白强 BAI Qiang

（国网稷山县供电公司，运城 043200）

（State Grid Jishan Power Supply Company，Yuncheng 043200，China）

0 引言

随着社会的发展，人们对于用电质量的要求也越来越高。电压质量作为衡量电力系统电能质量的重要指标，因其电压波动而造成的电气设备危害最为普遍。电压波动不仅会影响到电气设备的性能，更可能严重危害电力系统的安全稳定运行。无功优化调度作为优化电网无功潮流分布，以降低电网损耗的重要措施，已被广泛运用到电力系统中。然而，电力系统的无功优化调度过程中，可能因为控制设备所处的环境，在进行操作、切换时，很可能会产生电弧、高温或者瞬间的冲击电流等对电气设备造成危害。以下就简单分析一些电力系统的无功优化调度的调节代价的数学模型。

1 电力系统无功优化调度概述

所谓电力系统的无功优化调度就是指在电力系统无功电源比较充足的状态中，以调节发电机机端的电压、变压器抽头的变比、以及改变无功补偿装置出力等操作来调整电力系统的无功潮流，使得整个电网系统的功耗降低到最小，以优化电力的运行。也就是说，在满足系统安全约束的条件下，来调整系统的控制变量，以保证全网无功功率的平衡，保证优质、经济的供电。

事实上，合理的无功优化是保证电力系统供电可靠和安全稳定的主要措施，不仅可以降低电网的损耗，更能提高电能质量。随着电力产业规模的不断扩大，输电线路的电压等级不断升高，而无功电源的设计与无功优化的技术又跟不上电力系统的发展，因此也导致了电压质量差、负荷功率低、线路损耗大的现象。而当前的无功优化调度仅仅只考虑到了减小网损，而对于操作带来的调节代价却没有过多重视。由于调节代价产生的效应，必须进一步研究优化算法，避免单纯的降损而对控制设备进行过多的调节而损耗设备。

2 调节代价涉及的几个要点

为了减小网络有功损耗，无功优化调度过多的对控制设备进行操作，从而产生调节代价，损耗电力系统相关设备。在电网运行方面。加强无功补偿装置运行管理，提高电容器可用率并合理投退无功补偿装置，确保主变功率因数运行在合格范围，优先保证电压合格率。综合来看，控制设备的调节代价主要包括以下几个方面：

首先，控制设备的调节代价对调节设备的投资，主要包括变压器的抽头调节装置、补偿装置中的断路器等。其次，调节代价仅仅只和无功优化调度相关的控制设备进行调整所产生的维护费用有关，例如，抽头调节装置的检修、换油，以及电容器组的断路器检修工作费用等。对于无功优化调度的开环控制情况，因进行无功调度会增加运行人员的工作量与工作时间，因此所产生的人工费也相对增加；而针对闭环控制的情况下，则要考虑新增设闭环控制设备所产生的成本。另外，由于对控制设备进行过多的操作而引发的变压器以及无功补偿装置的使用寿命的情况，也同样的是变相增大了调度代价。除此之外，如果继电保护装置能够正常的运行，并保证变压器等设备的损坏程度降低，仍考虑到因设备故障造成的停电损失费用等。以下举例说明一些情况对电力系统做无功补偿造成的调节代价。

假设一台变压器的成本是Ft，而其抽头调节装置的成本、允许总调节次数、从不调整时的预期寿命分别为Ftap、Tt、at。假设对于抽头调节装置的检修周期为Ta，那么经过Tt次的抽头调整后，机械的寿命将所见到，如果每检修一次设备产生的费用是Ff，设在时间内，因为装置故障所损失的资金为FL，每一年投入的运营人员人工费支付出FM，当在开环控制情况下，则该变压器的抽头单位调节代价为

以上公式中出现的Fc对应的是抽头调整部分的闭环控制设备所花费的投资，ac则表示闭环控制设备的预期寿命。

上述的例子可以看出，如果不考虑设备的故障损失，针对在110kV 电网的变压器抽头URC 约在1.0-2.0元/次，而针对220kV 中的变压器抽头URC 则为1.5-2.5元/次。而如果不考虑故障损失的话，10kV 无功补偿装置的投切URC 则为0.5-1.2元/次，这样算来，对于电力系统的动态无功优化调度产生的调度代价是不可忽略的。

3 电力系统运行时状态变量的约束处理

以下以灾变遗产算法来详细计算电力系统的动态无功优化调度，基于无约束的优化方法，将控制变量的约束体现到编码的定义域中去。而此时，状态变量的约束也可以作为惩罚项被纳入目标函数中，已构成扩展目标函数。实际上，如果要对目标函数进行寻优，往往结果会使得部分的状态变量接近约束的极限。而如果在两次优化计算中，因时间间隔的负荷变化幅度太大，极易导致状态变量越限的现象，从而引起电网安全隐患。而为了保障结果的安全裕度与高鲁棒性，必须对节点的电压幅值以及发电机节点的无功约束边界进行调整。

而这里所致的鲁棒性就是说因一些不确定的因素影响，控制系统要在复杂的环境下保持正常运行与有效的控制能力。对于电力系统的无功优化来讲，由软件提供的无功优化解，通常是按照当前的或者说事先预测的负荷水平为依据来计算的。而实际上，在实际的情况下，负荷是处于一个随时不确定的波当中的，最终很可能导致优化调整后出现新的节点电压越限的情况。所以，对于实施无功优化控制所提出的鲁棒性要求，尽量避免因两次优化计算时间间隔期间，发生电压质量不合规定的情况。

除此之外，就当前针对电力系统的动态无功优化调度而言，基本都没有考虑负荷与电压变化两者的之间的关系。也就是说，最终负荷电压的特征会因为优化计算与实际操作后的潮流有一定误差。所以，可以通过减小状态变量的允许范围，以减少不利因素的影响。此外，针对区域电压整体波动较大的情况，通过工程应用还可以提高软件的启动频率，如果是波动较为缓慢，也可以用来降低启动频率，保障尽可能高的电压，从而提高电能质量，实现可靠供电。

4 结语

对于电力系统动态无功优化调度的调节代价，经过科学的数学模型和科学的计算方式，使得控制设备调节次数过多而引起的调节代价达到一个几乎平衡的状态，以避免频繁的设备控制操作。总之，电力系统无功优化调度达到了提高电网安全、稳定经济运行水平，降低电压崩溃事故而引起的大规模停电风险；提高供电的电压质量；提高输电效率，最大限度降低线损；减轻监控值班人员劳动强度等效益，同时加快了电网电力调度运行从经验型、分析型调度向决策型、智能型调度前进的步伐，有效提升江津电网安全、稳定、经济运行技术水平，使电网自动化水平迈上了一个新的台阶。

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