淺談電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償

1、淺談電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償淺談電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償王正風(fēng)王正風(fēng)徐先勇徐先勇摘要：摘要：電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償是提高系統(tǒng)運行電壓，減小網(wǎng)損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。本文對當(dāng)前國內(nèi)外的無功優(yōu)化和無功補償進行了總結(jié)，對目前無功補償和優(yōu)化存在的問題進行了一定的探討和研究。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：無功優(yōu)化無功補償非線性網(wǎng)損電壓質(zhì)量1前言前言隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟運行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系

2、統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性是電力系統(tǒng)運行部門面臨的實際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實行，輸電公司（電網(wǎng)公司）通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損使電

3、力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟運行。無功優(yōu)化計算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量（發(fā)電機的無功出力和機端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調(diào)節(jié)）使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達到最小。通過無功優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運行，而且能取得可觀的經(jīng)濟效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性完美的結(jié)合在一起，因而無功優(yōu)化的前景十分廣闊。無功補償可看作是無功優(yōu)化的一個子部分，即它通過調(diào)節(jié)電容器的安裝位置和電容器的容量

4、，使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達到最小。2無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t和類型無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t和類型2.12.1無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t無功優(yōu)化和補償?shù)脑瓌t在無功優(yōu)化和無功補償中，首先要確定合適的補償點。無功負荷補償點一般按以下原則進行確定：1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點，選擇幾個中樞點以實現(xiàn)對其他節(jié)點電壓的控制；2)根據(jù)無功就地平衡原則，選擇無功負荷較大的節(jié)點。3)無功分層平衡，即避免不同電壓等級的無功相互流動，以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

5、4)網(wǎng)絡(luò)中無功補償度不應(yīng)低于部頒標(biāo)準(zhǔn)0.7的規(guī)定。2.22.2無功優(yōu)化和補償?shù)念愋酮o功優(yōu)化和補償?shù)念愋酮る娏ο到y(tǒng)的無功補償不僅包括容性無功功率的補償而且包括感性無功功率的補償。在超高壓輸電線路中(500kV及以上)，由于線路的容性充電功率很大，據(jù)統(tǒng)計在500kV每公里的容性充電功率達1.2Mvar／km。這樣就必須對系統(tǒng)進行感性無功功率補償以抵消線路的容性功率。如實際上，電網(wǎng)在500kV的變電所都進行了感性無功補償，并聯(lián)了高壓電抗

6、和低壓電抗，使無功在500kV電網(wǎng)平衡。3.23.2優(yōu)化算法優(yōu)化算法由于電力系統(tǒng)的非線性、約束的多樣性、連續(xù)變量和離散變量混合性和計算規(guī)模較大使電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化存在著一定的難度。將非線性無功優(yōu)化模型線性化求解，是一些算法的出發(fā)點，如基于靈敏度分析的無功優(yōu)化潮流、無功綜合優(yōu)化的線性規(guī)劃內(nèi)點法、帶懲罰項的無功優(yōu)化潮流和內(nèi)點法等等，以上均是通過將非線性規(guī)劃運用泰勒級數(shù)展開忽略二階及以上的項建立線性化模型求得優(yōu)化解。這些方法由于在線性化

7、的過程中，忽略了二階及以上的項，其計算的收斂性得不到保證。為了提高優(yōu)化計算的收斂性，又提出了將罰函數(shù)的思想引入線性規(guī)劃提出了帶懲罰項的無功優(yōu)化潮流模型與算法，使依從變量的越限消除或減小到最低限度。但它不能從根本上結(jié)局線性化后的不收斂問題。針對線性算法方法的不足，又提出了一些運用非線性算法，混合整數(shù)規(guī)劃、約束多面體法和非線性原對偶算法等等。盡管這些方法能在理論上找到最優(yōu)解，但由于無功優(yōu)化本身的特性，使計算復(fù)雜、費時，且不能保證可靠收斂。

8、為了提高收斂性和非線性的對于無功優(yōu)化中的離散變量(變壓器分接頭的調(diào)節(jié)，電容器組的投切)的處理，基于人工智能的新方法，相繼提出了遺傳算法，Tabu搜索法，啟發(fā)式算法，改進的遺傳算法，分布計算的遺傳算法和摸似退火算法等等，這些算法在一定的程度上提高了無功優(yōu)化的收斂性和計算速度，并且有些方法已經(jīng)投入實際應(yīng)用并取得了較好的效果。但在無功優(yōu)化仍有以下一些問題需要解決：1)由于無功優(yōu)化是非線性問題，而非線性規(guī)劃常常收斂在局部最優(yōu)解，如何

9、求出其全局最優(yōu)解仍需進一步研究和探討。2)由于以網(wǎng)損為最小的目標(biāo)函數(shù)，它本身是電壓平方的函數(shù)，在求解無功優(yōu)化時，最終求得的解可能有不少母線電壓接近于電壓的上限，而在實際運行部門又不希望電壓接近于上限運行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無功優(yōu)化的不收斂或者要經(jīng)過反復(fù)修正、迭代才能求出解(需人為的改變局部約束條件)。如何將電壓質(zhì)量和經(jīng)濟運行指標(biāo)相統(tǒng)一仍需進一步研究。3)無功優(yōu)化的實時性問題。伴隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，對無功優(yōu)化的