电网无功补偿科学配置与优化控制的一体化研究

王勇杰

摘 要：文章根据市、县（区）供电主网络的电能质量和无功功率平衡分析出发，以提高市、县（区）供电网电压合格率水平、降低电网运行的损耗为目的，研究制定适合于市、县（区）供电网的无功补偿设备科学配置标准和方法，以及供电网无功电压优化协调控制策略，实现市、县（区）一体化联合优化控制和结果闭环反馈的控制结构，最大程度上实时满足无功平衡要求，对提高地区供电网的经济运行水平具有重要贡献。

关键词：一体化；无功补偿；配置；优化控制

引言

电力系统无功平衡系关乎电网安全、可靠运行的关键环节，而市、县区供电网覆盖的是广大低压配电网，其电压质量的好坏与民生息息相关。如何更好地开展电网电压无功优化控制，来适应大规模电网的发展，以及对电能质量监管的提升，是电网管理者不断思考和持续改进的重要职责。单个变电站装设无功补偿装置，实现电压无功的局部优化控制，这是电网对“点”的需求，而要实现整个电网电压无功的全局优化控制，则是电网对“面”的高层次需求。

1 地区电网无功电压分析与计算

地区电网无功电压分析从市调度中心EMS系统和各县域公司EMS系统导出的数据搭建地区电网主网最高峰负荷状态下的数据平台。EMS系统数据库中导出的数据主要包括各种电气设备的参数、网络结构、各机组的出力和电压、补偿设备的投入情况、与区外的功率交换等。县域EMS系统中导出的数据有变电站中低压侧的负荷数据和补偿电容的投入情况。根据提供的220kV变电站中、低压侧的负荷比例，将高压侧负荷数据分摊到中、低压侧。将所有的数据进行检查，剔除坏数据，整理成PSASP6.2软件所要求的格式，导入PSASP6.2软件数据库中。通过节点类型设置和调试，生成了基于PSASP潮流计算数据包。通过对负荷增长方式、发电机出力方式的合理设置，生成了基于PSASP软件的电压稳定计算数据包。最后，利用PSASP软件，对地区网正常、故障下的潮流，静、暂态电压稳定和无功优化配置进行计算，并通过软件提供的灵敏度指标，确定地区电网可能存在的相对薄弱环节，从而对新形势下地区电网的电压稳定水平进行客观的评价。

2 一体化无功补偿优化配置

电网的负荷是实时波动变化的，对无功功率的需求也是动态的过程。首先，从无功功率的动态变化分析入手，开展单日的无功补偿分析；其次，引入到长期无功补偿配置分析。以最少操作模式与最优配置覆盖原则，实现无功补偿需求概率分布曲线上的最优覆盖。

2.1 站内优化配置计算方法

无功补偿优化配置计算模块包含了无功补偿优化配置计算模块的优化方法，其特征在于：步骤1，计算各时段无功补偿容量需求，列出需求队列；步骤2，将元素按大小排序排列；步骤3，删除1%的最大值；步骤4，根据实际需求设定运算精度和无功补偿需求台数；步骤5，运用穷举法求出所有无功补偿设备组合的覆盖率；步骤6，最优化结果为覆盖率最大的组合，若覆盖率相同，则取容量差较小的组合。

2.2 全网协同优化配置

无功电压协调优化配置协调开展全面历史数据分析，查询220kV至35kV变电站的无功功率补偿需求。按照网络拓扑关系，从终端站开始按照单站无功配置优化方法优化配置电容器或电抗器。每个终端站配置好后，重新计算上级变电站的无功补偿需求；不断迭代直到所有站都配置完成。

3 市、县（区）电网电压无功一体化优化控制

市、县（区）供电网电压无功一体化控制基本出发点是实现全局的优化控制策略，以网损最小为目标，通过采集各变电站无功补偿设备、变压器分接头运行信息，开展以节点电压满足合格率要求为约束的最优潮流计算，通过联合调整各“点”的无功补偿调节设备等措施，达到电压无功的全局优化，保证电网电压满足合格率水平。电压无功优化控制的执行可以采用分层控制或集中控制，以适应不同电网的需求和实际条件的限制。

按照无功补偿“分层分区、就地平衡”原则，市、县（区）供电网电压无功一体化控制系统设计为协调层和执行层结构，原理上实现分层控制、分散协调一体化优化控制，满足电网调控运行基本原则。

执行层为第一级控制，运行于各变电站内，接受协调层控制命令，实现独立控制无功补偿设备，并将动作后结果反馈协调层；协调层为第二级控制，运行于调度控制中心，相当于系统的“首脑”，开展优化控制分析及稳态整定值控制。

变电站执行层需按照电压整定值，自动调整变压器有载分解开关或投切无功补偿设备，而定值和策略的的整定由协调层负责管理。调控中心协调层具备完善的市、县（区）供电网模型，依次开展无功优化计算，并给定各枢纽结点电压整定值。在异常情况下，各子站VQC装置可依据分散控制原理独立完成当地的电压无功控制。协调层和电网、执行层和电网形成两层的闭环控制结构。

协调层电压无功的优化计算以网络损耗最小化原则，优化控制结果综合考虑母线电压合格率、各元件稳定等约束条件。

4 结束语

国家电网公司已全面完成“三集五大”管理模式的改革，各地区所有的110kV变电站由原来的县域归属运行，全部上划至市供电公司调中心统一集中监控运行，电网的运行管理由分块模式调整至整体模式。新形势下，地县一体化模式的无功补偿优化配置与控制运行尤显迫切和重要，也可为其他地区的相关方面的研究提供借鉴意义。

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