配电网无功优化软件的设计

2014-12-25龚春妍

城市建设理论研究 2014年37期

龚春妍

[摘要]电压质量是电能质量的重要指标之一，稳定的电压对电力系统安全可靠运行有着重要的影响。因此，保证供电系统电压、电流的平稳，是提高供电质量必要因素，在电力系统中，电压质量和无功功率有着密不可分的关系，本文就配电网无功优化软件的设计进行探讨。

[关键词]配电网；无功优化；软件设计；稳定

中图分类号：U665文献标识码： A

一、前言

当前，大部分农村配网基木采用变电站集中补偿、杆上无功补偿、低压集中补偿、用户终端分散补偿等多级无功补偿模式。这些补偿方式都是为了提高终端电压的稳定性，提高用户的用电质量。在对电压调整的过程中，我们可以利用比较先进的计算软件对电压进行调整，对配电网的电压进行控制。

二、变电站电压无功的优化原理

1、变电站电压无功的优化方式

生产生活中最常接触的是110kV变电所，所以人们对110kV变电所的电压无功优化比较重视，从理论上讲，电压无功的优化具备非线性，约束条件较多。从实际角度讲，通常对110kV变电站的电压无功优化控制从两个方面进行配合，包括调整负载变压器分接头开关以及投切并联电容器组。

2、变电站电压无功优化方法和目标

通常，110kV变电站，以低压侧母线电压与主变高压侧注入的无功作为电压无功优化的控制目标。由于优化方式不同，优化的控制目标也会有所差异，但是对于110kV变电站，电压无功优化目标总结起来，都是为了提高电压的质量、降低电力系统的电压损耗、减少补偿变压器与电容器分接头的动作次数。变电站电压无功优化有2种控制模式，一种是电压——功率因素模式，另外一种是电压——无功功率模式。电压——功率因素模式的缺点是不能直接反映无功的大小，而电压——无功功率模式由于能真实反映电力系统的无功，并且在轻载负荷时能避免补偿电容器的频繁投切，在重负荷下适应性也较强，因此该模式在实际中应用广泛。

三、无功优化技术的国内运用

山西电力公司。山西电网自动电压无功优化系统（AVC）自2007年12月1日起始建设，2009年5月AVC系统正式应用，至2012年4月13日正式完成，项目历时长达4年多。在2011年12月份特高压5000兆瓦大负荷试验过程中很好地保障了特高压近区电网的无功电压，为特高压扩建工程圆满完成提供了坚强的技术支撑。截止到2012年4月9日，AVC系统控制电厂数目共计47座，机组个数113台，装机容量达到36590兆瓦，占省调总装机容量的97.02%；15座500千伏变电站全部闭环运行，投入省地协调闭环运行的地调数目达到6个。AVC工程完成后的降损效益，依据AVC系统下发策略、电厂和变电站侧调整成功数据统计，可平均减少网损6.29兆瓦，平均1天节约电能15万千瓦时，1年节约电能5400万千万时，按0.5元/千瓦时的售电价计算，山西电网1年仅此增收节支2700万元。

四、110kV变电站的电压无功优化控制措施

110kV变电站的电压无功优化主要控制措施包括电容器组投切、负载调压变压器分接头的调节。通过调节变压器一侧母线上的电压，可以使母线电压保持在标准范围内，同时考虑到设备的使用寿命，对变电站电容组的投切次数和负载调压变压器分接头的调节次数不能过高，调节频率也不宜过快。所以，110kV变电站电压无功优化过程中，应考虑母线电压和设备动作次数等因素，通过对母线电压调节和设备动作次数控制进行优化分析，找出最优组合方案。对110kV变电站电压无功优化控制措施有以下几个方面:建立科学的优化数学模型；针对测得的负荷预算进行初次分段划分；再根据划分结果，进行再次优化；最后结合两次的优化结构制定变电站电压无功的优化方案。

1、优化数学模型

为了能最大程度的降低电能损耗，延长设备的使用寿命，把变电站系统的电能损耗作为目标函数，把电压低压侧母线的电压质量和设备的动作频率符合标准作为约束条件，通过电容器投切的调节和负载变压器分级头的调节进行控制，建立数学模型。

2、负荷分段方案

对于优化求解的负荷要求是静止的，但电力系统的负荷总是在不断的变化，所以，需要对其采用分段方案，对连续负荷采取阶段式匀分，假设各个阶段保持不变。负荷的分段划分是以同一时间段负荷间离散型最小为原则，把预测日的负荷曲线进行首尾连接。为了更好的对目标函数进行优化，需要进行多次划分。

五、配电网电压无功实用化控制技术

由于农村配电网供电半径长，负荷季节性和时变性强，配电变压器多，线路末端电压很低，线路无功损耗大，对终端的电压控制是十分必要的。为了提高供电质量，采用了多种配电网无功优化技术，首先对电压不合格的原因进行分析，根据产生的原因制定相应措施并及时落实，通过对数据通道的修改来实现稳定的控制策略；或对相关电网运行数据进行采集和分析，通过对采集数据分析计算，查找出影响电网稳定运行的原因，通过软件的优化计算制定策略。无论通过何种方式，都要保证配电网电压的稳定供应。

1、配电网电压无功优化控制结构

本研究方案以配电网的电压等级及配电网网架结构的特点，将配电网电压无功优化控制技术分为三级。第一级为对农网全网变电站调控设备进行控制，调控设备主要包括主变有载分接头和站内无功补偿；第二级为对10kV线路调控设备进行控制，主要包括线路自耦调压器和柱上无功补偿等调控设备；第三级为对10kV配变电压器调控设备进行控制，主要包括配变有载分接头及无功补偿等。

2、配电网电压无功优化控制技术的实现

目前，负荷点电压的监测不在变电站监测功能之内，因此，监测点不能对无功越限和负荷点出现电压进行及时的调整，在电网运行过程中会影响电压质量。在对配电网实现三级联控的过程中，在线路调压器、主变压器、配电网变压器及用户端都安装采集监测电流和电压一体的监测装置。对电压和电流进行准确监测，以便出现异常情况及时进行处理。

六、软件设计

主程序设计流程图如图1所示。在主程序中首先进行初始化，然后设置A相控制参数，在设置好参数后调出显示和投切子程序。A相投切完毕后，再分别对B、C相进行相同操作，完成对三相的无功功率补偿。

图1 程序主程序设计流程图

图2所示为显示和投切子程序设计流程图。首先确定某相为控制对象，单片机通过对该相电压互感器和电流互感器采集的数据进行分析、处理，计算其功率因数。然后判断该相的功率因数是否大于0.9，如果大于0.9则无需补偿，如果小于0.9则通过投切电容器进行补偿。

图2 显示和投切子程序设计流程图

七、存在问题

目前，无功优化仍有以下一些问题需要解决：

1、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、由于以网损最小为目标函数，最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压上限，而实际运行部门又不希望电压接近上限运行。如果将电压约束范围变小，可能造成无功优化不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。

电压无功优化新技术可合理调控电网无功，提高输电线路功率因数，防止无功在电网中大规模的流动，保证电压分区分层平衡，进而降低线损，保障电力系统运行稳定性及经济性具有重要的意义。

结束语

通过无功软件的优化设计，能在一定程度上提高配电网终端供电的稳定性，提高用户的用电质量，为电气的稳定运行提供保障。