江门电网电压无功优化控制系统

1 前言

电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的十分有效的措施。

传统的电压无功控制是基于经验理论的控制模式，装设在变电站的VQC系统是基于“九区图”原理进行调整的电压无功控制系统，只能实现无功就地补偿，无法从全局网络层次上兼顾潮流的合理分布，因此，我们迫切需要一种新的调控手段提高电网系统的无功调控能力。

2003年10月在省中试领导的指导下，我们在江门组建了全省第一套区域电压无功优化控制系统（VarCS系统），利用高效稳定的计算机算法在监控中心集中对电网电压进行调控，达到预期的控制效果。

电压无功优化控制系统（VarCS系统）的总体设计就是借助现有的调度自动化系统，采集全网实时数据，以全网网损最小为目标，以各节点电压合格为约束条件，保证无功补偿设备投入最合理和变压器分接头动作次数最少的自动控制系统。它不但提高了全网各节点电压的合格率，而且对全网无功配置进行优化控制，达到全网无功潮流流向最合理，较大幅度地降低线损百分点。

由于VarCS系统的实时数据由SCADA系统转发得到，其控制命令借助现有SCADA系统的下行通道。不需要另行增加通讯设备即可解决优化控制系统通讯问题，大大降低了整个工程的工作量和资金投入。

2 VarCS主站系统的控制目标与优势

2.1 控制目标

（1）．保持区域电网所有变电站负荷侧母线电压在规定水平；

（2）．有效地利用并补及调压措施，使所有变电站无功尽可能就地平衡，减少因远距离输送无功而引起的网损，

（3）、在全网无功电压闭环控制条件下，使各变电站的电容器投入最合理和有载变压器分接头档位动作次数尽可能少。

2.2VarCS系统的优势

（1）．VarCS系统从地区电网范围的角度，以全网网损尽量小、各节点电压合格、有载调压分接头调节次数尽量少和补偿电容器设备动作最合理为目标的无功电压闭环控制系统。

（2）．VarCS系统借助于现有电网的调度自动化系统中的“四遥”功能，不必增加任何硬件设备，仅需一套软件就可以实现本网范围内所有变电站的无功电压闭环控制，节省投资。

（3）．VarCS系统采用独特的技术思路，使得在电容器、电抗器投入之前能进行电容器投入后的电压值是否越限的预算，避免了电容器投切振荡。

（4）．VarCS系统将变电站内无功功率“就地平衡”变为“全网平衡”，在不向上一级电压等级倒送无功的前提下，实现本级电力网内无功流向合理、线损率趋于最小的目标。

3 技术难点

虽然对地区电网无功电压的闭环控制目标是明确的，但是由于地区电网内各变电站的运行方式多种多样，运行情况随时间变化，分接开关的档位调整和电容器组的分组投切导致无功功率及电压的变化不连续。

（1）．常规的控制方法只能根据固定边界的无功电压运行状态采取相应的控制规则进行控制，而无功的调节边界应是受电压状态影响并在一定范围内服务于电压调节的模糊边界。

（2）．对无功电压实施控制的规则受各种因素的影响，控制规律变化多样。

（3）．由于变压器分接头和电容器组与无功电压之间的耦合关系比较复杂。

4 控制方案

4.1实时数据获取

实时数据由SCADA系统转发得到，因此优化控制系统实时数据获取速度基本上和SCADA系统保持一致，充分满足实时监控和实时计算的需要。

4.2 控制流程

进行全网无功优化控制时首先从SCADA系统获得电网数据，然后判断电压或功率因数是否越限，如果有电压或功率因数越限，则首先进入电压或功率因数校正模块处理；如果没有越限则进入全网优化模块。最后输出遥控遥调命令。其优化控制计算流程如下图所示：

对于n层与n+1层之间的树枝ij，其节点信息为，其中是在第n-1层中已估计的值，用节点i的信息计算出的电流为：

设第n层的节点集合为Ci，第n+1层的节点集合为Cj，则目标函数为：