電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：為了協(xié)助電力系統(tǒng)調(diào)度人員快速、合理地給出無(wú)功優(yōu)化控制方案，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)后，通過(guò)拓?fù)浣?、狀態(tài)估計(jì)、無(wú)功優(yōu)化計(jì)算，得出無(wú)功優(yōu)化控制方案。系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無(wú)功優(yōu)化 狀態(tài)估計(jì)

中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0129-01

無(wú)功優(yōu)化在保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的前提下，有效降低網(wǎng)損，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性意義重大。目前關(guān)于無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是大都是針對(duì)無(wú)功優(yōu)化算法的研究[1～3]，研究整個(gè)無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)的較少[4]，而且在功能上有待提高。為此，本文結(jié)合工程實(shí)際，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能完整的基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)，具有自動(dòng)拓?fù)浣?、狀態(tài)估計(jì)、優(yōu)化計(jì)算等功能，實(shí)用性較強(qiáng)。

1 無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)由計(jì)算平臺(tái)和圖形平臺(tái)兩大部分組成。計(jì)算平臺(tái)是系統(tǒng)的核心，具有拓?fù)浣?、狀態(tài)估計(jì)、無(wú)功優(yōu)化三大基本功能；圖形平臺(tái)是系統(tǒng)與用戶交互的界面，用于顯示電網(wǎng)接線圖及電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。計(jì)算平臺(tái)和圖形平臺(tái)間通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

（1）拓?fù)浣！?/p>

拓?fù)浣Ｗ鳛闋顟B(tài)估計(jì)和無(wú)功優(yōu)化的前提，它的準(zhǔn)確性與否對(duì)軟件的分析結(jié)果起著很重要的作用，直接影響了無(wú)功優(yōu)化計(jì)算的準(zhǔn)確性。其主要完成電網(wǎng)模型連接關(guān)系的拓?fù)湫：?、電網(wǎng)模型的拓?fù)浞治觥⒊绦驅(qū)崟r(shí)運(yùn)行遇錯(cuò)提醒幾項(xiàng)功能。

（2）狀態(tài)估計(jì)。

電力系統(tǒng)的各種遙測(cè)、遙信信息是通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)送到調(diào)度中心的，由于遠(yuǎn)動(dòng)裝置的誤差及在傳送過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)所造成的誤差，使這些數(shù)據(jù)存在不同程度的誤差和不可靠性；此外，由于量測(cè)裝置在數(shù)量上或者種類上的限制，往往不可能得到完整的、足夠的電力系統(tǒng)分析所需要的數(shù)據(jù)，狀態(tài)估計(jì)模塊就是為解決上述問(wèn)題而編制的。

（3）無(wú)功優(yōu)化。

無(wú)功優(yōu)化計(jì)算是系統(tǒng)的核心程序，該模塊主要實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際斷面的無(wú)功優(yōu)化策略及優(yōu)化效果計(jì)算，同時(shí)計(jì)算出電網(wǎng)優(yōu)化前后網(wǎng)絡(luò)損耗情況與電壓越限情況，方便調(diào)度員的調(diào)度決策。

2 無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 拓?fù)浣５膶?shí)現(xiàn)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元件（線路、變壓器、斷路器/隔離開(kāi)關(guān)等）的位置、連接關(guān)系與斷路器/隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)，確定網(wǎng)絡(luò)元件連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和帶電關(guān)系。

拓?fù)浞治鲆话憧煞譃槿齻€(gè)過(guò)程：（1）連接關(guān)系分析：根據(jù)傳導(dǎo)設(shè)備之間的連接關(guān)系，形成連接點(diǎn)模型；（2）廠站結(jié)線分析：根據(jù)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)，確定連接點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，由連接點(diǎn)模型形成拓?fù)潼c(diǎn)模型；（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析：分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潼c(diǎn)由閉合支路聯(lián)接成多少個(gè)子系統(tǒng)（拓?fù)鋶u），由拓?fù)潼c(diǎn)模型形成拓?fù)鋶u模型。對(duì)于拓?fù)浞治?，傳統(tǒng)的方法是依靠深度或者廣度搜索的策略，以搜索回溯的框架，利用堆棧記錄劃分過(guò)程。

2.2 狀態(tài)估計(jì)的實(shí)現(xiàn)

在給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、支路參數(shù)和量測(cè)系統(tǒng)的條件下，根據(jù)量測(cè)值求最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)值的計(jì)算方法稱為狀態(tài)估計(jì)算法。本系統(tǒng)采用基本加權(quán)最小二乘估計(jì)算法，該算法的估計(jì)質(zhì)量和收斂性能最好，是狀態(tài)估計(jì)的經(jīng)典解法和理論基礎(chǔ)，適應(yīng)各種類型的量測(cè)系統(tǒng)。

2.3 無(wú)功優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

基于以下假設(shè)建立無(wú)功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型：（1）系統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變；（2）認(rèn)為在無(wú)功優(yōu)化過(guò)程中，除平衡節(jié)點(diǎn)外，各節(jié)點(diǎn)的有功不變，即系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化是建立在有功優(yōu)化的基礎(chǔ)上；（3）認(rèn)為無(wú)功優(yōu)化的過(guò)程中，系統(tǒng)的頻率和負(fù)荷不發(fā)生變化，即節(jié)點(diǎn)電壓的變化對(duì)系統(tǒng)的頻率和負(fù)荷的影響可忽略。

由于電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題中，控制變量有無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入組數(shù)（容量）、可調(diào)變壓器的抽頭檔位以及發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。其中，無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入組數(shù)（容量）、可調(diào)變壓器的抽頭檔位這兩個(gè)控制變量為離散變量，而發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為連續(xù)變量，所以在處理無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題上，應(yīng)該采用結(jié)合連續(xù)與離散為一體的優(yōu)化方案。本系統(tǒng)選擇收斂性好的離散粒子群算法。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能完整的無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)，它由圖形平臺(tái)和計(jì)算平臺(tái)兩大部分組成，具有實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、拓?fù)浣?、狀態(tài)估計(jì)、無(wú)功優(yōu)化等功能。界面設(shè)計(jì)友好，為調(diào)度人員提供科學(xué)合理的無(wú)功優(yōu)化控制方案，有效輔助調(diào)度決策，具有很好的實(shí)用性。

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