电压无功优化控制应用平台设计

张晓斌

摘要：随着社会的不断发展，用电需求不断增加，电力系统负荷不断增加，无功需求也不断增加。当无功功率不平衡时，会导致电能质量、电压、功率因数和线损等问题。因此，实现合理的无功补偿是保证配电网安全经济运行的首要条件，关系到用户能否获得优质安全的电力。目前，我国大部分电网存在无功容量不足的问题，不仅会造成巨大的损耗，还会威胁系统的安全稳定运行。因此，分析无功补偿的优化配置原则，对提高配电网的安全运行和经济效益具有重要意义。

关键词：电压无功优化;控制应用;平台设计

1电力系统无功补偿的内容和原则

1.1内容

通过对无功功率的优化补偿，可以保证整个电力系统的运行安全。另外，保证无功功率的合理补偿是提高无功补偿的重要途径。合理选择无功补偿点可以实现整个电力系统的合理配置，为电力系统的安全稳定运行打下坚实的基础。在实际运行过程中，合理选择无功补偿和电力系统的连续优化，以防止无功的远距离传输，可以有效地控制有功和无功的损耗，为电力系统安全有效运行提供有利条件，提高经济效益。

无功规划的具体情况大致可分为以下两点：（1）无功补偿点的确定;（2）无功补偿点补偿容量的确定。应特别注意无功补偿点的合理选择将直接影响电力系统的经济性、安全性和稳定性。

1.2无功补偿原则

为了能够实现无功补偿优化的最大化，必须要合理确定补偿点。通常确定无功补偿的可以分为下面几个原则：

（1）结合电网网格结构的实际情况，有效总结其结构特点，同时合理确定中心点，以便实现有效控制其他的节点，保证整个电网全电压都处在安全范围之内。

（2） 在选择无功补偿点的过程中，必须遵循就地平衡原则，以负荷过大的节点作为无功补偿点。当线路电压等级不同时，也可采用分层平衡法，避免不同电压等级下无功功率相互流动的现象，从而在很大程度上降低无功损耗，显著提高电网运行的合理性和经济效益。实际上，无功补偿标准应始终高于0.7。

2电力系统无功优化

2.1无功优化现状

随着我国电力工业和电力系统的发展，电网电压水平有了很大的提高，但仍有许多问题需要解决。一些电网在轻载运行时经常出现高压。部分用电量大的地区电压整定超过有关部门规定，给电网安全运行造成巨大隐患。大负荷运行时，电网电压偏低，影响了大多数工业生产和居民的正常用电。另外，电力系统无功潮流不合理，不仅会增加配电线路的损耗，还会降低电网运行的稳定性和经济性。

2.2无功优化存在的问题

当前我国配电网无功优化存在以下几项问题有待解决：

（1）电力系统无功优化属于一种非线性问题，非线性问题的规划一般在进行局部收敛时可获得最佳解决方案与效果，但是如何能够跳脱出局部限制进行全局最优化有待研究;

（2）配电网线损是无功优化的最低目标函数，这可能导致最终母线电压优化解的值更接近电网电压设定的上限，但相关部门不希望这种情况在电网实际运行中出现。但是，如果降低电网电压的约束范围，则会增加收敛不良或不收敛或重复校正的风险。因此，如何将电压质量与最佳经济指标统一起来是一个亟待解决的问题;

（3）随着电力系统的发展和自动化水平的提高，对无功优化的实时性提出了更为严格的要求。如何在不受约束的情况下，在最短的时间内找到最优值，是相关部门迫切需要解决的问题之一。

2.3无功优化措施

在静态无功优化过程中，传统的优化方法是利用过去某一时刻产生的最优优化结果对电力系统设备进行下一步的优化指导，这显然是不合理和不科学的。动态无功优化可以最大限度地避免静态无功优化的缺点。一般来说，动态无功优化包括无功补偿装置优化和电压无功优化控制两部分。

2.3.1无功补偿设备优化

无功功率的产生与配电变压器、电动机、加热器等电力设备的运行有关，因此合理选择补偿装置可以有效地降低电网线路的损耗，进而提高配电质量。一般来说，电容器可以用来补偿负载引起的无功电流，于是就出现了无功补偿。简化的描述是，电网运行过程中会产生有功和无功功率，过大的无功功率会增加电网线路的损耗，但电气设备产生的负荷属于感性负荷，需要消耗无功功率才能保证运行，需要电网无功补偿才能保证感性负载水平。

2.3.2电网电压无功优化控制

首先利用调度自动化设备和系统采集各节点的遥测数据和电压合格数据，并将其作为最优控制的约束条件。同时，实现电压无功优化方案的分析和控制措施的设定，进行主变分接开关最小次数的调整，对电容器进行最合理的投切控制，达到最高电压合格率和最小网损率的优化目标，然后根据优化目标形成指令，由自动控制系统执行。

2.4平台的系统调试

系统的调试主要包括模块调试和联合优化调试两部分，以实现平台性能的优化。其中，模块调试主要是指系统软硬件调试、负载变化下的控制功能测试和异常故障下的阻塞复位调试;联合优化调试主要是指整个应用平台在各模块连接状态下的性能优化测试。

2.5整体设计思路

建立主站系统。根据各母线次日有功、无功功率曲线及开关状态信息（通过短期负荷预测得到），在整个电网节点电压允许范围内，以最小有功损耗为控制目标，计算出各VQC的控制范围（极限值）。在技术层面上，借助相对成熟的VQC装置，研究开发适合于全网优化控制和就地控制方式的VQC控制方案，即建立变电站VQC，负责变压器和电容器的状态，收集电网运行参数，以及根据电网运行参数和主站系统提供或定义的电压、无功功率限制，控制电压、无功功率。同时可以实现全网优化状态和局部状态下电压无功控制模式的切换。

2.6模块调试

根据工程应用系统的硬件配置和设计要求，调试的模块主要包括：硬件模块方面，微机线路保护装置的运行和参数整定，主要测试变压器差动保护装置和变压器后备保护装置，为系统故障闭锁和复位操作提供基本的装置条件;从装置的扩展性、灵活性、实时性和高精度测量要求出发，采样模块化的设计思想实现了系统硬件设计中的数据采集处理模块、开关量输入输出模块、人机接口模块和通信模块。在系统软件测试部分，主要从系统维护和交互需求的角度，进行系统电压无功自动控制软件的设计，充分利用和发挥硬件资源的作用，测试模块功能设计，实现数据采集和转换，控制策略实现、人机交互界面实现、数据显示和故障自锁保护等功能模块相互独立，便于今后软件的扩展和维护。其中，故障和负荷变化下的调压模块试验主要集中在关键点电压水平上，分析变压器的有载调压方式和无功补偿方式对调压试验的影响，优化控制策略的边界判断条件，精确得出电容器投切和分接调整的最佳配合动作。

2.7性能优化调试

在传统的九区图调整方法中，由于有载调压变压器分接开关和并联补偿电容器调整过于频繁，变压器和开关设备发生故障的概率很大。因此，每个变电站对分接开关的数量和电容器的调整都有严格的限制。因此，针对传统的9区图法在某些区域会使控制结果振荡的现象，以及相应装置频繁动作的缺陷，对改进后的17区图控制策略进行了试验，并对分接头调节条件和无功补偿容量进行了精细的定量建模开展。考虑到合理的电容器组采用循环切换方式，投入运行的电容器组先退出，然后为了降低电容器组的平均运行溫度，减少开关动作次数，延长其使用寿命，可以达到最佳的系统调节效果。

结束语

在社会经济快速发展的今天，供电系统的发展在我国经济发展中显得越来越重要。电力系统无功补偿和优化可以显著提高系统的电压质量和电网的功率因数，实现无功功率的平衡，不仅提高电网运行的经济效益，而且降低电网的损耗。要根据实际情况选择补偿装置和方法，达到无功补偿优化的效果。

参考文献

[1]朱晓露，曹飞翔.宿州电网无功优化现状分析[J].科技与企业，2018（04）.

[2]符树雄.电力系统的无功优化和无功补偿探探[J].科技创新与应用，2019（11）.

[3]王剑，张丹丹.工厂供电系统无功补偿技术及问题分析[J].科技创新导报，2018（05）.