基于SCADA数据的地区电网无功优化计算软件
2008-07-02 10:23:24 来源：
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电力18讯：
1广东电网公司韶关供电局 2华北电力大学 3北京电力丰台供电公司 夏慧恒1 魏志连2 黄伟2 曲虹3
摘要：电压水平是电能质量的一个重要指标，做好电力系统的无功优化和控制是提高系统电压质量和稳定的重要措施之一。以SCADA系统的实时采集数据为基础，利用面向对象的VC++6.0作为开发平台，SQL Server 2000 作为数据库管理工具设计开发一套实用化的电网无功优化计算软件，并对SCADA坏数据处理以及利用EXCEL宏快速将电网基础数据导入SQL Server 2000数据库等技术进行介绍。实际应用表明该软件对电网的经济运行有显著的指导作用，系统操作界面简单易用，方便运行人员掌握，具有广阔的应用前景。
关键词：SCADA；地区电网；无功优化；EXCEL宏
中图分类号：TP311 文献标识码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0043-02
近年来随着城网改造的深入，负荷需求的迅猛增长，电压稳定问题变得日益突出。而基于离线数据的传统无功电压优化手段已经不能满足现代电力企业的要求。因此，使得能够跟踪反映电力系统实时运行状态，基于实测数据的在线电压/无功优化控制成为研究和应用的热点，受到人们越来越多的关注。
本文介绍了一套实用化的电网无功优化计算软件。该软件利用SCADA系统提供的电网运行的大量实时数据，以各节点电压合格为约束条件，以电网电能损耗最小为目标，利用微分演化算法进行无功优化计算分析，得到有载调压变压器运行的最佳档位和电容值，从而形成有载变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，为电网经济运行提供了科学的依据。
1 无功优化计算数学模型
简单来说一个完整的无功优化数学模型应该包括潮流（功率）约束方程、变量约束方程和目标函数等。电力系统无功优化的目标函数主要包括技术性能指标和经济指标两个方面，目标函数的确定因对指标的侧重点要求而有所差异，主要有：电网的有功网损最小；电压质量最好、电压合格率最高；变压器分接头和电容器投切次数最少；电网无功补偿容量最小；系统总运行费用最低。
2 基于SCADA数据的无功优化计算软件设计与实现
基于SCADA数据的无功优化计算软件的主要设计思路是基于Windows环境、采用面向对象技术、以VisualC++ 6.0作为平台研究开发具有标准输入输出接口和人机界面、面向全网的在线电压/无功优化控制系统。该系统采用SQL Server 2000数据库作为数据管理工具，以电网网络参数和SCADA系统获取的实时数据作为输入，通过智能无功电压优化给出最佳变压器分接头位置及无功补偿设备投切策略，用以指导无功优化控制策略的制定和运行调度人员的工作，结果以报表的形式给出。
2.1 遥测遥信库
该数据库用来存储SCADA系统采集到的电网各节点遥测遥信量，主要提供电网的实时和历史数据，包括：开关、刀闸、断路器状态量；发电机、负荷、线路首末端、变压器各侧的有功负荷值、无功负荷值；各母线的电压值；变压器档位值等。开关、刀闸、断路器状态量中的状态量为遥信量，其余各量为遥测量，主要功能是提供电网运行实时状态量，为无功优化提供初始值。
2.2 电网物理参数数据库
该数据库主要用来定义电网的网络结构和存储各种设备参数信息，反映电网设备间的物理拓扑连接关系。在进行网络建模时通过调用设备参数信息提供电网元件的有名值或者标么值。电网物理参数数据库是以EXCEL表的形式构成的，每个表均有特定的物理含义，与实际电网及所属设备相互关联，例如LN表代表线路，包含了线路类型、线路长度、线路首末端物理节点号等相关信息，可以根据线路类型和线路长度获得其电阻、电抗和电纳参数，首末端物理节点号则反映了其物理拓扑连接关系；再如XF表代表变压器，包含了变压器的相关信息。
2.3 网络拓扑分析模块
网络拓扑模型分为静态拓扑模型和动态拓扑模型。静态模型描述电网设备之间的物理拓扑连接关系，一旦建立了系统模型，就相对稳定，只有设备新增、变更时会引起网络静态拓扑模型的改变；动态拓扑模型则随着所有开关设备的实时运行状态改变，它描述了设备在电气上的连接状态和连接方式。
网络拓扑分析模块首先通过程序访问电网参数数据库，分析形成静态拓扑模型，同时进行物理节点编号并建立各元件的数学模型；然后访问实时遥测遥信库，通过开关、刀闸或者断路器的唯一ID标识读取开关状态，分析形成动态拓扑模型，将物理节点编号进行优化形成计算节点编号。
根据电网中的各元件的数学模型和它们实时的联结方式或拓扑关系，初步形成了在线实时电力网络数学模型。
2.4 状态估计模块
为了建立可靠的电力网络数学模型，状态估计通过检测、辨识不良数据，补充不足量测点，用以提高量测数据的可靠性和完整性，加强全网的可观测性。状态估计模块主要基于网络的拓扑模型，利用SCADA的实时信息和电网的接线方式及运行状态，估计出各母线的电压幅
1广东电网公司韶关供电局 2华北电力大学 3北京电力丰台供电公司 夏慧恒1 魏志连2 黄伟2 曲虹3
摘要：电压水平是电能质量的一个重要指标，做好电力系统的无功优化和控制是提高系统电压质量和稳定的重要措施之一。以SCADA系统的实时采集数据为基础，利用面向对象的VC++6.0作为开发平台，SQL Server 2000 作为数据库管理工具设计开发一套实用化的电网无功优化计算软件，并对SCADA坏数据处理以及利用EXCEL宏快速将电网基础数据导入SQL Server 2000数据库等技术进行介绍。实际应用表明该软件对电网的经济运行有显著的指导作用，系统操作界面简单易用，方便运行人员掌握，具有广阔的应用前景。
关键词：SCADA；地区电网；无功优化；EXCEL宏
中图分类号：TP311 文献标识码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0043-02
近年来随着城网改造的深入，负荷需求的迅猛增长，电压稳定问题变得日益突出。而基于离线数据的传统无功电压优化手段已经不能满足现代电力企业的要求。因此，使得能够跟踪反映电力系统实时运行状态，基于实测数据的在线电压/无功优化控制成为研究和应用的热点，受到人们越来越多的关注。
本文介绍了一套实用化的电网无功优化计算软件。该软件利用SCADA系统提供的电网运行的大量实时数据，以各节点电压合格为约束条件，以电网电能损耗最小为目标，利用微分演化算法进行无功优化计算分析，得到有载调压变压器运行的最佳档位和电容值，从而形成有载变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，为电网经济运行提供了科学的依据。
1 无功优化计算数学模型
简单来说一个完整的无功优化数学模型应该包括潮流（功率）约束方程、变量约束方程和目标函数等。电力系统无功优化的目标函数主要包括技术性能指标和经济指标两个方面，目标函数的确定因对指标的侧重点要求而有所差异，主要有：电网的有功网损最小；电压质量最好、电压合格率最高；变压器分接头和电容器投切次数最少；电网无功补偿容量最小；系统总运行费用最低。
2 基于SCADA数据的无功优化计算软件设计与实现
基于SCADA数据的无功优化计算软件的主要设计思路是基于Windows环境、采用面向对象技术、以VisualC++ 6.0作为平台研究开发具有标准输入输出接口和人机界面、面向全网的在线电压/无功优化控制系统。该系统采用SQL Server 2000数据库作为数据管理工具，以电网网络参数和SCADA系统获取的实时数据作为输入，通过智能无功电压优化给出最佳变压器分接头位置及无功补偿设备投切策略，用以指导无功优化控制策略的制定和运行调度人员的工作，结果以报表的形式给出。
2.1 遥测遥信库
该数据库用来存储SCADA系统采集到的电网各节点遥测遥信量，主要提供电网的实时和历史数据，包括：开关、刀闸、断路器状态量；发电机、负荷、线路首末端、变压器各侧的有功负荷值、无功负荷值；各母线的电压值；变压器档位值等。开关、刀闸、断路器状态量中的状态量为遥信量，其余各量为遥测量，主要功能是提供电网运行实时状态量，为无功优化提供初始值。
2.2 电网物理参数数据库
该数据库主要用来定义电网的网络结构和存储各种设备参数信息，反映电网设备间的物理拓扑连接关系。在进行网络建模时通过调用设备参数信息提供电网元件的有名值或者标么值。电网物理参数数据库是以EXCEL表的形式构成的，每个表均有特定的物理含义，与实际电网及所属设备相互关联，例如LN表代表线路，包含了线路类型、线路长度、线路首末端物理节点号等相关信息，可以根据线路类型和线路长度获得其电阻、电抗和电纳参数，首末端物理节点号则反映了其物理拓扑连接关系；再如XF表代表变压器，包含了变压器的相关信息。
2.3 网络拓扑分析模块
网络拓扑模型分为静态拓扑模型和动态拓扑模型。静态模型描述电网设备之间的物理拓扑连接关系，一旦建立了系统模型，就相对稳定，只有设备新增、变更时会引起网络静态拓扑模型的改变；动态拓扑模型则随着所有开关设备的实时运行状态改变，它描述了设备在电气上的连接状态和连接方式。
网络拓扑分析模块首先通过程序访问电网参数数据库，分析形成静态拓扑模型，同时进行物理节点编号并建立各元件的数学模型；然后访问实时遥测遥信库，通过开关、刀闸或者断路器的唯一ID标识读取开关状态，分析形成动态拓扑模型，将物理节点编号进行优化形成计算节点编号。
根据电网中的各元件的数学模型和它们实时的联结方式或拓扑关系，初步形成了在线实时电力网络数学模型。
2.4 状态估计模块
为了建立可靠的电力网络数学模型，状态估计通过检测、辨识不良数据，补充不足量测点，用以提高量测数据的可靠性和完整性，加强全网的可观测性。状态估计模块主要基于网络的拓扑模型，利用SCADA的实时信息和电网的接线方式及运行状态，估计出各母线的电压幅
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