基于电压控制目标追踪的配电网无功优化方法研究

廖智

摘 要：随着电力法的颁布实施和电网商业化运行的深入，保障目标配电系统的运行电压质量日益显示出其重要性。因而，探讨以保障目标配电系统的运行电压质量为首要目标，同时兼顾降低网络有功损耗的配电网无功优化方法具有重要的理论价值和现实意义。本文主要就配电网电压无功优化分类以及控制方式加以阐述，然后就配电网无功优化控制原则以及方法详细探究。

关键词：电压控制；配电網；无功优化

当无功功率不足时，系统的有功损耗增大，电压降低，甚至局部电压会低至临界值以下，引起系统电压崩溃，导致大面积停电。相反，当无功功率过剩时，系统的电压升高，也会对系统和用电设备产生不利的影响。进一步研究配电网无功优化问题，合理配置无功补偿装置，提高系统运行的安全性和经济性，具有重要的理论研究价值和现实际意义。

1配电网电压无功优化分类以及控制方式

1.1配电网电压无功优化分类

配电网电压无功优化问题主要包括两大类：规划优化的问题和运行优化的问题。配电网电压无功规划优化研究的是一段时间内新增的无功补偿设备的优化配置的位置和装设的容量，确保电网在不同负荷水平及不同运行方式下都能稳定运行，以最小的无功补偿总容量获得最优的全局性电压合格率，达到改善电压质量，降低网络损耗的目的。电力系统电压无功运行优化，则是在现有无功补偿设备配置的基础上，根据系统实际负荷变化情况，确定无功设备的补偿设备和调节变压器的分接头，以达到系统网络损耗最小或操作设备次数最少的目的。

1.2配电网电压无功优化控制方式

第一，分散控制。分散控制方式指的是利用本身所具有的无功资源实施对变电站无功与电压的控制。目前比较常用的是依据九区图和系统运行状态来选择应该采取的控制策略，决定变压器分接头的档位和电容器的投切，保证电压的质量。分散控制的电压无功控制主要是局部控制，而对于配电网这样的大系统，就不能保证整个系统的优化控制与运行，不能达到改善全网的电压和网络损耗的目的。

第二，集中控制。集中控制是指调度中也通过调度SCADA（数据采集及监控）系统，采集电网中各个节点的电压，变压器分接头的位置，无功补偿设备的状态等模拟量和开关量，经数据处理程序建立系统实时数据库，进行电压无功优化计算，调整配电网中无功补偿设备的投切和无功补偿的容量。集中控制方式的优点是几乎不需要增加任何硬件投资，仅利用现有的软硬件资源，即可实现，且系统投入运行后，运行维护方便，配置灵活。

第三，协调控制。协调控制方式是处于分散控制与集中控制之间的一种控制方式。协调控制是从全网角度进行电压无功优化控制，合理安排各种调压手段，实现变压器和无功补偿器的协调控制，达到提高系统电压合格率、降低网络损耗的目的。

2电压控制目标追踪配电网无功优化控制原则以及方法

2.1配电网无功优化控制原则

其一，保证电压质量。电压是电能质量的重要指标之一，配电网的无功功率控制应要满足其在各种正常及事故后运行方式下各节点电压水平的需要，保证电压质量，使电压偏移在规定的范围内。

其二，力争经济性能最佳。除了安全性外，配电网无功优化控制所追求的最主要目标是经济性能最佳，即有功损耗最小。配电线路主要任务是为了有功功率的传输，因此由无功功率引起的线路有功损耗应尽可能的小。

其三，配电网中无功源随时能满足无功功率的需求。电容器组是配电网中应用最广泛的无功补偿设备，配电网中的电容器组必须满足在正常电压水平下无功功率需求，才能使配电网的无功功率得到有效地控制。

其四，配电网无功功率控制要采用就地平衡，分层分区控制的原则。在配电网中，无功功率的控制要坚持分级分区控制的原则，配电网无功源和无功负荷都应采用分电压层和分供电区基本平衡的原则进行优化控制，即每个电压等级发出的无功功率和消耗的无功功率平衡，每个地区发出的无功功率和消耗的无功功率平衡。

2.2配电网无功优化控制方法

当前国内所采用的微机型电压无功综合控制方法都是以VQC为基本控制对象，利用计算机的智能控制模块来实现的。其中计算机控制模块作为一个典型的多输入及多输出变量控制系统，其能够通过配电网中的电流互感器实现运行设备信息的快速跟踪，并能够对保护的动作情况及相关的闭锁条件进行有效的分析。其主要特点是功能较为强大，且可靠性高，灵活性较强等，因而当前受到了较为广泛的欢迎。有的研究者将蓝牙技术应用于AVQC装置中，实现了自动装置的蓝牙无线改造，提高了装置的网络通信能力及操作的灵活性，增强了各装置之间相互配合能力。

当配电网的变压器重载时，相关VQC装置在被扰动或可能对有载调压变压器的分接头调整时导致电压失稳现象的发生，其对负荷调整时本身的非线性也非常不利于电网电压的稳定性。国外有的研究学者从负荷特性的角度出发，通过对有载变压器分接头调整造成电压失稳进行分析和计算来实现对配电网无功优化的有效控制。国内外的专家学者对配电网无功进行有效优化的方法主要是基于广域测量系统及相应的宽域网实现的，其主要目的是对VQC进行改进。广域测量系统是电力系统稳定分析中传统SCADA系统的延伸，其主导思想是采用高精度的同步采集广域电网进行实时相量分析，并基于高速的通信网络实现对分散数据的有效采集，确保在时空坐标下电网动态信息的全局性。通过对广域测量进行有效利用能够实现对VQC控制策略的优化，并且在软件中还能够对远方数据接口进行分析，利用电压控制方法来有效实现对电压的检测，根据数据中心的分析功能完成对VQC控制策略的分析，在完成了对电压失稳或电压崩溃的条件下对控制策略进行调整。

3结语

综上所述，配电网中的电压无功优化控制是一种离散的控制，要实现其最优控制应对混杂控制及离散控制进行协调。当前的控制方法还无法从根本上实现这些协调，应加强混杂控制与离散控制协调性研究，为实现配电网无功优化全局控制奠定良好的理论基础。

参考文献：

[1]黄震.变电站无功电压优化控制策略分析[J].通讯世界，2017（12）.

[2]许迅桃，余训，彦良，兆明.泰州电网实现无功电压优化运行集中控制[J].电力需求侧管理，2015（06）.

[3]陈晖.无功电压优化控制系统在南平电网的应用[J].企业技术开发，2016（15）.endprint