地区电网无功优化实时控制系统的研究与开发

　　0 引言

　　随着地区电网的不断发展，电网结构日趋复杂，用户对于电能质量的要求也日益提高。随着电力市场机制的引入，采取有效手段降低网损、改善系统电压水平，已经成为直接关系电力企业自身经济效益的课题。电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的十分有效的措施，因此一直得到电力系统运行人员和研究人员的重视[1，2]。

　　我国目前大多数地区电网采用分散调整的方式实施无功电压控制，即在各变电站内利用本身所具有的无功资源实施对变电站电压/无功控制，比较常用的方法是根据系统当前的运行状态在九区域图上所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数[3]。这种方法相对简单，但是难以完全实现全范围的无功电压最优控制。就单个站而言，提高了电压合格率和电容器利用率，但是在二级有载调压电网会出现电压频繁调整，容易造成电压调节不合理现象。

　　随着城网改造的进行，越来越多的电网中的有载调压分接开关和电容器补偿装置投入使用。为了充分发挥此类设备的作用，必须从当前的人工调节方式转变为利用专家决策系统进行自动调节的方式。随着调度自动化系统(SCADA/EMS)的日益普及，如能在此基础上进行功能的再扩充，发展电网闭环无功控制系统，不但可以提高系统的电压合格率，降低系统网损，而且可以使SCADA/EMS的效益变得更加明显、直观。

　　1 系统结构

　　本文研究和开发的地区电网无功优化及实时控制系统基于EMS的状态估计和在线潮流功能。SCADA将实时的数据断面发送给EMS，在状态估计和在线潮流运行之后，EMS利用遗传算法求解整个电网的无功优化问题，并根据优化解给出控制方案，再通过SCADA系统的下行命令通道执行优化控制方案，完成闭环控制。系统结构的示意图如图1所示。

　　在本系统中，最关键的有以下两部分：①无功优化的核心算法，用来给出一个优化控制方案;②实时控制部分，用来解决如何执行优化算法所给出的控制方案的问题。在系统的设计上，一方面利用 SCADA的“四遥”功能，来完成数据的采集和控制方案的执行;另一方面利用EMS的状态估计和在线潮流功能，来进行全网的潮流分析，在此基础上，完成以降低网损和减少越限为目标的无功优化计算。这样，综合了这两套系统各自的优势，可以更加充分地发挥现有调度自动化系统的功能。这套系统可以存在开环控制和闭环控制两种运行方式。在开环控制情况下，系统给出优化方案，供调度人员参考。调度人员可以根据自己的经验，在优化方案基础上手工进行无功电压控制，整个过程需要调度员的人工干预。经过一段时间的磨合，在整个系统开环工作正确的前提下，系统可以转入闭环控制，即给出方案后直接下达SCADA执行，整个过程不需要调度人员进行干预。