論輻射式電網無功電壓

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摘要：

本文介紹一種適合于輻射式電網無功電壓優化集中控制的實用方法。這種方法避免對網絡進行潮流計算，依據專家系統產生式規則，結合模糊理論的原理，形成系統規則庫，推理無功電壓優化集中控制的結論，達到實用、高效、能在線應用的目的。

1引言

線損是反映供電企業管理水平和經濟效益的重要指標，減少線路無功負荷的輸送、實現無功負荷的就地平衡是降低線損的重要手段；電壓是電能質量的一個重要指標，是供電企業優質服務水平的重要體現。同時，線損指標和電壓合格率也是建設一流供電企業的必備條件和重要考核指標。因此，通過對無功電壓的優化控制以減少網絡損耗、提高電壓質量，具有特別重要的意義。

變電站電壓無功控制的目標是控制低壓母線電壓和流經主變壓器的無功潮流。一方面，有載調壓分接頭通常用來維持二次側電壓在額定電壓的附近，當電壓越限時，相應地調節分接頭；另一方面，根據主變流過的無功來決定電容器的投切。在這種控制策略下，電容器和有載變壓器分接頭被單獨使用來分別控制流經主變壓器的無功潮流盡可能小和母線二次側電壓盡量維持在期望電壓值的附近。然而投切電容器會影響母線電壓且引起分接頭的動作太多，調節有載變壓器分接頭也會影響系統的無功潮流。這樣，有必要協調電容器投切和分接頭調節。近年來，隨著變電站綜合自動化的發展，母線電壓、流過主變壓器的有功和無功、電容器的開/合狀態、有載變壓器的分接頭位置可以連續地監測和記錄，利用這些數據可以實時優化控制分接頭位置和電容器狀態。

本文介紹Power2000型“電網無功電壓優化控制綜合管理系統”，該系統采用專家系統和模糊理論來體現電壓無功優化控制的規則，而不對網絡進行潮流計算，從實用性角度出發，是實現無功電壓優化控制調節的新方法。

2無功電壓優化控制模型

輻射電網無功電壓控制模型需要考慮到1天24小時內電網中所有變電站二次母線電壓盡可能接近給定值(10pu)，同時電網網損盡可能小。除了各節點電壓的上、下限約束外，由于頻繁調節變壓器分接頭和投切電容器會降低它們的壽命期望值，約束條件中還考慮到了最大允許變壓器分接頭調節次數和電容器投切次數。輻射電網無功電壓控制模型如下：

(1)

(i=1,2,…24小時，j=1,2,…n；n為電網中同時具有有載調壓變壓器和電容器的變電所個數。)

(2)

約束條件為：

公式(2)中：J1是為了保證一天24小時內某變電站二次母線電壓盡可能保持在給定值(10－107pu)附近；J2是為了保證流經主變無功潮流盡可能小，從而使主變損耗得到降低；J3是為了使得變壓器分接頭動作次數盡可能小；J4是為了使得電容器動作次數盡可能小。

為了獲得理想的優化控制結果，采取專家系統和模糊理論來找到一個合適的電容器投切和分接頭調節的調度方案，以致電網中n個變電所的二次側母線電壓和主變無功潮流達到滿意程度。硬約束條件包括n個變電所的變壓器分接頭一天最大允許動作次數KT，電容器最大允許投切次數KC，節點電壓限制，即所有節點(根節點除外)電壓都不能越上限Vmax(107pu)和下限Vmin(10pu)，主變無功潮流允許并實現倒送不超過某一指定值。

3模糊系統及應用

模糊系統是專家系統與模糊理論的結合。一般地講，專家系統是一個具有大量專門知識與經驗的程序系統，它根據某個領域的專家提供的知識與經驗進行推理和判斷，模擬專家的決策過程，以解決那些需要專家決策的復雜問題。而模糊理論是將經典集合理論模糊化，并引入語言變量和近似推理的模糊邏輯，具有完整的推理體系的智能技術。

本文采用的知識表示方式是產生式規則的系統，即把主變壓器分接頭調節、電容器動作以及運行人員的經驗用規則表示出來，形成調度的專家系統知識庫，進而根據電網SCADA系統提供的實時信息對知識庫進行推理，獲得電壓無功優化控制的結論。

產生式規則用于表示具有因果關系的知識，其基本形式如下：

IFPTHENQ

其中：P代表一組前提或狀態，Q代表若干結論或動作。其含義是如果前提P得以滿足，即為“真”，則可得出結論Q或Q所規定的動作。

為方便述說，下面舉幾個例子，可以更清楚地理解產生式規則記錄形式化的原理和過程。

例如在系統規則庫有如下規則集：

(1)前提：實施全網優化調節電壓，獲得以最少的變壓器分接開關調節次數，達到了最大面積地提高電壓合格率，避免了多變電所多主變同時調節主變分接開關引起的分接開關調節振蕩。

狀態：假設無功功率流向合理，當某變電所低壓側母線電壓偏離合格范圍時；

結論：分析同電源同電壓級變電所和上級變電所電壓情況，自行決定是調節本變電所主變分接開關檔位還是調節上級電源變電所主變分接開關檔位。

(2)前提：實現全網調節無功補償，最大限度地實現無功功率分層平衡和就地平衡。

狀態：假定地區電力網內各級變電所電壓處在合格范圍之內，

結論：在不向上一級電壓等級電網倒送無功的前提下，實現本級電力網內無功流向合理，允許并實現無功功率倒送。

(3)前提：實現無功電壓綜合控制，確保電容器最大投入。

狀態：當變電所母線電壓偏高時，

動作：先調低主變分接開關檔位，達不到要求時，再切電容器；

狀態：當變電所母線電壓偏低時，

動作：先投電容器，再調升主變分接開關檔位。

由于專家系統的容錯能力較差，在某些前提下很難取得明顯的結論。本文引入模糊理論，將專家系統與模糊理論結合起來，對知識進行模糊推理得以改善，增強處理不正確性的能力。本文中給出了輻射電網無功電壓控制模型中各個模糊變量的隸屬函數，而在系統規則集的設計過程中結合各個模糊變量的隸屬函數，推理出一個滿意的結論。

4實例分析

目前，輻射式地區電網無功電壓優化集中控制系統已在山東泗水縣電力局使用，運行穩定、動作準確。下面就該局運行所帶來的效益加以分析，以證明系統的正確性和實用性。

泗水電網包括1個220kV變電所、2個110kV變電所、6個35kV變電站，從2001年12月開始，其無功電壓全部由Power2000型“電網無功電壓優化控制綜合管理系統”控制運行。此控制更有利于全網無功補償容量的合理使用，保證了電容器的最大投入，輸電網損大幅度下降。

①降低線損

現統計2002年1－3月網損，并與去年同期相比較，結果列表如下：

從上表統計結果看出，今年1－3月份比去年同期共計節電5589萬千瓦時，全年累推節電約22356萬千瓦時，約合人民幣8495萬元。

本控制系統如果大面積推廣，其降損效益是可想而知的。

②提高用戶電壓合格率

本控制系統運行調節以電壓合格為約束條件，最大范圍地保證了電壓合格率。

從列表看出，變電所A點電壓合格率的提高，促成了用戶端B、C、D電壓合格率的提高。

③設備運行狀態分析

(1)、由于實施全網優化調節電壓，主變分接開關調節次數由以前的每臺每天平均10次，降低到目前的每臺每天平均5次，電壓合格率提高118個百分比點。

實施電壓偏上、偏下限運行后，主變分接開關調節次數每臺每天平均8次。

(2)、由于實施全網無功補償容量調節和電壓無功綜合優化控制，變電所10kV電容器每臺每天投切次數由以前的平均2次增加到現在的平均4次。實現了無功功率分層和就地平衡，提高了地區受電力率。泗水電網峰期力率由以前的091提高到目前的097。

5結論

Power200型“電網無功電壓優化控制綜合管理系統”以實現全網最小網損為目標，通過調度自動化系統，在基于SCADA實時數據的基礎上，在線控制各變電站的有載調壓變壓器的分接頭調節、電容器的投退。該系統最終可控制28座變電站，完全滿足一般縣局的需求，且相對投資較低，變電站現場無需改動接線，減少了維護量。應用結果表明，該方法是有效的，具有良好的實用價值和推廣前景。