电网自动化调度的无功电压管理与优化探究

摘要：无功多少对电压质量影响比较明显，对电网经济运行起着关键作用，因此加强电网无功管理意义非常重大。同时随着计算机技术和优化理论的迅速发展，许多研究人员致力于应用计算机来解决城市电网自动化调度问题。在以往自动化调度研究的基础上，根据电网规划中自动化调度的原则和要求，探讨了基于粒子群优化算法的电网自动化调度的无功电压管理与优化管理。

关键词：电网自动化调度；无功电压管理；粒子群优化算法

作者简介：陆晓薇（1974-），女，上海人，宁夏吴忠供电局调度通信中心，工程师。（宁夏 吴忠 751100）

中图分类号：TM714.2     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）30-0063-01

在当前我国电网大跨越的今天，自动化调度的合理性直接影响着整个电网规划的网络结构、供电质量和运行经济性，并且关系到我国经济发展的用电需求。而无功功率优化补偿提高电压质量，降低网络有功损耗意义重大。用于无功电压优化的算法主要有数学类的数值优化算法和人工智能类的启发式优化算法。其中以人工神经网络、专家系统、模糊理论、遗传算法、粒子群算法、等为代表。本文针对目前电力系统规模越来越大，节点数越来越多，传统控制方法求解越来越困难的现状，对无功电压管理进行了智能粒子群优化算法优化处理，取得了很好效果。

一、电网自动化调度的无功电压管理的要求与目的

1.电网自动化调度的无功电压管理的要求

电力系统中的输配电线路、各电压等级变压器以及用电设备，在运行中会吸收大量的无功功率，使系统的功率因数降低，造成线路电压降增大、电能损耗增加，影响着电力企业的经济效益，严重时会导致设备损坏、系统解列。因此，做好电网无功补偿设施建设管理，对于提高电压质量，保证电网安全稳定经济运行，降损节能具有重要意义。

2.电网自动化调度的无功电压管理的目的

电力系统的无功运行优化主要目的是通过合理调节发电机电压、无功设备容量、有载变压器分接头等实现系统运行状态的优化，使系统的有功损耗下降、电压质量提高、稳定性增强。无功运行优化的目标函数有很多种，其中网损最小是最常用的目标函数，也是进行各种无功电压优化控制的基础。

二、粒子群优化算法的基本原理与运算流程

随着电网规模越来越大，电网规划的数学模型也越来越复杂，这就要求采用速度更快、性能更好的算法来规划。

1.粒子群优化算法的基本原理

粒子群算法是一种基于迭代的优化方法，具有易于实现、需要调整的参数少等优点，并且在较少的迭代次数的情况下就可获得全局最优解。和遗传算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉”（Crossover）和“变异”（Mutation）操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点引起了学术界的重视，并且在解决实际问题中展示了其优越性。

2.粒子群优化算法的运算流程

粒子群优化算法模拟鸟群的捕食行为，设想这样一个场景：一群鸟在随机搜索食物。在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在那里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的就是搜寻目前离食物最近的鸟的周围区域。粒子群优化算法从这种模型中得到启示并用于解决优化问题。粒子群优化算法中，每个优化问题的解都是搜索空间中的一只鸟，我们称之为“粒子”。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值，每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。粒子群优化算法初始化为一群随机粒子。然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中，粒子通过跟踪两个“极值”来更新自己。第一个就是粒子本身所找到的最优解，这个解叫做个体极值pBest。另一个极值是整个种群目前找到的最优解，这个极值是全局极值gBest。另外也可以不用整个种群而只是用其中一部分作为粒子的邻居，那么在所有邻居中的极值就是局部极值。

三、基于粒子群优化算法的电网自动化调度的无功电压管理与优化

1.工程概况

某某地区电源主要靠大电网，由220kV变电站供电。至2010年底，地区现有110kV变电站3座，容量91.5MVA；35kV变电站9座，容量40.6MVA，10kV配变1327台，容量96.3MVA。现有中小型水电站14座，59台机组，总装机容量10680kW。其中界牌水电站10台机组，总装机容量3365kW。由于这些水电站均为20世纪60年代利用自然水资源兴建的，库容小，大多为拦河坝，受自然资源约束，发电极不稳定，主要依托大电网生存，负荷电量历史数据分析表见表1。

表1 负荷电量历史数据分析表(单位：万kW；亿kWH)

2007200820092010

最高负荷6.16.57.17.5

供电量2.222.322.412.52

从表1可以看出，全县最高负荷和供电量在“十一五”期间增长幅度较大。其中最高负荷年递增9.1%左右，供电量年递增近6.73%左右。但是在无功电压管理方面，一是有7座35kV变电站是单电源供电，供电可靠性差。二是35kV变电站布点仍然不够，不少乡镇只能靠超半径的10kV配电线路供电，这在边远乡镇尤为严重。三是35kV变电站的主变容量不够，经常要拉闸限电，既不能保证安全可靠的供电，也制约了当地的工农业生产和人民群众的生活需要。

2.改进策略

（1）根据规划容量的上下限范围，选择多个不同方案进行迭代计算，已达到多个不同方案比较，选其最优者的目的。（2）对新建调度站的初始位置采用在负载率最高的调度站附近依次随机生成，直到新建调度站个数为零的方法，便于加快整体运算速度。（3）在实际的自动化调度中采用了一种简单的边界控制策略，用以控制粒子更快回到合理的规划范围内运行。（4）针对负载率不均衡的问题，使用基于初次按最短距离进行负荷分配。（5）在新建调度站所带负荷形成的供电区域中，调整新建调度站到所属供电区域的几何中心上。

3.改进效果

经过改进后，新建调度站的负载率都在0.7的约束条件以下，绝大部分调度站的负载率在24%-81%之间，比改进前的结果有了很大的改善。

四、电网自动化调度的无功电压管理与优化配套措施

做好无功电力的规划，每年安排一定的资金，分步实施。新建项目无功建设要同步进行，考虑防止无功电力的不足。对重要的枢纽变电站设置无功自投装置，达到分组循环投切，合理补偿，适时投退，提高补偿精度。加强对高压用户自身的电容补偿装置安装指导，制定相应的管理办法，加强监督。对低压大用户，按照无功电压管理有关规定，强制安装无功补偿装置，该项工作应纳入日常的工作管理范围。经过电网改造，变电站和配电台区无功容量配置已基本满足要求，加强农业线路无功补偿显得尤为重要。做好无功电力设备的维护和管理，制订切实可行的管理办法，本着谁主管、谁负责的原则，确保无功补偿装置可投运率达到100%。通过加强农村电力网无功补偿管理，对提高农网电压质量将起到举足轻重的作用，为农村的经济的发展提供电力保障。比如某某供电公司今年先后安排了电压无功综合管理系统和电压质量自动采集系统建设，对无功设备基础和运行数据进行了采集，并对主城网58个电压监测点表计进行了更换，将原来电压数据采集方式由原IC卡式更换为无线传输、自动采集。以前每月需要至少3组工作人员奔波近4天才能完成的数据采集工作，现在一条指令即可完成，不仅大大降低了人 工抄表的工作量，同时也为及时、有针对性地开展客户端电能质量监测与分析创造了条件。该公司电压无功综合管理系统将与区域无功自动控制（AVC）系统、电能量计量（TMR）系统进行接口，实现对网内无功分布情况、设备运行情况的监测与分析，满足电力系统各层面、各专业对电能质量和无功情况的信息需求，对进一步节能降耗、提高优质服务能力有着重要意义。

电力系统无功电压综合优化控制问题一直是很多电力系统相关人员研究的问题之一，它对于有效地提高电力系统电压质量，完善电能质量，平衡系统无功分布，减少系统有功功率损失有着至关重要的作用。本文采用的基于粒子群优化算法的电网自动化调度的无功电压管理与优化试图找到可以迅速收敛，保证精度，尽量可以提供实时决策的综合控制方法，取得了很好效果，值得推广。

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（责任编辑：刘丽娜）

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