电网无功优化控制系统的研究与实现

摘 要：为了协助电力系统调度人员快速、合理地给出无功优化控制方案，保证电网电压稳定性，设计实现了基于实时数据的无功优化控制系统。实时获取数据后，通过拓扑建模、状态估计、无功优化计算，得出无功优化控制方案。系统计算结果准确可靠，具有较高的实用价值。

关键词：电力系统 无功优化 状态估计

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0129-01

无功优化在保证电网电压稳定的前提下，有效降低网损，对电网运行的可靠性和经济性意义重大。目前关于无功优化系统的研究已经取得了一定的成果，但是大都是针对无功优化算法的研究[1～3]，研究整个无功优化系统的较少[4]，而且在功能上有待提高。为此，本文结合工程实际，设计实现了功能完整的基于实时数据的无功优化控制系统，具有自动拓扑建模、状态估计、优化计算等功能，实用性较强。

1 无功优化控制系统的结构和功能设计

无功优化控制系统由计算平台和图形平台两大部分组成。计算平台是系统的核心，具有拓扑建模、状态估计、无功优化三大基本功能；图形平台是系统与用户交互的界面，用于显示电网接线图及电网实时运行状态。计算平台和图形平台间通过数据库实现数据传递。

（1）拓扑建模。

拓扑建模作为状态估计和无功优化的前提，它的准确性与否对软件的分析结果起着很重要的作用，直接影响了无功优化计算的准确性。其主要完成电网模型连接关系的拓扑校核、电网模型的拓扑分析、程序实时运行遇错提醒几项功能。

（2）状态估计。

电力系统的各种遥测、遥信信息是通过远动装置转送到调度中心的，由于远动装置的误差及在传送过程中各个环节所造成的误差，使这些数据存在不同程度的误差和不可靠性；此外，由于量测装置在数量上或者种类上的限制，往往不可能得到完整的、足够的电力系统分析所需要的数据，状态估计模块就是为解决上述问题而编制的。

（3）无功优化。

无功优化计算是系统的核心程序，该模块主要实现了基于现场实际断面的无功优化策略及优化效果计算，同时计算出电网优化前后网络损耗情况与电压越限情况，方便调度员的调度决策。

2 无功优化控制系统的实现方法

2.1 拓扑建模的实现

根据网络元件（线路、变压器、断路器/隔离开关等）的位置、连接关系与断路器/隔离开关的开合状态，确定网络元件连接的拓扑结构和带电关系。

拓扑分析一般可分为三个过程：（1）连接关系分析：根据传导设备之间的连接关系，形成连接点模型；（2）厂站结线分析：根据开关的开合状态，确定连接点之间的联结关系，由连接点模型形成拓扑点模型；（3）系统网络分析：分析整个网络的拓扑点由闭合支路联接成多少个子系统（拓扑岛），由拓扑点模型形成拓扑岛模型。对于拓扑分析，传统的方法是依靠深度或者广度搜索的策略，以搜索回溯的框架，利用堆栈记录划分过程。

2.2 状态估计的实现

在给定网络结构、支路参数和量测系统的条件下，根据量测值求最优状态估计值的计算方法称为状态估计算法。本系统采用基本加权最小二乘估计算法，该算法的估计质量和收敛性能最好，是状态估计的经典解法和理论基础，适应各种类型的量测系统。

2.3 无功优化的实现

基于以下假设建立无功优化数学模型：（1）系统电网网架结构不变；（2）认为在无功优化过程中，除平衡节点外，各节点的有功不变，即系统的无功优化是建立在有功优化的基础上；（3）认为无功优化的过程中，系统的频率和负荷不发生变化，即节点电压的变化对系统的频率和负荷的影响可忽略。

由于电力系统无功优化问题中，控制变量有无功补偿装置的投入组数（容量）、可调变压器的抽头档位以及发电机机端电压。其中，无功补偿装置的投入组数（容量）、可调变压器的抽头档位这两个控制变量为离散变量，而发电机机端电压为连续变量，所以在处理无功优化问题上，应该采用结合连续与离散为一体的优化方案。本系统选择收敛性好的离散粒子群算法。

3 结论

本文设计实现了功能完整的无功优化控制系统，它由图形平台和计算平台两大部分组成，具有实时显示电网运行状态、拓扑建模、状态估计、无功优化等功能。界面设计友好，为调度人员提供科学合理的无功优化控制方案，有效辅助调度决策，具有很好的实用性。

参考文献

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