配電網無功優化軟件的設計

龔春妍

[摘要]電壓質量是電能質量的重要指標之一，穩定的電壓對電力系統安全可靠運行有著重要的影響。因此，保證供電系統電壓、電流的平穩，是提高供電質量必要因素，在電力系統中，電壓質量和無功功率有著密不可分的關系，本文就配電網無功優化軟件的設計進行探討。

[關鍵詞]配電網；無功優化；軟件設計；穩定

中圖分類號：U665文獻標識碼： A

一、前言

當前，大部分農村配網基木采用變電站集中補償、桿上無功補償、低壓集中補償、用戶終端分散補償等多級無功補償模式。這些補償方式都是為了提高終端電壓的穩定性，提高用戶的用電質量。在對電壓調整的過程中，我們可以利用比較先進的計算軟件對電壓進行調整，對配電網的電壓進行控制。

二、變電站電壓無功的優化原理

1、變電站電壓無功的優化方式

生產生活中最常接觸的是110kV變電所，所以人們對110kV變電所的電壓無功優化比較重視，從理論上講，電壓無功的優化具備非線性，約束條件較多。從實際角度講，通常對110kV變電站的電壓無功優化控制從兩個方面進行配合，包括調整負載變壓器分接頭開關以及投切并聯電容器組。

2、變電站電壓無功優化方法和目標

通常，110kV變電站，以低壓側母線電壓與主變高壓側注入的無功作為電壓無功優化的控制目標。由于優化方式不同，優化的控制目標也會有所差異，但是對于110kV變電站，電壓無功優化目標總結起來，都是為了提高電壓的質量、降低電力系統的電壓損耗、減少補償變壓器與電容器分接頭的動作次數。變電站電壓無功優化有2種控制模式，一種是電壓——功率因素模式，另外一種是電壓——無功功率模式。電壓——功率因素模式的缺點是不能直接反映無功的大小，而電壓——無功功率模式由于能真實反映電力系統的無功，并且在輕載負荷時能避免補償電容器的頻繁投切，在重負荷下適應性也較強，因此該模式在實際中應用廣泛。

三、無功優化技術的國內運用

山西電力公司。山西電網自動電壓無功優化系統（AVC）自2007年12月1日起始建設，2009年5月AVC系統正式應用，至2012年4月13日正式完成，項目歷時長達4年多。在2011年12月份特高壓5000兆瓦大負荷試驗過程中很好地保障了特高壓近區電網的無功電壓，為特高壓擴建工程圓滿完成提供了堅強的技術支撐。截止到2012年4月9日，AVC系統控制電廠數目共計47座，機組個數113臺，裝機容量達到36590兆瓦，占省調總裝機容量的97.02%；15座500千伏變電站全部閉環運行，投入省地協調閉環運行的地調數目達到6個。AVC工程完成后的降損效益，依據AVC系統下發策略、電廠和變電站側調整成功數據統計，可平均減少網損6.29兆瓦，平均1天節約電能15萬千瓦時，1年節約電能5400萬千萬時，按0.5元/千瓦時的售電價計算，山西電網1年僅此增收節支2700萬元。

四、110kV變電站的電壓無功優化控制措施

110kV變電站的電壓無功優化主要控制措施包括電容器組投切、負載調壓變壓器分接頭的調節。通過調節變壓器一側母線上的電壓，可以使母線電壓保持在標準范圍內，同時考慮到設備的使用壽命，對變電站電容組的投切次數和負載調壓變壓器分接頭的調節次數不能過高，調節頻率也不宜過快。所以，110kV變電站電壓無功優化過程中，應考慮母線電壓和設備動作次數等因素，通過對母線電壓調節和設備動作次數控制進行優化分析，找出最優組合方案。對110kV變電站電壓無功優化控制措施有以下幾個方面:建立科學的優化數學模型；針對測得的負荷預算進行初次分段劃分；再根據劃分結果，進行再次優化；最后結合兩次的優化結構制定變電站電壓無功的優化方案。

1、優化數學模型

為了能最大程度的降低電能損耗，延長設備的使用壽命，把變電站系統的電能損耗作為目標函數，把電壓低壓側母線的電壓質量和設備的動作頻率符合標準作為約束條件，通過電容器投切的調節和負載變壓器分級頭的調節進行控制，建立數學模型。

2、負荷分段方案

對于優化求解的負荷要求是靜止的，但電力系統的負荷總是在不斷的變化，所以，需要對其采用分段方案，對連續負荷采取階段式勻分，假設各個階段保持不變。負荷的分段劃分是以同一時間段負荷間離散型最小為原則，把預測日的負荷曲線進行首尾連接。為了更好的對目標函數進行優化，需要進行多次劃分。

五、配電網電壓無功實用化控制技術

由于農村配電網供電半徑長，負荷季節性和時變性強，配電變壓器多，線路末端電壓很低，線路無功損耗大，對終端的電壓控制是十分必要的。為了提高供電質量，采用了多種配電網無功優化技術，首先對電壓不合格的原因進行分析，根據產生的原因制定相應措施并及時落實，通過對數據通道的修改來實現穩定的控制策略；或對相關電網運行數據進行采集和分析，通過對采集數據分析計算，查找出影響電網穩定運行的原因，通過軟件的優化計算制定策略。無論通過何種方式，都要保證配電網電壓的穩定供應。

1、配電網電壓無功優化控制結構

本研究方案以配電網的電壓等級及配電網網架結構的特點，將配電網電壓無功優化控制技術分為三級。第一級為對農網全網變電站調控設備進行控制，調控設備主要包括主變有載分接頭和站內無功補償；第二級為對10kV線路調控設備進行控制，主要包括線路自耦調壓器和柱上無功補償等調控設備；第三級為對10kV配變電壓器調控設備進行控制，主要包括配變有載分接頭及無功補償等。

2、配電網電壓無功優化控制技術的實現

目前，負荷點電壓的監測不在變電站監測功能之內，因此，監測點不能對無功越限和負荷點出現電壓進行及時的調整，在電網運行過程中會影響電壓質量。在對配電網實現三級聯控的過程中，在線路調壓器、主變壓器、配電網變壓器及用戶端都安裝采集監測電流和電壓一體的監測裝置。對電壓和電流進行準確監測，以便出現異常情況及時進行處理。

六、軟件設計

主程序設計流程圖如圖1所示。在主程序中首先進行初始化，然后設置A相控制參數，在設置好參數后調出顯示和投切子程序。A相投切完畢后，再分別對B、C相進行相同操作，完成對三相的無功功率補償。

圖1 程序主程序設計流程圖

圖2所示為顯示和投切子程序設計流程圖。首先確定某相為控制對象，單片機通過對該相電壓互感器和電流互感器采集的數據進行分析、處理，計算其功率因數。然后判斷該相的功率因數是否大于0.9，如果大于0.9則無需補償，如果小于0.9則通過投切電容器進行補償。

圖2 顯示和投切子程序設計流程圖

七、存在問題

目前，無功優化仍有以下一些問題需要解決：

1、無功優化是非線性問題，而非線性規劃常常收斂在局部最優解，如何求出其全局最優解仍需進一步研究和探討。

2、由于以網損最小為目標函數，最終求得的解可能有不少母線電壓接近于電壓上限，而實際運行部門又不希望電壓接近上限運行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無功優化不收斂或者要經過反復修正、迭代才能求出解。如何將電壓質量和經濟運行指標相統一仍需進一步研究。

電壓無功優化新技術可合理調控電網無功，提高輸電線路功率因數，防止無功在電網中大規模的流動，保證電壓分區分層平衡，進而降低線損，保障電力系統運行穩定性及經濟性具有重要的意義。

結束語

通過無功軟件的優化設計，能在一定程度上提高配電網終端供電的穩定性，提高用戶的用電質量，為電氣的穩定運行提供保障。

參考文獻

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