淺談電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償

1、淺談電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償淺談電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)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(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)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(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)目前無(wú)功補(bǔ)償和優(yōu)化存在的問(wèn)題進(jìn)行了一定的探討和研究。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：無(wú)功優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償非線性網(wǎng)損電壓質(zhì)量1前言前言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門(mén)面臨的實(shí)際問(wèn)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(chǎng)的實(shí)行，輸電公司（電網(wǎng)公司）通過(guò)有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來(lái)更高的效益和利潤(rùn)。電力系統(tǒng)無(wú)功功率優(yōu)化和無(wú)功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功電源的合理配置和對(duì)無(wú)功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性而且可以降低有功網(wǎng)損和無(wú)功網(wǎng)損使電

3、力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。無(wú)功優(yōu)化計(jì)算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)控制變量（發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力和機(jī)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(dá)到最小。通過(guò)無(wú)功優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運(yùn)行，而且能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性完美的結(jié)合在一起，因而無(wú)功優(yōu)化的前景十分廣闊。無(wú)功補(bǔ)償可看作是無(wú)功優(yōu)化的一個(gè)子部分，即它通過(guò)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(dá)到最小。2無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類(lèi)型無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類(lèi)型2.12.1無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t在無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償中，首先要確定合適的補(bǔ)償點(diǎn)。無(wú)功負(fù)荷補(bǔ)償點(diǎn)一般按以下原則進(jìn)行確定：1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇幾個(gè)中樞點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)電壓的控制；2)根據(jù)無(wú)功就地平衡原則，選擇無(wú)功負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)。3)無(wú)功分層平衡，即避免不同電壓等級(jí)的無(wú)功相互流動(dòng)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

5、4)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)功補(bǔ)償度不應(yīng)低于部頒標(biāo)準(zhǔn)0.7的規(guī)定。2.22.2無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)念?lèi)型無(wú)功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)念?lèi)型電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償不僅包括容性無(wú)功功率的補(bǔ)償而且包括感性無(wú)功功率的補(bǔ)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(jì)在500kV每公里的容性充電功率達(dá)1.2Mvar／km。這樣就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行感性無(wú)功功率補(bǔ)償以抵消線路的容性功率。如實(shí)際上，電網(wǎng)在500kV的變電所都進(jìn)行了感性無(wú)功補(bǔ)償，并聯(lián)了高壓電抗

6、和低壓電抗，使無(wú)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(jì)算規(guī)模較大使電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化存在著一定的難度。將非線性無(wú)功優(yōu)化模型線性化求解，是一些算法的出發(fā)點(diǎn)，如基于靈敏度分析的無(wú)功優(yōu)化潮流、無(wú)功綜合優(yōu)化的線性規(guī)劃內(nèi)點(diǎn)法、帶懲罰項(xiàng)的無(wú)功優(yōu)化潮流和內(nèi)點(diǎn)法等等，以上均是通過(guò)將非線性規(guī)劃運(yùn)用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)忽略二階及以上的項(xiàng)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(guò)程中，忽略了二階及以上的項(xiàng)，其計(jì)算的收斂性得不到保證。為了提高優(yōu)化計(jì)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(xiàng)的無(wú)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(wèn)題。針對(duì)線性算法方法的不足，又提出了一些運(yùn)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(duì)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(wú)功優(yōu)化本身的特性，使計(jì)算復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，且不能保證可靠收斂。

8、為了提高收斂性和非線性的對(duì)于無(wú)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(jìn)的遺傳算法，分布計(jì)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(wú)功優(yōu)化的收斂性和計(jì)算速度，并且有些方法已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用并取得了較好的效果。但在無(wú)功優(yōu)化仍有以下一些問(wèn)題需要解決：1)由于無(wú)功優(yōu)化是非線性問(wèn)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(jìn)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(wú)功優(yōu)化時(shí)，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(shí)際運(yùn)行部門(mén)又不希望電壓接近于上限運(yùn)行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無(wú)功優(yōu)化的不收斂或者要經(jīng)過(guò)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(jì)運(yùn)行指標(biāo)相統(tǒng)一仍需進(jìn)一步研究。3)無(wú)功優(yōu)化的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。伴隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，對(duì)無(wú)功優(yōu)化的