配電網(wǎng)無功優(yōu)化軟件的設(shè)計(jì)

1、    配電網(wǎng)無功優(yōu)化軟件的設(shè)計(jì)    龔春妍摘要電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，穩(wěn)定的電壓對電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行有著重要的影響。因此，保證供電系統(tǒng)電壓、電流的平穩(wěn)，是提高供電質(zhì)量必要因素，在電力系統(tǒng)中，電壓質(zhì)量和無功功率有著密不可分的關(guān)系，本文就配電網(wǎng)無功優(yōu)化軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞配電網(wǎng)；無功優(yōu)化；軟件設(shè)計(jì)；穩(wěn)定中圖分類號：u665文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a一、前言當(dāng)前，大部分農(nóng)村配網(wǎng)基木采用變電站集中補(bǔ)償、桿上無功補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、用戶終端分散補(bǔ)償?shù)榷嗉墴o功補(bǔ)償模式。這些補(bǔ)償方式都是為了提高終端電壓的穩(wěn)定性，提高用戶的用電質(zhì)量。在對電壓調(diào)整的過程中，我

2、們可以利用比較先進(jìn)的計(jì)算軟件對電壓進(jìn)行調(diào)整，對配電網(wǎng)的電壓進(jìn)行控制。二、變電站電壓無功的優(yōu)化原理1、變電站電壓無功的優(yōu)化方式生產(chǎn)生活中最常接觸的是110kv變電所，所以人們對110kv變電所的電壓無功優(yōu)化比較重視，從理論上講，電壓無功的優(yōu)化具備非線性，約束條件較多。從實(shí)際角度講，通常對110kv變電站的電壓無功優(yōu)化控制從兩個(gè)方面進(jìn)行配合，包括調(diào)整負(fù)載變壓器分接頭開關(guān)以及投切并聯(lián)電容器組。2、變電站電壓無功優(yōu)化方法和目標(biāo)通常，110kv變電站，以低壓側(cè)母線電壓與主變高壓側(cè)注入的無功作為電壓無功優(yōu)化的控制目標(biāo)。由于優(yōu)化方式不同，優(yōu)化的控制目標(biāo)也會有所差異，但是對于110kv變電站，電壓無功優(yōu)化目標(biāo)

3、總結(jié)起來，都是為了提高電壓的質(zhì)量、降低電力系統(tǒng)的電壓損耗、減少補(bǔ)償變壓器與電容器分接頭的動作次數(shù)。變電站電壓無功優(yōu)化有2種控制模式，一種是電壓功率因素模式，另外一種是電壓無功功率模式。電壓功率因素模式的缺點(diǎn)是不能直接反映無功的大小，而電壓無功功率模式由于能真實(shí)反映電力系統(tǒng)的無功，并且在輕載負(fù)荷時(shí)能避免補(bǔ)償電容器的頻繁投切，在重負(fù)荷下適應(yīng)性也較強(qiáng)，因此該模式在實(shí)際中應(yīng)用廣泛。三、無功優(yōu)化技術(shù)的國內(nèi)運(yùn)用山西電力公司。山西電網(wǎng)自動電壓無功優(yōu)化系統(tǒng)（avc）自2007年12月1日起始建設(shè)，2009年5月avc系統(tǒng)正式應(yīng)用，至2012年4月13日正式完成，項(xiàng)目歷時(shí)長達(dá)4年多。在2011年12月份特高壓5

4、000兆瓦大負(fù)荷試驗(yàn)過程中很好地保障了特高壓近區(qū)電網(wǎng)的無功電壓，為特高壓擴(kuò)建工程圓滿完成提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐。截止到2012年4月9日，avc系統(tǒng)控制電廠數(shù)目共計(jì)47座，機(jī)組個(gè)數(shù)113臺，裝機(jī)容量達(dá)到36590兆瓦，占省調(diào)總裝機(jī)容量的97.02%；15座500千伏變電站全部閉環(huán)運(yùn)行，投入省地協(xié)調(diào)閉環(huán)運(yùn)行的地調(diào)數(shù)目達(dá)到6個(gè)。avc工程完成后的降損效益，依據(jù)avc系統(tǒng)下發(fā)策略、電廠和變電站側(cè)調(diào)整成功數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可平均減少網(wǎng)損6.29兆瓦，平均1天節(jié)約電能15萬千瓦時(shí)，1年節(jié)約電能5400萬千萬時(shí)，按0.5元/千瓦時(shí)的售電價(jià)計(jì)算，山西電網(wǎng)1年僅此增收節(jié)支2700萬元。四、110kv變電站的電壓無功優(yōu)化

5、控制措施110kv變電站的電壓無功優(yōu)化主要控制措施包括電容器組投切、負(fù)載調(diào)壓變壓器分接頭的調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)變壓器一側(cè)母線上的電壓，可以使母線電壓保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時(shí)考慮到設(shè)備的使用壽命，對變電站電容組的投切次數(shù)和負(fù)載調(diào)壓變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)不能過高，調(diào)節(jié)頻率也不宜過快。所以，110kv變電站電壓無功優(yōu)化過程中，應(yīng)考慮母線電壓和設(shè)備動作次數(shù)等因素，通過對母線電壓調(diào)節(jié)和設(shè)備動作次數(shù)控制進(jìn)行優(yōu)化分析，找出最優(yōu)組合方案。對110kv變電站電壓無功優(yōu)化控制措施有以下幾個(gè)方面:建立科學(xué)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；針對測得的負(fù)荷預(yù)算進(jìn)行初次分段劃分；再根據(jù)劃分結(jié)果，進(jìn)行再次優(yōu)化；最后結(jié)合兩次的優(yōu)化結(jié)構(gòu)制定變電站電壓無

6、功的優(yōu)化方案。1、優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為了能最大程度的降低電能損耗，延長設(shè)備的使用壽命，把變電站系統(tǒng)的電能損耗作為目標(biāo)函數(shù)，把電壓低壓側(cè)母線的電壓質(zhì)量和設(shè)備的動作頻率符合標(biāo)準(zhǔn)作為約束條件，通過電容器投切的調(diào)節(jié)和負(fù)載變壓器分級頭的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，建立數(shù)學(xué)模型。2、負(fù)荷分段方案對于優(yōu)化求解的負(fù)荷要求是靜止的，但電力系統(tǒng)的負(fù)荷總是在不斷的變化，所以，需要對其采用分段方案，對連續(xù)負(fù)荷采取階段式勻分，假設(shè)各個(gè)階段保持不變。負(fù)荷的分段劃分是以同一時(shí)間段負(fù)荷間離散型最小為原則，把預(yù)測日的負(fù)荷曲線進(jìn)行首尾連接。為了更好的對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，需要進(jìn)行多次劃分。五、配電網(wǎng)電壓無功實(shí)用化控制技術(shù)由于農(nóng)村配電網(wǎng)供電半徑長，負(fù)荷

7、季節(jié)性和時(shí)變性強(qiáng)，配電變壓器多，線路末端電壓很低，線路無功損耗大，對終端的電壓控制是十分必要的。為了提高供電質(zhì)量，采用了多種配電網(wǎng)無功優(yōu)化技術(shù)，首先對電壓不合格的原因進(jìn)行分析，根據(jù)產(chǎn)生的原因制定相應(yīng)措施并及時(shí)落實(shí)，通過對數(shù)據(jù)通道的修改來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制策略；或?qū)ο嚓P(guān)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，通過對采集數(shù)據(jù)分析計(jì)算，查找出影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的原因，通過軟件的優(yōu)化計(jì)算制定策略。無論通過何種方式，都要保證配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定供應(yīng)。1、配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)本研究方案以配電網(wǎng)的電壓等級及配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制技術(shù)分為三級。第一級為對農(nóng)網(wǎng)全網(wǎng)變電站調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，調(diào)控設(shè)備主要包括

8、主變有載分接頭和站內(nèi)無功補(bǔ)償；第二級為對10kv線路調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，主要包括線路自耦調(diào)壓器和柱上無功補(bǔ)償?shù)日{(diào)控設(shè)備；第三級為對10kv配變電壓器調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，主要包括配變有載分接頭及無功補(bǔ)償?shù)取?、配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目前，負(fù)荷點(diǎn)電壓的監(jiān)測不在變電站監(jiān)測功能之內(nèi)，因此，監(jiān)測點(diǎn)不能對無功越限和負(fù)荷點(diǎn)出現(xiàn)電壓進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，在電網(wǎng)運(yùn)行過程中會影響電壓質(zhì)量。在對配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)三級聯(lián)控的過程中，在線路調(diào)壓器、主變壓器、配電網(wǎng)變壓器及用戶端都安裝采集監(jiān)測電流和電壓一體的監(jiān)測裝置。對電壓和電流進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，以便出現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行處理。六、軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。在主程序中首先進(jìn)

9、行初始化，然后設(shè)置a相控制參數(shù)，在設(shè)置好參數(shù)后調(diào)出顯示和投切子程序。a相投切完畢后，再分別對b、c相進(jìn)行相同操作，完成對三相的無功功率補(bǔ)償。圖1 程序主程序設(shè)計(jì)流程圖圖2所示為顯示和投切子程序設(shè)計(jì)流程圖。首先確定某相為控制對象，單片機(jī)通過對該相電壓互感器和電流互感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，計(jì)算其功率因數(shù)。然后判斷該相的功率因數(shù)是否大于0.9，如果大于0.9則無需補(bǔ)償，如果小于0.9則通過投切電容器進(jìn)行補(bǔ)償。圖2 顯示和投切子程序設(shè)計(jì)流程圖七、存在問題目前，無功優(yōu)化仍有以下一些問題需要解決：1、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，如何求出其全局最優(yōu)解仍需進(jìn)一步研究和探討。2、由于以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，最終求得的解可能有不少母線電壓接近于電壓上限，而實(shí)際運(yùn)行部門又不希望電壓接近上限運(yùn)行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無功優(yōu)化不收斂或者要經(jīng)過反復(fù)修正、迭代才能求出解。如何將電壓質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)相統(tǒng)一仍需進(jìn)一步研究。電壓無功優(yōu)化新技術(shù)可合理調(diào)控電網(wǎng)無功，提高輸電線路功率因數(shù)，防止無功在電網(wǎng)中大規(guī)模的流動，保證電壓分區(qū)分層平衡，進(jìn)而降低線損，保障電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。結(jié)束語通過無功軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能在一定程度上提高配電網(wǎng)終端供電