遥测技术及遥控技术的准确性和稳定性达到一定水平为基础，在对状态评估和负荷预测可以通过电网分析设备或系统可以进行在线实现的前提下，将传统的优化技术与系统控制相结合，实现配网电压的无功集中控制。在控制方案上有以下几个阶段。

1.数据收集阶段

集中控制的优化首先要优化数据计算速度与准确度，而数据计算要在“内存数据库技术”的支持下才能提高效率，信息数据采集之后以内存互交形式存储，有效的提高了硬盘的使用时限与使用效率。针对不同的传输协议与多种数据收集，可以采用“多线程技术”来保证数据收集效果与实时监测的效果。

2.数据分析阶段

集中控制在数据分析阶段，首先将数据从SCADA数据库进行读取，保证集中控制系统在数据处理节点能有效并完整的录入数据，在数据处理系统中要设定数据检验程序，如果数据在分析中发现不合理，应该显示出错，以防止不合理数据录入系统。数据库要保证传输渠道顺畅以及资源的共享顺畅，以方便数据在传输与检验的过程中不出差错与保持效率。最后，数据处理要根据现有的数据传输网络保持能够远程操作，以便检修。

3.数据库的检验

数据库检验原则要以实时有效为准，数据库不但要具有容纳所有的实时数据的功能，还要做好实时的统计记录与分析。要检验数据库中数据的实时有效性，无论是数据收集阶段还是数据分析阶段，需要保证数据的准确稳定。

四、配网无功电压就地分散控制的技术分析

就地分散控制则与集中控制方式在原理上相反。它是将数据分散在各子系统上运行，实现资源的优化。就地分散需要对电力系统中庞大的各子系统群进行紧密的联系，进而保证整个系统的优化运行。就单个子系统来说，对于电压合格率和电容器利用率是一种效率上的提高，但是在全网来看，它不能保证全网的运行优化，需要与集中控制相结合。

就地分散控制的原则是控制无功缺额完全补偿的偏差在一定的范围内。对于电容器，统一投入运行或是推出运行。电容器的负荷变化具有随机性，电网中的无功功率也是不断变化的，因此电容器无功补偿方面存在着偏差。要保证系统安全稳定运行，就要将这个偏差保持在一定范围内。具体实施分以下几步：一是对变压器分接头的控制，在各变电站实行分散就地控制。二是按照就地平衡的原则，在电容器组投入运行时，如果无功偏差在允许的范围内，或是直接能够起到明显的补偿效果，则由各变电站就地分散控制。假如，投入运行出现过补偿较大的情况，下级变电站无法确定是否应当投入电容器运行时，则通过上级变电站实行集中控制。三是对于电容器就地投切控制，而当系统的负荷变化较大且分布不合理时，则需要上级电网进行无功电压的集中控制。

五、配网无功电压控制策略

由于无功电压的控制受到设备、地域等限制，因此在分散控制与集中控制上，需要调整策略，选择最优化的方案。在配网无功电压实时集中控制的优化技术的实施方面，要做好以下几点：

第一，确保数据传输畅通，进行网络传输通道优化。在通过“内存数据库技术”保证数据存储、传输与分析的安全，保证计算机与系统硬盘的使用效果，与数据的正常使用，定期对计算机系统进行维护，防止硬盘与数据库出现损坏。在系统运行上，要保证数据传输、使用与共享的稳定，综合应用计算机系统与“多线程技术”的配合，加强配合的连续性与互补性。在网络优化时要进行实时监测和控制，以确定定时器的使用正常。通过上述关键点的把控，能够确保网络传输通道的的畅通，保证数据的准确与信息的共享安全，进而使多项指令在共同发生时，无功优化系统能够准确的发挥作用。

第二，现场技术设备的优化。根据电压控制的具体情况与不同地域的设备情况，无功电压实时优化集中控制系统的完成需要多种设备甚至新老设备的完美配合，其中，在系统运行中，保证指变压器的正常使用与运行稳定，数据传输可靠无误。就要对变压器设备的维护与保养，及在设备的质量监测上多下功夫，设计可调整兼备自动和人工的操作控制系统，使得控制更加全面。

第三，系统调度。集中控制要实现多项指令的同时执行，这就需要系统实现更加全面的实时调度。SCADA系统要发挥数据传输和安全控制的同时，对于数据的实时分析与调度功能要充分发挥，因此，对接计算机软件要性能稳定，在调度系统数据信息传输与分析时，方便无功系统的优化。SCADA系统在无功电压运行的优化管理中，上级管理部门要兼顾对各个网点、站点要进行统一的规划管理，在配网无功电压实时优化集中控制系统运行上实现可调节和可控制。

另外，在当优化失败或者是计算出现较大偏差时，要有效利用无功就地平衡、变压器分接头调整以及远程遥测、遥控等技术。要在无功负荷就地平衡的基础上，对变压器分接头和电容器组的投切实现在各变电站的就地分散控制。当不能实现有效的数据调度与处理时，需要各变电站就地分散控制同上级调度的集中控制结合起来，以保证全网的安全经济运行。

参考文献：

[1]王涛，陈伟，龙伟.区域电网无功优化集中控制系统应用探讨[J].电工技术，2011，（12）.

[2]宁爱华.区域网无功电压优化集中控制技术及其有效性评价[J].中国电力教育，2013，（33）.

浅析电网的电压无功优化控制 篇4

对于本区域供电网中的变电站, 为了保证电压质量与无功平衡, 通常采用改变变压器的分接头位置和投退电容器的方法来改变系统的电压和无功。分接头的调整实际上是改变变压器高压绕组的匝数, 其不但对电压有影响, 而且对无功也有影响;同样电容器组的投退对无功影响的同时也影响着电压的数值。在电网供电系统中, 一般是根据功率因数来进行调节。在实际操作中, 电压的调节主要是通过主变分接头的改变, 电容器的投退在用于无功的调节同时, 也用于电压的调整。

1 本地区电网的电压无功现状

本地区经过近几年的电网建设与改造, 35 k V及以上变电站基本上安装了足够容量的无功补偿装置。但是还存在以下问题:

1) 没有开展全网无功优化计算, 还处于比较粗略的计算方法和仅仅凭借经验从事的状态。变电站的电容器均采用断路器分组投切方式, 这种采用人工投切电容器组的方式不能根据负荷及时的输出无功, 且大大的加重了主变有载调压的动作次数, 给设备安全运行带来隐患。

2) 10 k V线路未安装自动补偿的无功装置, 安装的是靠人工投切的固定式电容器组, 存在低谷时段向系统反送电现象。

3) 电网未加装配电台区采集终端, 也无法对低压补偿装置进行实时监控和远方控制。同时也无法实时监测用户的无功补偿情况, 大用户不及时投退电容器会影响电网的无功补偿效果。

4) 农网低压线路存在三相负荷不平衡现象, 损耗较大, 没有达到经济运行的要求, 需要进一步完善全网优化、提高优化效果。

2 具体措施

安装全网无功优化及管理系统, 通过系统对电网进行无功优化分析。该系统通过采集到的配网各节点运行电压、无功功率和有功功率等实时运行数据和各设备实际运行状态为无功优化计算的依据;以无功、电压不越限, 有载调压开关每天动作次数不越限, 无功补偿装置动作次数不越限, 功率因数在合格范围内为约束条件, 根据实际情况以电压质量、系统有功损耗、变压器分接头和电容器投切次数为目标进行无功优化分析计算。

无功优化管理控制系统通过调度中心的SCADA系统采集电网中各节点的电压、有功功率、无功功率等实时在线数据, 其一般根据本地区电网的电能损耗最少为目标, 在各节点电压正常的前提下, 进行全面的优化处理后, 形成有载调压变压器分接开关调节指令和电容器投退控制指令, 利用调度中心的自动化控制系统的“五遥”功能, 实现电网无功电压的优化。

变电站的电压无功控制系统通过实时采集电网在线参数, 自动调节主变有载调压分接开关和投退电容器, 使主变有载调压分接开关和电容器组处于最合适位置, 以满足电网电压和无功功率的平衡, 达到改善电压质量, 减少电能损耗的目的。变电站中一般不止一台变压器, 电压无功自动控制系统会根据主变的运行方式而选择不同调节方案。对于两绕组的变压器, 一般选取高压侧的无功功率作为无功调节的依据, 取变压器的低压侧电压作为电压调节的依据。

无功优化管理系统自适应功能强, 能够自动形成相关动作数据, 并能够在出现异常时自动纠错和自动闭锁等;其安全控制能力强, 比如在遇突发事故时, 控制系统能够进行自动处理, 不会发出影响电网安全和主设备安全的操作指令。

3 优化原则和方式

无功电压优化运行集中控制系统在全网无功优化计算分析的基础上, 通过电压无功信息系统建设、无功优化补偿及控制, 充分利用现有设备和信息资源, 积极应用无功动态补偿新设备、新技术, 制定出符合电网实际情况的无功补偿最优配置和最佳运行方案, 实行“电网无功补偿的全面规划、合理布局、全网优化、分级补偿、就地平衡”的优化原则, 实现提高电能质量、全网网损最小、年运行费最少、无功经济当量最高的目的。

无功优化管理系统运行中, 变电站的数目、电网运行方式、调度自动化系统均不受限制, 可以实现“六个”相结合:全网 (集中) 控制与分区分层控制相结合;集中控制与分步执行相结合;无功平衡稳定电压与分接开关调节电压相结合;保电网安全与无功电压控制相结合;理论问题与工程实际相结合。

4 无功优化效果

通过无功优化控制系统, 改变了地区电网传统的无功电压控制方式, 减少了有载调压变压器分接开关动作次数近50%, 提高了设备使用寿命;减轻了检修劳动强度;减轻了集控中心值班人员劳动强度70~80%, 避免了人为误差;克服了单个无功电压综合自动控制 (又称VQC) 装置, 局限于“无功-电压就地最优”, 而不能做到“无功-电压全网最优”的弊端;减少电能损耗, 供电网无功电压控制质量和电压合格率提高到一个全新的水平, 取得了明显的降损节能, 具有巨大的经济效益和社会效益。

5 结语

AVC系统电压无功控制策略资料 篇5

概述：

电压控制策略目的是即时调节区域电网中低压侧电压以及控制区域整体电压水平，使得电压稳定在一定的区间内。针对AVC系统各个功能来说，电压控制是优先级最高，保证电压稳定在合格范围内也是AVC系统最重要的目标。AVC系统的电压控制分为两部分即区域电压控制和单个变电站的电压校正。通过两部分调节即可以保证所有母线电压稳定在合格范围内，又有效的减少了设备控制震荡。

区域电压控制：

区域即电气分区，所谓区域控制就是整体调节每一个电气分区（以下称作区域）的电压水平，使之处在一个合理范围内。首先以AVC建模结果为基础，分别扫描每个区域中压侧母线电压水平，通过取当前母线电压和设定的母线电压上下限作比较，分别统计每个区域中压侧母线的电压合格率(s%)。然后用此合格率和设定的合格率限值(-d%)比较，如果s>=d,说明对应区域整体电压水平相对合理，不需要调整。如果s

单个变电站电压校正类似于VQC设备的控制原理。通过调节主变分头和投切电容器来调节低压侧母线电压，使得母线电压稳定在合理范围之内。在调节分头和投切电容器两种调节手段取舍上我们的做法是有限投入电容器来调节电压。

综上所述，两种电压控制手段不是孤立的，两者之间有先后轻重之分。通常做法是载入电网模型之后，首先进入区域电压调整程序。分别判断每个区域的整体电压水平，对需要调节的区域启动区域电压调整程序，只有当区域电压水平达到一个合理水平时，再依次对每个变电站进行电压校正，最后达到母线电压全部合格的目的。

两种手段结合可以避免单一的调节区域低压侧母线带来的弊端，例如220Kv变电站110Kv侧电压越限导致下级110Kv变电站10Kv侧越限无调节手段。另外在抑制设备控制震荡方面也有很好的效果，例如220Kv变电站和下级110Kv变电站同时越限同时调节，调节之后导致下级110Kv变电站低压侧母线相反方向越限再次调节。

四、就地电压控制

就地控制主要策略如下：

1、10kV电压低，且220kV电压偏高，则优先上调主变档位，然后投入电容器； 2、10kV电压低，且220kV电压正常，则优先投入电容器，然后上调主变档位； 3、10kV电压高，且220kV电压高，则优先切除电容器，然后下调主变档位； 4、10kV电压高，且该时段处于负荷下坡段，则优先切除电容器，然后下调主变档位； 5、10kV电压高，且220kV电压正常、负荷处于平稳阶段，则优先下调主变档位，然后切除电容器；

6、投入电容器时进行预判，如果下列条件成立则不投入电容器，上述电容器优先投入动作被过滤；

 投入电容器时主变无功倒流；  投入电容器时关口倒送；  该时段电容器动作次数越限；  该电容器已投入；

 该电容器被切除后时间小于5分钟（可设）；

 该电容器退出自动控制（在闭环模式下有效，开环模式下无效）

7、调整主变档位时也进行预判，如果下列条件成立则不进行档位调节，上述主变档位优先动作被过滤：

 主变并列运行档位相差大；  主变档位动作次数越限；

 主变处于极限档位（最高档/最低档）；  主变上次调整时间小于2分钟；

 该主变退出自动控制在闭环模式下有效，开环模式下无效）

8、并列电容器投切考虑如下策略：

 如果不允许并列投切，则该母线上当某电容器投入时，其余电容器自动禁止再投入；

 动作次数少的电容器优先动作；

9、并列主变调节时考虑如下策略：  根据拓扑判断是否并列运行；

 档位调整时交替调节，调整过程中减少档位不一致时间；

 对于7档、17档并列运行主变，人工设置并列运行档位，调节时自动对齐使变比一致

控制结构： bus_control否220kV电压高？是10/35kV母线电压低？10/35kV母线电压低？220母线电压高否否220kV电压低或正常？10/35kV母线电压高？regul_bsxf（上调主变档位），成功？否regul_bscp（投电容），成功？是regul_bscp（投电容），成功？否220kv正常？regul_bscp（切电容），成功？否regul_bsxf（下调主变），成功？regul_bsxf（上调主变档位），成功？是是退出regul_bsxf（下调主变），成功？是regul_bscp（切电容），成功？退出退出退出

第五部分 AVC无功控制

一．概述

1.控制目标

地区电网AVC的无功控制以尽可能满足无功就地平衡，减少无功长距离输送，从而降低系统网损为目标。

2.控制对象

地区电网AVC的无功控制对象可以有：有载调压变压器分接头、容抗器、地方电厂发电机的可调无功出力以及其它柔性输电的无功调整装置等。其中，有载调压主变和容抗器是最常用和最普遍的无功调节手段，前者用来改变无功分布，后者可补偿或吸收无功。

3.约束条件

地区电网AVC以保持电网安全稳定即保证电压水平合格为首要目标，因此无功控制始终以各等级母线电压为约束条件，无功调整时不得导致母线电压越限。

另外，无功控制时还要考虑设备动作次数和动作时间间隔等约束条件。

二．实现方案

地区电网中，无功负荷分布广泛且随着有功负荷的持续增减而连续变化，而作为无功来源的无功补偿装置则相对集中，且补偿容量具有一定的离散性，因此在实际工程中，难以做到真正的无功就地平衡和无功优化，可行且易于实现的是无功的次优化分布，即在尽可能小的范围内实现无功按分区平衡。

1.分区

在110kV及以下电压等级电网解环运行后，220kV等级以下配网呈树状分布（如图1所示）。在这种情况下，可对地区电网以220kV母线为根结点进行区域划分，从而形成多个分别包含一个220kV变电站及其下属一个或几个110kV变电站的分区，各分区之间的联络点为位于分区关口的220kV母线，彼此耦合性大大降低，从而为无功分区平衡创造了便利条件。

图1.典型地区电网接线图

2.无功控制

如图2所示，在分区形成后，可得到若干区域，每个区域包含一个220kV变电站及若干110kV变电站的大区域A及以单个110kV站为单位的B、C等区域。对于A区域，其控制点为关口220KV母线,控制对象为其区域内的所有容抗器；对于B、C区域，其控制点为本站的110kV母线，控制对象为各自站内的容抗器。

区域A线路B区域B线路C区域CA站C站B站

图2

地区电网分区结构图

无功优化控制 篇6

关键词：控制策略；变电站；无功优化；二十一区图

中图分类号：TM761.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0028-03

农村配电网变电站低压侧传输、分配、用电系统网络中，运输线路长，自动化水平较低，供电能力较差，功率因数较低，造成输电电流增大，电器设备、线路等有功损耗急剧增加，用户侧端电压压降增大。利用补偿策略的优化，可以减轻上述现象。

十七区图和九区图的优化控制策略在现今的农村配电网变电站中采用较普遍，其优化控制目标主要是利用有载调压变压器的档位调整和变压器低压侧无功补偿装置的投切来保证变压器高压侧的功率因数（或无功）及变压器低压侧（电动机端）的电压在合格范围内，但是对高压侧的电压水平却没有考虑。当变压器高压侧的电压在极端方式运行中出现了偏高或者偏低的现象时，如果仍然采用上述变电站优化控制策略，则不能充分利用低压侧剩余的无功资源来改善高压侧的无功电压水平。因此，如何在保证变压器高压侧的无功功率合格，且保证变压器低压侧的电压水平合格的同时，还能充分利用低压侧的无功资源、适应运行在极端方式下的两侧电网的调控需求，成为运行在极端方式下的优化控制策略调整的新目标。

1 配电网变电站电压无功控制规律

农村配电网变电站的等值电路图如图1所示。调节变压器低压侧的电压，主要利用主变压器的分接头来实现。调节通过变压器的功率因数cosφ（即总无功功率），主要利用电容器的投切来实现。

农村配电网变电站电压无功控制的规律为：1） 主变压器分接头的调节。当升高降压变压器的档位时，变压器变比k会升高，U2就增加，总无功功率Q就增加，所以cosφ会减少；当降低降压变压器的档位时，变比k会减少，U2就减少，总无功功率Q就减少，所以cosφ会增加。2） 并联电容器组的投切。当投入并联电容器组时，容性无功功率QC增加，U2就会增加，总无功功率Q就减少，所以cosφ增加；当切除并联电容器组时，容性无功功率QC减少，U2就减少，总无功功率Q就增加，所以cosφ减少。

2 基于变压器两侧的二十一区图优化控制策略

2.1 控制策略

当变电站高压侧母线电压越高，代表上级电网的无功功率越充足，相应地允许下级电网吸收的无功就越大，而且有时为了缓解高压侧电网电压过高的现象，希望低压侧电网能够吸收一定的无功；而当变电站高压侧母线电压越低，代表上级电网的无功功率越缺乏，相应地需要下级电网上送的无功就越大。根据上面提出的两种电网调控不佳的现象可以知道，现有的变电站电压无功优化控制策略缺乏全局观念，对于高压侧电网没有形成无功支援是其根本原因。所以有研究者在十七区图控制策略的基础上，提出了二十一区图的控制策略，在原来的9区中重新划分成9区、18～21区，其划分原则是：在当前的运行点处，如果变压器的高压侧电压过低或者过高时，再投入一组电容器或电抗器后，运行点变压器的低压侧电压和高压侧的无功功率均不越限。二十一区图划分如图2所示，二十一区图具体控制策略见表1。

二十一区图的改进特点在于9区、18区、19区的优化控制策略与变压器高压侧的电压相结合起来，当运行点位于18区，并且变压器高压侧的电压VH>VHH时，说明此时的高压侧电网无功功率富裕，需要低压侧电网吸收一定的无功功率，若此时再投入一组电抗器的话，移动后的运行点处变压器低压侧的电压和变压器高压侧的无功仍然是合理的。

当运行点位于19区，并且变压器高压侧的电压VHVHH时，说明此状态下的高压侧电网无功功率过剩，需要低压侧电网吸收一定的无功功率，若此时再投入一组电抗器，移动后的运行点处变压器低压侧的电压和变压器高压侧的无功功率仍然是合理的；若同时变压器高压侧的电压VH

二十一区图在保证农村配电网电机端电压和变压器高压侧的无功功率都合格的基础上，根据变压器高压侧的电压水平来确定低压侧电网是否需要投切无功补偿装置来支援高压侧电网，增强了高、低压侧电网之间的协调控制，能充分利用低压侧电网的无功资源来改善高压侧电网的电压质量，并反过来改善低压侧电网的电压质量。

2.2 参数整定

农村配电网35 kV变电站是农村配电网电压无功优化控制所关注的重要对象，在此参数整定上主要讨论农村配电网35 kV变电站中的应用。35 kV变电站，一般选择10 kV侧作为目标母线电压，以保证电动机端电压合格。考虑到电压的波动，目标母线电压上、下限的选取，一般在考核范围的基础上浮动0.5 kV左右，具体根据实际情况确定。

当采用电压—功率因数控制模式时，按照目前国家电网的参数整定方法，变压器高压侧功率因数上、下限的取值，需要由高压侧35 kV的电压变化来确定，具体的对应关系见表2。

高压侧电压上、下限值的整定同电压—无功功率控制模式下的整定方法。在应用电压—无功功率的控制模式时，二十一区图的参数整定既包括变压器高压侧无功的上、下限整定和变压器低压侧电压的上、下限整定，又包括变压器高压侧电压上、下限值的整定。为了使高压侧电压高于上限或低于下限时无功补偿装置能够投入，一般将无功上、下限的整定范围定得稍宽一些，具体整定方法见表3。

nlc202309020311

表3中：NC为变电站的电容器组数；QC为单组电容器的容量；NL为变电站的电抗器组数；QL为单组电抗器的容量；M为裕度指标，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值将由变电站的实际工作情况和负荷情况来确定。

3 结论

本研究从农村配电网含有大量的电感性负荷，需要优化无功功率补偿方式入手，采取变电站无功优化二十一区图控制策略进行控制。该控制策略能够有效地适应变压器高压侧电压偏高或偏低的极端运行方式下电压无功优化控制需求，可以作为常规运行方式下的有益补充。并对二十一区图控制策略应用于农村配电网35 kV变电站的界限参数进行研究，制定出电压—无功功率和电压—功率因数两种模式下的二十一区图参数整定方法。

参考文献

[1] 戴宪滨，王刚.变电站电压无功控制策略的探讨[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2006，2（2）：144-146.

[2] 翟伟芳.基于上下层电网协调的变电站电压无功控制策略研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[3] 王建学，陈晨，陈艺华，等.基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化[J].陕西电力，2007（11）：6-9.

[4] 邹清源，刘志彬，侯芳.基于十七区图的电压无功控制策略研究[J].江西电力职业技术学院学报，2010（2）：19-21.

[5] 李启峰.广东电网省地电压调控失配的博弈分析及其机理研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6] 孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[D].天津：天津大学，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram

无功优化控制 篇7

最简单的电力网络分区是根据地域或电网所属电力公司进行划分,但是仅仅考虑电网的自然属性而不考虑电网的电气特性所得到的分区是不合理的。文献[1]提出了基于慢相关技术的分区方法,但此方法需要计算电力系统机电模型的慢特征矩阵,其分区过程的复杂度大。文献[2-4]是基于图论的分区。图论的方法将系统以图的形式表示出来,比较形象地解决了系统的结构模型,但门槛值的选取是个难点,门槛值选取的不同会导致分区结果不同。文献[5]提出两层搜索分区方法。两层搜索方法采用分步分层进行分区,降低了搜索空间,但是本方法却要预先确定分区个数。文献[6]提出基于电气距离的向上分级归类方法。向上分级归类方法保证了每个子区域都有足够的无功控制源,并且此方法和专家知识结合应用,可使系统分区更加合理,但此方法需要预先人为地给定分区个数,而分区个数的确定是个难点。文献[7]应用基于电气距离的信息理论进行分区。文献[8]提出基于KOHONEN神经网络的自动分区算法。此方法利用了神经网络对样本的记忆和联系能力,可以实现信号的分类。本方法中样本特征量的选取是关键,样本特征量选取的不同直接影响到分类结果。文献[9-10]是将Tabu搜索、免疫等启发式智能方法应用到电网分区,为电压无功控制分区提供了新的方法和思路。文献[10-13]是应用聚类的概念对电网分区。聚类的方法就是把没有类别标记的样本根据选取的特征量分成若干子类,可使具有相似特征量的样本归为一类。此方法得到的分区结果容易出现孤立节点。

上述方法都没有考虑各分区中无功容量是否满足区域内节点电压控制的需要的问题。鉴于此,本文提出一种优化分区方法:即以无功电源节点为初始节点,依据最大-最小电气距离法[6]得到初始分区。然后根据最大-最小电气距离法合并或解裂各分区直至形成合适的分区。各分区均有足够的无功容量用以满足本子区域内节点无功负荷的需要。用IEEE 30节点系统验证本方法的可行性、合理性和正确性。

1 电气距离

N节点系统潮流方程的极坐标形式为:

式中:Pi、Qi分别为节点注入有功、无功功率;Vi为节点i的电压幅值;θij为节点i与节点j之间的相角差;Gij、Bij分别为节点导纳矩阵元素Yij的实部、虚部;j∈i表示节点j和节点i直接相连。

对方程(1)再进行转化可得:

在本文,将两点间电气距离[7]用某一节点处电压幅值变化量∆V对另一节点处无功功率变化量∆Q的灵敏度Svq来表示。

在文献[9,14]中,灵敏度矩阵由潮流计算的雅克比矩阵得到。其原理如下:令矩阵中有功功率变化量∆P≡0,消去公式中的∆θ,得到∆Q和∆V的关系式,即:

式中:SVQ即为所求的灵敏度矩阵;JPθ、JPV、JQθ和JQV为雅克比矩阵的子块。

在实际电力系统运行时,有功功率变化对节点电压的影响比较小,因此本文不考虑有功功率变化量对节点电压的影响。根据潮流方程式(2)中无功功率方程式,直接对∆Q关于∆V求导数。如式(5)所示:

其中:Svq即为节点电压幅值变化量∆V对节点无功功率变化量∆Q的灵敏度矩阵。

一般地当i≠j时,灵敏度矩阵Svq中元素(Svq)ij≠(Svq)ji,但二者相差不大,且考虑到电气距离矩阵中两节点之间电气距离的对称性,定义:

为两节点i、j之间的电气距离。D为电气距离矩阵。

2 目标函数

无功电源节点与负荷节点间的电气耦合性强,就表示无功电源节点对负荷节点无功需求的补偿能力强、无功电源节点对负荷节点电压的调节能力强;反之亦然。节点间电气耦合性强弱可用节点间电气距离的大小来表示,电气耦合性强则电气距离小,电气耦合性弱则电气距离大。无功功率的就地平衡原则可表现为无功电源节点与负荷节点间电气距离小。

电网优化分区的目的是使区域内部节点间电气耦合性强、区域间临界节点间电气耦合性弱。区域内部节点间电气耦合性强表现为区域半径小(本文以区域内两两节点间电气距离的平均值为区域半径),区域临界节点间电气耦合性弱表现为区域临界节点间的电气距离大。建立电网优化分区的目标函数,如式(8):

Di(x)表示区域内各节点间的电气耦合性,即区域内两两节点间电气距离的平均值;M表示各区域临界节点间的电气距离的平均值。

分区中每个电网分区的大小适应度。分区过大不易实现无功就地平衡、节点电压控制,且线路中无功功率传输过多,会增加电网中有功功率的损耗。分区过小则无实际意义,且会影响系统整体性能。

设置约束条件为:

其中:ni为区域qi所包含节点数;nimin、nimax分别为ni的上下限值。nimin和nimax的大小与系统的节点数、系统的拓扑结构图等都有关系。因此对于具体系统,可依据经验确定nimin和nimax的数值。

把约束条件加入到目标函数式(8),目标函数变为:

其中,φ为约束条件ni的函数。其取值如下:

当分区节点数ni在约束条件内时,约束条件函数φ赋值为零,其对目标函数值没有影响;当分区节点数ni不在约束条件内时,约束条件函数φ赋值为越限节点个数开平方,使目标函数值增大。

3 算法流程

电网优化分区的过程可以认为是以无功电源节点为初始节点进行膨胀或收缩的过程。膨胀或收缩过程中以系统中有无孤立节点为终止条件、以最大-最小电气距离为参考量,把孤立节点归并到已有区域。

3.1 具体流程(图1)

3.2 需要注意的问题

1)一个节点与多个区域直接相连接。应计算节点与相邻各区域中节点最大电气距离,节点归并到最大电气距离最小者所对应区域。

2)区域不包含某节点时无功过多,但包含同一节点时无功不足。此时应把节点分裂为等价的两个或多个节点,各等价节点归并到不同区域,其无功需求由相应的区域提供支持。

3)变压器支路不能分属于不同的区域。变压器支路两端节点不属于同一区域时,应分别计算变压器支路两端节点到对方区域各节点的最大电气距离,所得电气距离较小者归并到对方区域。

4 算例

笔者利用Matlab软件编写程序,通过IEEE 30节点标准系统验证本文所提出方法的可行性和正确性。

IEEE-30系统有6个发电机节点、24个负荷节点、2个无功补偿节点、41条支路、4条变压器支路。具体数据参考文献[15]。

首先,利用式(6)求出灵敏度矩阵Svq。由于矩阵Svq阶数大,这里只列出其前五行五列,如表1所示。

由灵敏度矩阵Svq,通过式(7)求得电气距离矩阵D。同样,对于电气距离矩阵D此处仅列出其前五行五列。如表2所示。

由步骤3~5可得到30节点系统的初始分区。下面简要叙述其具体操作步骤。

首先,选取无功电源节点1、2、5、8、11、13、10、24为初始节点,然后分别计算与各初始节点直接相连的节点中电气距离最小的节点,形成二节点区域。对于上述八个初始节点,二节点区域分别为:(1,3),(2,4),(5,7),(8,6),(11,9),(13,12),(10,17),(24,25)。

下一步,以形成的二节点区域为中心进行膨胀。对于二节点区域(1,3),由于与其直接相连的负荷节点已没有孤立节点,因此二节点区域(1,3)停止膨胀。二节点区域(2,4)、(5,7)和(11,9)因为同样原因停止膨胀。二节点区域(10,17),与其直接相连的孤立负荷节点有16、20、21、22,分别计算这四个节点与节点10、17的电气距离,记录其较大值。比较16,20,21,22所对应的较大值可知,节点21对应的最大电气距离数值最小,故把节点21归并到区域(10,17),形成区域(10,17,21)。对于二节点区域(13,12),有孤立负荷节点14,15,16与其直接相连。计算负荷节点与区域节点的电气距离,记录并比较其较大值。负荷节点16对应的最大电气距离数值最小,故把节点16归并到区域(13,12)形成区域(13,12,16)。应用同样的方法,可知区域(24,25)应添加负荷节点23形成区域(24,25,23);区域(8,6)应添加负荷节点28形成区域(8,6,28)。

经检查可知系统中仍然存在孤立节点,故对已形成区域继续膨胀。对区域(24,25,23),与其直接相连的孤立节点为15,22,26,27。计算电气距离后,可知节点27符合条件。对区域(8,6,28),与其直接相连的节点仅节点27,可知节点27符合条件。区域(24,25,23)和区域(8,6,28)两个区域同时膨胀到同一个节点27,这时就要对节点27分别与两个区域应用最大-最小电气距离法,节点27归并到较小电气距离所对应的区域。此处,节点27归并到区域(24,25,23)形成区域(24,25,23,27),区域(8,6,28)停止膨胀。区域(10,17,21)添加节点22形成区域(10,17,21,22);区域(13,12,16)添加节点15形成区域(13,12,16,15)。

按上述方法继续操作,可得初始分区。得到的初始分区根据节点添加顺序可写为:初始分区1:(1,3);初始分区2:(2,4);初始分区3:(5,7);初始分区4:(8,6,28);初始分区5:(11,9);初始分区6:(13,12,16,15,14);初始分区7:(10,17,21,22,20,19,18);初始分区8:(24,25,23,27,29,30,26)。

节点26与初始节点24之间仅有一个节点25,节点29、节点30与初始节点24之间有两个节点25和节点27。由于节点26与初始节点24之间电气距离大于节点29、节点30与初始节点24之间的电气距离,因此节点26较节点29、节点30更晚归并到初始节点24所属分区。

目标函数的约束条件参数设置为:

10≤ni≤20

根据步骤(6)、(7)确定各分区的合并与解裂,计算目标函数的值。从所得初始分区开始,共进行7次计算,其结果如表3。

由此可知,所得分区结果为:初始分区1、2、4、6、8合并为1区域;初始分区3、5、7合并为2区域。1区域中节点6与2区域中节点9和节点10之间所连支路为变压器支路。由于变压器支路两端节点不能分属于不同区域,因此计算节点6与区域2中各节点电气距离,记录所得最大值d6;计算区域2中节点9、节点10与区域1中各节点电气距离,记录所得最大值d9、d10。由于比较得d6小于d9和d10,因此把节点6归并入2区域。

对所得两分区进行区域内无功功率平衡校验,可知2区域电源无功功率不足。应用最大-最小电气距离法计算2区域中临界节点到1区域的电气距离值,可知负荷节点18所对应电气距离值最小,故把负荷节点18归并到1区域。

所得最终分区结果为:1区:(1,2,3,4,8,12,13,14,15,16,18,23,24,25,26,27,28,29,30);2区:(5,6,7,9,10,11,17,19,20,21,22)。

具体分区结果如图2所示。

本文所得分区结果与文献[16]所得结果相比较,只有无功电源节点5和负荷节点18的归属区域不同。本文中节点5归属于2区域,节点18归属于1区域,而文献[16]中节点5和节点18所归属区域正好与本文相反。本文所得分区结果使无功电源节点的分布与无功负荷节点的分布相适应,提高了电源节点对区域内负荷节点电压的调节能力;本文所得分区结果,使各区域内电源无功功率均满足负荷无功功率。本文所得分区结果与文献[16]相比较之结果亦可证明本文所提分区方法的可行性和正确性。

5 结论

变电站无功电压优化控制策略分析 篇8

从某种程度上讲, 电压是衡量电能的指标之一, 其影响因素有电力系统中的无功不足与无功分布情况不科学[1]。现阶段, 随着现代化电力行业进步发展, 广大客户对于电能质量水平的要求更加严格, 因此我们要借助科学化的手段来降低变电站的网损情况, 尽量改善其电压水平, 确保电压的稳定性以及可靠性。

1 变电站无功电压优化的基本论述

(1) 变电站无功电压优化的特点。目前, 变电站中的无功电压控制存在动态性、离散性、非线性、大规模以及不连续性的特点, 电压无功控制主要是指在满足多种约束条件的基础上, 最大限度利用最少的无功投入来有效改善变电站电压的实际质量水平, 在一定程度上减少网损。具体来说, 变电站中的无功控制借助合理调整端电压、无功补偿设备以及系统中变压器的分接头位置, 并有效利用先进化以及科学化的人工智能化管理技术, 建立起变电站无功的优化控制数学化模型。采用负荷预测的方法, 实现变电站的无功优化控制。

(2) 变电站中无功平衡以及电压之间的关系。从专业化角度出发, 当隐极发电机在经过了一段线路然后再向负荷进行供电的时候, 若有功功率已经被确定, 则发电机能够送到的无功功率可以表示为:

从公式中我们可以看出来, 当公式中电势E被确定为定值的时候, 则Q以及V之间的关系可以如图一所示, 其中曲线1就是两者之间的关系, 而负荷的实际无功电压情况则如图中的曲线2所示。图1中的曲线1以及曲线2之间的交点可以有效确定运行电压Va。从某种程度上讲, 当负荷不断增加的时候, 无功电压的实际特性情况则表示为图中的曲线2。但是如果无功电源并未增加, 那么其特性还是可以用曲线1来表示。而且曲线1与2之间的交点则是全新的运行点, 而且Va‘则是负荷的电压。从以上的情况可以看出, 无功功率缺乏, 会造成电压下降, 而无功功率相对来说比较充足的话, 则电压就会不断提高。那么就可以在一定程度上充分满足在负荷上的无功增加, 确保负荷的实际电压程度[3]。

2 变电站无功电压优化的控制措施

(1) 合理优化相应的数学模型。从专业化理论角度来看, 为了降低电力网损, 不断提高设备实际寿命, 需要将变电站二十四小时的网损最小作为其目标函数, 把相关设备的动作次数以及母线电压的实际质量合格情况作为其约束条件, 其控制方法是电容器组的投切以及有载调压变压器的分接头控制调节, 从而有效建立优化的专业化数学模型, 具体表示为:

(2) 负荷分段方案的合理化控制优化。因电力系统中的负荷变化具有连续性的特点, 然而用于优化的负荷应属于分段静止的, 所以就必须对连续性的负荷实施阶梯性的分段划分, 将每个分段划分内的负荷假定为保持不变的。其分段原则主要是把负荷变化幅度相对较大的阶段实施分开划分, 满足各个划分段内部的实际电压合格率。从负荷分段方法上来看, 可以把预测日的标准化负荷曲线看成是首尾相连的。为控制好目标函数, 应实施两次分段, 第一次控制方案把主变压器的实际分接头动作次数作为约束条件, 明确主变压器的实际分接头档位。第二次把电容器组的实际投切次数作为约束条件来明确投切方案; (3) 段内方案的二次优化。二次优化需对大时段内部的负荷进行优化, 确定预测日的主变压器在分接头方面的档位。借助电容器实际投入组数量与主变压器分接头档位情况来确定优化控制方案, 确保网损最小化与母线电压达到合格水平。若任意组合方案的母线电压都不合格, 则选择最接近实际合格标准的组合方案; (4) 明确设备动作最终方案。在对变电站的电压、无功进行优化控制期间, 因需充分考虑到设备的实际动作次数制约情况, 所以不可以按照之间原有的静态化无功控制的计划方案来实施无功补偿。预测日负荷的划分期间, 需要充分考虑到优化方案在实际求解方面的复杂程度, 若如果分段过多, 尽管优化控制方案已经最接近实际, 而且网损降低程度相对较高以及电压在合格率上也相对较高, 但是相应的优化方案在具体求解上却是十分复杂。具体设备调节次数会在一定程度上日益增加。

3 结语

总而言之, 在我国的配电事业发展过程中, 变电站担负着非常重要的无功调节职责, 关系到电网的安全经济运行。因此, 需要对变电站的无功电压进行合理化优化控制。具体来说, 在实际控制期间, 可以通过合理优化相应的数学模型、负荷分段方案的优化、段内方案的二次优化以及明确设备动作最终方案等, 发挥电压无功优化控制的实际意义。

摘要：现阶段, 随着现代社会发展水平的不断提升以及科学技术的进步发展, 我国的电网发展速度不断加快。从专业化角度出发, 变电站无功电压的合理优化控制成为对电网安全化、稳定化以及经济化运行的重要要求。我国的大规模无功电压控制方法仍然是以计划指令为主, 也就是上级电网按照季度下达的无功功率补偿的相应指标, 对下级电网进行控制。其局限性在于难以适应电网的变化运行要求。本文就变电站的无功电压的合理化优化控制策略展开详细论述。

关键词：变电站,无功电压,优化控制策略

参考文献

[1]骆永安.变电站无功电压优化控制策略分析[J].机电信息, 2011 (33) :37-38.

[2]商云龙.变电站无功电压优化控制策略初探[J].科技传播, 2013 (18) :58+61.

[3]刘宪栩, 陈学民, 高峻.城西电网无功优化控制策略探讨[J].天津电力技术, 2010 (02) :27-29+17.

区域电网电压无功优化的自动控制 篇9

1 电压无功管理现状

区域电网已经安装的硬件V Q C装置, 一般是根据本变电站运行在九区域图上的位置来给出控制措施, 满足本变电站内部电压要求和无功功率的合理分布。但该装置不能实现区域全网的电压无功控制。人工控制电容器投切和变压器调压分接开关调整, 往往出现电压控制不及时、电容器未迎峰投入, 两种调整方式都会造成电压调节不合理的现象。而对每座变电站都投入VQC装置, 也会增加供电企业的设备投资。

随着调度自动化系统的应用, 根据系统的运行信息实现区域电网的电压无功控制成为可能。只在调度主站端安装全局无功优化控制软件, 不但为电力企业节省设备投资, 且可给出一个合理的控制措施, 从而保证区域电网内的电压质量合格和无功功率的合理分布。

1.1 电网分层分区

目前, 区域电网110 k V变电站及以下网络 (110/35 k V) 为辐射状运行, 运行结构相对简单。

这种地区电网分层分区结构以220 k V主变为枢纽点进行, 分为独立的片网。其特点为各片网电气耦合弱, 地区电网全网控制转换为分片区控制。在这种结构下运行, 控制变量为电容电抗器、有载主变分头。

1.2 区域电网变电站V Q C现状

近年来, 变电站V Q C花费了很大投资进行改造, 但应用情况不甚理想, 原因有几点: (1) 变电站VQC是局部控制, 不能满足全网优化控制要求; (2) 设备动作次数频繁; (3) 对每个变电站进行季节性定值设定和管理工作量巨大; (4) VQC故障 (如拒动) 时难以及时处理。因此, 变电站VQC往往在投运初期运行正常, 但随着时间推移, 运行管理越来越困难, 以至最终交由人工进行控制。

2 无功电压优化和自动控制 (AVC) 系统

2.1 AVC系统原理

地区电网自动电压控制 (AVC) 系统主要功能是在确保电网安全稳定运行前提下, 保证电压和关口功率因数合格, 尽可能减少线路无功传输、降低电网因不必要无功潮流引起的有功损耗。

AVC系统对全网无功电压状态进行集中监视和分析计算, 从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制, 是保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段。

2.2 A V C系统发展的必要性

随着高电压等级、大容量和跨区电网的迅速发展, 为保证电网安全、优质和经济运行, 对电压质量提出了更高标准和更严格的要求。电网的电压质量是电能质量的一项重要指标。为进一步提高电网主网的电压质量, 降低主网网损, 实现电网运行在线控制的目标, 减轻值班人员人工调整电压的劳动强度, 开发并研制电网的自动电压控制系统显得十分必要, 它为现代电网安全稳定控制提供了先进的技术手段。

2.3 最优化算法—无功优化模型

无功优化控制系统模型, 不考虑投资因素, 所以模型的目标值F为系统网损 (PLoss) 最小, 即:F=min PLoss。

同时要满足以下等式约束条件和不等式约束条件:

(1) 节点电压约束:Vimin

(2) 省网关口功率因数约束:cosqimin

(3) 发电机无功出力约束:Qimin

(4) 有载调压分接开关档位调节上下限:Timin

(5) 设备动作上限:Ni

有动作次数约束的设备包括电容器、电抗器、有载调压变压器分接开关。

功率约束方程:

式中:Pi, Qi, Ui为节点i处注入的有功、无功和电压。

Gij, Bij, δij为节点间的电导、电纳和相角差。

h为所有与节点I相连的集合。

K为所有省网关口节点集合。

A V C系统就是在满足全部约束条件下, 寻找网损最小的无功潮流最优分布方案, 包括投切电容器、电抗器、发电机无功出力、调节有载调压变压器分接开关。

因系统网损最小的目标值F无法直接求出, 考虑其他不等式约束条件, 得到转换后的目标函数为:

式中, 第一项为有功网损;第二项为节点电压约束;第三项为由省网关口功率因数约束转换而来的无功功率约束;i为节点个数, j为省网关口个数。

3 工程仿真计算及效果评估

3.1 工程仿真计算

设某区域电网现有线路B、C (输电线路型号为LJ-120) 每公里的电阻值R均为0.27欧姆, 电抗值均为0.409欧姆, 假定线路B为5公里, 线路C为10公里。A站可投入35 k V电容器无功补偿容量为144000 kvar (单台容量500 kvar, 整组容量500×24=12000 kvar, 35 k V母线单母线分Ⅳ段, 总容量为12000×12=144000 kvar) ;B、C站可投入10 k V电容器无功补偿容量均为16032 kvar (单台容量334 kvar, 整组容量334×12=4008 kvar, 10 k V母线单母线分Ⅳ段, 总容量为4008×3=12024 kvar) 。

3.1.1 现状

(1) 电压现状:设10 k V母线电压下限为10.2 k V。其中, C站母线电压低于该限值, 其余电压合格且处于高水平状态。

(2) 潮流计算:

(1) 假设各节点电压为额定电压, 求线路始端电压:

(2) 再用已知的线路始端电压U1=112.5 k V及上述求得的线路始端功率S12, 求出线路各点电压:

(3) 根据上述求得的线路各点电压, 重新计算各线路的功率损耗和线路始端功率:

(4) 收敛性计算:步骤 (3) 中S12=56.0885与步骤 (1) 中S12=56.1044做收敛性比较, 收敛性为0.03%。

3.1.2 VQC系统调节策略

(1) 电压调节:调节C站有载调压变压器分接开关, 使C站10 k V母线电压合格, 达到10.2 k V以上。

(2) 潮流计算:投入C站电容器, 补偿无功功率≈4 MW。

则S3=20.3+5.5j, 重复4.1.1步骤, 具体结果见表1。

3.1.3 AVC系统调节策略

(1) 电压调节:调节C站有载调压变压器分接开关, 使C站10 k V母线电压合格, 达到10.2 k V以上。

(2) 潮流计算:依次投入C、B站电容器, C站补偿无功功率≈4 MW, B站补偿无功功率≈8 M W

则S2=30.1+5.5j, S3=20.3+5.5j, 重复4.1.1步骤, 具体结果见表1。

3.1.4 AVC与VQC系统调节策略比较 (表1) 。

(1) 结合 (表1) 比较, 通过VQC及A V C系统的有载调压变压器分接开关的调节, 均能使母线电压达到合格范围内。

(2) VQC系统投入C站电容器无功补偿功率后, 线路B、C的损耗均下降, 关口功率因数上升, 但仍没达到合格范围。

(3) AVC系统依次投入C、B两站的电容器后, 线路B、C的损耗均下降, 线损降低了13%左右, 关口功率因数达到0.95以上。

3.2 AV C系统效益估算

A V C的投入产出比计算如下:

AVC总投资约为35万元。

采用AVC实现对电网线损的下降费用约为 (估算) :

售电量×13% (线损的下降, 以4.1.3计算结果所得) =节省电量。

节省电量×0.49元/度 (以天津地区居民电价为基准) =节省电费。

如果一年中电网销售电为:1000万度电, 则节省电费=63.7万元。

投入产出比为63.7/35=1.82。

4 结论

(1) AVC系统能做到全局控制, VQC只能单独变电站控制, 不能满足全网优化控制要求。A V C系统减轻了调度中心值班人员劳动强度, 避免了人为误差, 真正实现了全网电压无功在线控制, 完善并提高了无人值班变电所自动化水平。准确地掌握了主变分接头开关、电容器开关每年每月每日动作次数, 为最大限度的发挥设备潜力和设备检修提供了依据。

(2) AVC系统的区域电网控制策略比VQC网损降低更显著, 经济效益更高。该公司采用A V C控制无功补偿后, 提高了地区受电功率因数, 增加了无功补偿设备利用率, 且在有充裕调节手段的条件下提高电压合格率。

(3) AVC系统投入产出比较高, 能尽快收回成本。由于AVC控制系统不增加任何硬件装置或者说减少了VQC硬件装置, 这也就减少了设备安全运行故障的机率, 从保证电网完全的角度来讲, 其经济效益也是可观的。

参考文献

[1]吴钟飞, 刘涤尘.电压无功功率控制装置在变电站中的应用[J].广东电力, 2005.

[2]关宏, 戴永新.变电站无功调节方法分析[J].供用电, 2005.

[3]徐荣琦, 张树民.地区电网无功电压的综合调节[J].天津电力技术, 2007.

[4]陈文正, 陈军.区域电网电压无功优化可行性研究[J].湖北电力, 2008.

[5]梁国文.无功电压集中优化自动控制在县级电网的应用[J].山西电力, 2007.

[6]陆安定.发电厂变电所及电力系统的无功功率[J].中国电力出版社, 2003.

电力系统电压无功多目标的优化控制 篇10

电压的安全稳定性是评定电力系统运行是否正常的重要依据。然而, 无功是影响整个电力系统电压水平的重要指标。电压无功化的目标就是要科学合理地分配无功潮流, 使无功潮流稳定、平衡。综合前面的分析, 不难看出, 电压无功多目标的优化控制可以保证一个地区的电压稳定性, 可以降低电网损耗, 还可保证负荷电压的稳定性。

1变压器电压无功多目标的优化控制方法

变压器的电压无功多目标的优化控制方法就是要调整有载变压器的分头开关和投切变容器组。当前被广泛使用的方法是“九区图”法。“九区图”法是根据电压与无功的上限与下限划分出9个运行区域, 针对9个区域的不同情况, 制定不同的策略, 保证整个供电系统的基本平衡和电压的合格率。

2常用的电压无功调解设备

常用的电压无功调解设备主要有同步发电机、调压变压器、并联电容器、并联电抗器、同步调相机、静止无功补偿器、静止同步补偿器。其中同步发电机为电力系统中有功电源, 同时也是无功电源之一。调压变压器则是根据不同的电压需求来调解供电系统的电压。一般有来说, 调解变压器主要分为有载调解变压器和加压调解变压器两种类型。并联电容器主要用于功率因素校正和母线电压校正。这个设备功能消耗小, 投资少。并联电抗器用于补偿线路的电容, 防止电压出现偏高的现象。同步调相机用于产生无功功率, 它不会给电网带来太大的功率负载。它可能使电压变化平滑, 不突兀, 有利于供电系统的电压稳定性。静止无功补偿器是应用最为广泛的一种补偿设备, 它的构成主要包括并联电容器组、可调和饱和电抗器、检测与控制系统三个部分。静止同步补偿器是一个电压快速调解设备, 它可以在较大的干扰下快速调节供电系统的电压, 保证电压的稳定性。

3变电站电压无功优化的控制方法

变电站的电压控制主要实施两个方面的功能:一个是要保证网络的无功平衡;一个是要保证电压的质量, 保持电压稳定性。对供电系统的电压根据实际情况进行调解, 是众多专业人士一直在探讨的课题。其实, 电压调节控制没有一个具体的目标, 可以通过调整有载变压器分接开关和投切并联电容组两种方式来实现。

4九区图控制理论

4.1 核心思想

九区图主要与两个参数有关, 一个是低压侧母线电压U, 一个是无功功率Q, 这两个参数都具有高低之分, 将整个控制区域划分9个区域, 每个区域都有其不同的情况, 根据每个区域的不同情况, 再制定出调控策略。在9个区域中, 第9区域是正常稳定的运行区域, 而其他区域的控制目标都是将其控制为第9区域的运行状态, 保证电压合格率和无功平衡。

4.2 九区图控制策略实施

以电压U为纵坐标, 以无功功率Q为横坐标, 组成U-Q坐标系的九区控制策略图, 如下图1。

各区的控制原则如表1所示:

4.3 九区图控制策略存在的问题

1) 这个调节图建立在无功功率与电压相互独立的情况下, 忽视了无功调节对电压产生的影响。

2) 信息的来源具有一定的非集中性, 也无规律性, 因此, 控制调节针对性不强, 有些盲目。

3) 九个区域中的1、3、6、8这四个区域可以同时使用两种调节方法, 因此, 要求对实际情况具有较高的判断力, 采取最佳调节方法。

4) 同样是针对1、3、6、8这四个区域的调节方法要从两个方面进行, 先调节哪一个方面, 后调节哪一个方面, 会对系统产生影响。

5) 九区图控制的理论次数是无限的, 然而具体到每一个设备上, 其调节的次数就会受到设备本身的制约。

6) 第9区域从理论上讲是最佳最稳定区域, 然而, 这是一个区域, 一个范围, 很有可能两项指标都处于边缘, 但是, 依然存在于这个区域之中, 这就存在很大的不稳定安全隐患。

7) 九区图调节方法只适用于独立的、单个的变电站控制方法, 不适合于整个供电系统所有的变电站的综合调节协调。

4.4 9区图的改进

在实际的运行方式中, 可能会遇到这样的一种情况, 运行点落在4区的某个地方, VQC策略为切电容, 但切电容后, 系统电压下降, 无功功率增大, 运行点落在6区, 6区策略为升分接头, 升抽头后运行点又回到4区。此时, 造成电容器和分接头频繁调节且运行点在4区与6区之间徘徊。同样的道理, 在5区的某个地方, 也会造成运行点在3、5区之间徘徊, 电容器和分接头频繁调节。 造成上述电容器和分接头频繁调节的原因, 是由于投切电容器后电压的升高或降低使得运行点向另一个不满足的区移动。为此, 可将9区图作进一步的细分, 从而制定更详细的控制策略。将9区图进行改进, 得出11区图 (ΔUq为投退一组电容引起的母线最大电压变化量) 。b、f区为原来的4区细分而来, a、e区为原来5区细分而来。在f区, UminQmax, 可采取的策略为投电容。在a区, UminQmax, 为避免电容器的频繁投切及主变分接头的频繁动作, 在电压优先的情况下可采取的策略为不动作。

从上述分析可知, 每个区的动作策略并不一定能满足使运行点落在9区, 在调节策略不能使电压无功功率都合格的情况下, 为避免电容器和主变分接头的频繁动作, 必须在两者之间作取舍。要么VQC运行在电压优先的方式下, 在电压和无功功率不能同时得到满足的情况下, 优先满足电压要求;要么运行在无功优先方式下, 优先满足功率因数要求。具体是电压还是无功优先, 要充分考虑当地的负荷情况及当地的系统运行规程。

5结语

当前, 电能市场竞争呈现白热化的发展态势, 人们对电能的质量要求越来越高, 而电压就是电能质量的重要衡量标准, 电压稳定, 才能保证整个供电系统的平衡与稳定, 因此, 对供电系统中的电压进行控制调节, 对于整个供电系统的安全产生重要影响。本文所探索的九区图控制调节方法是当前电力系统中应用较为广泛的, 这个方法的使用, 可以将所有的情况一目了然, 然后, 再根据不同的情况采取最佳的调节策略。

经过电力工作者的不断努力, 在克服无功损耗方面已经取得了较为显著的成效, 无论是技术还是管理理论都较为成熟, 基本上满足了电力系统的发展与应用的需要。

参考文献

[1]杨君军.基于PSO-DP算法的配电系统动态无功优化研究[D].天津:天津大学, 2011.

[2]蒋春敏.电力系统电压无功多目标的优化控制[J].自然科学学报, 2010 (2) .

[3]张丽.无功电压优化控制在全电网中的应用[J].中国高新技术企业, 2012 (3) .