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    近年來隨著城網(wǎng)改造的深入，負(fù)荷需求的迅猛增長，電壓穩(wěn)定問題變得日益突出。而基于離線數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)無功電壓優(yōu)化手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的要求。因此，使得能夠跟蹤反映電力系統(tǒng)實時運行狀態(tài)，基于實測數(shù)據(jù)的在線電壓/無功優(yōu)化控制成為研究和應(yīng)用的熱點，受到人們越來越多的關(guān)注。

    本文介紹了一套實用化的電網(wǎng)無功優(yōu)化計算軟件。該軟件利用SCADA系統(tǒng)提供的電網(wǎng)運行的大量實時數(shù)據(jù)，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，以電網(wǎng)電能損耗最小為目標(biāo)，利用微分演化算法進行無功優(yōu)化計算分析，得到有載調(diào)壓變壓器運行的最佳檔位和電容值，從而形成有載變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)和無功補償設(shè)備投切控制指令，為電網(wǎng)經(jīng)濟運行提供了科學(xué)的依據(jù)。

    1 無功優(yōu)化計算數(shù)學(xué)模型

    簡單來說一個完整的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型應(yīng)該包括潮流（功率）約束方程、變量約束方程和目標(biāo)函數(shù)等。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)主要包括技術(shù)性能指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)兩個方面，目標(biāo)函數(shù)的確定因?qū)χ笜?biāo)的側(cè)重點要求而有所差異，主要有：電網(wǎng)的有功網(wǎng)損最小；電壓質(zhì)量最好、電壓合格率最高；變壓器分接頭和電容器投切次數(shù)最少；電網(wǎng)無功補償容量最小；系統(tǒng)總運行費用最低。

    2 基于SCADA數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化計算軟件設(shè)計與實現(xiàn)

    基于SCADA數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化計算軟件的主要設(shè)計思路是基于Windows環(huán)境、采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、以VisualC++ 6.0作為平臺研究開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口和人機界面、面向全網(wǎng)的在線電壓/無功優(yōu)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)管理工具，以電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和SCADA系統(tǒng)獲取的實時數(shù)據(jù)作為輸入，通過智能無功電壓優(yōu)化給出最佳變壓器分接頭位置及無功補償設(shè)備投切策略，用以指導(dǎo)無功優(yōu)化控制策略的制定和運行 調(diào)度 人員的工作，結(jié)果以報表的形式給出。

    2.1 遙測遙信庫

    該數(shù)據(jù)庫用來存儲SCADA系統(tǒng)采集到的電網(wǎng)各節(jié)點遙測遙信量，主要提供電網(wǎng)的實時和歷史數(shù)據(jù)，包括：開關(guān)、刀閘、斷路器狀態(tài)量；發(fā)電機、負(fù)荷、線路首末端、變壓器各側(cè)的有功負(fù)荷值、無功負(fù)荷值；各母線的電壓值；變壓器檔位值等。開關(guān)、刀閘、斷路器狀態(tài)量中的狀態(tài)量為遙信量，其余各量為遙測量，主要功能是提供電網(wǎng)運行實時狀態(tài)量，為無功優(yōu)化提供初始值。

    2.2 電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫

    該數(shù)據(jù)庫主要用來定義電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和存儲各種設(shè)備參數(shù)信息，反映電網(wǎng)設(shè)備間的物理拓?fù)溥B接關(guān)系。在進行網(wǎng)絡(luò)建模時通過調(diào)用設(shè)備參數(shù)信息提供電網(wǎng)元件的有名值或者標(biāo)么值。電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫是以EXCEL表的形式構(gòu)成的，每個表均有特定的物理含義，與實際電網(wǎng)及所屬設(shè)備相互關(guān)聯(lián)，例如LN表代表線路，包含了線路類型、線路長度、線路首末端物理節(jié)點號等相關(guān)信息，可以根據(jù)線路類型和線路長度獲得其電阻、電抗和電納參數(shù)，首末端物理節(jié)點號則反映了其物理拓?fù)溥B接關(guān)系；再如XF表代表變壓器，包含了變壓器的相關(guān)信息。

    2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K

    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ头譃殪o態(tài)拓?fù)淠Ｐ秃蛣討B(tài)拓?fù)淠Ｐ汀ｌo態(tài)模型描述電網(wǎng)設(shè)備之間的物理拓?fù)溥B接關(guān)系，一旦建立了系統(tǒng)模型，就相對穩(wěn)定，只有設(shè)備新增、變更時會引起網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓?fù)淠Ｐ偷母淖儯粍討B(tài)拓?fù)淠Ｐ蛣t隨著所有開關(guān)設(shè)備的實時運行狀態(tài)改變，它描述了設(shè)備在電氣上的連接狀態(tài)和連接方式。

    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K首先通過程序訪問電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，分析形成靜態(tài)拓?fù)淠Ｐ停瑫r進行物理節(jié)點編號并建立各元件的數(shù)學(xué)模型；然后訪問實時遙測遙信庫，通過開關(guān)、刀閘或者斷路器的唯一ID標(biāo)識讀取開關(guān)狀態(tài)，分析形成動態(tài)拓?fù)淠Ｐ停瑢⑽锢砉?jié)點編號進行優(yōu)化形成計算節(jié)點編號。

    根據(jù)電網(wǎng)中的各元件的數(shù)學(xué)模型和它們實時的聯(lián)結(jié)方式或拓?fù)潢P(guān)系，初步形成了在線實時電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。

    2.4 狀態(tài)估計模塊

    為了建立可靠的電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，狀態(tài)估計通過檢測、辨識不良數(shù)據(jù)，補充不足量測點，用以提高量測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，加強全網(wǎng)的可觀測性。狀態(tài)估計模塊主要基于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淠Ｐ停肧CADA的實時信息和電網(wǎng)的接線方式及運行狀態(tài)，估計出各母線的電壓幅值和相角及元件的功率，并根據(jù)潮流的最優(yōu)估算值進行相應(yīng)調(diào)整。至此，在線實時電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型已形成。

    2.5 電壓/無功優(yōu)化模塊

    整個無功優(yōu)化模塊的實現(xiàn)分為兩個主要子模塊：電力系統(tǒng)潮流計算子模塊和應(yīng)用微分演化算法的無功優(yōu)化求解子模塊。本文選用P-Q分解法作為潮流計算方法，采用微分演化算法進行無功優(yōu)化計算。即以電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和SCADA系統(tǒng)獲取的實時數(shù)據(jù)作為輸入，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，以電網(wǎng)電能損耗最小為目標(biāo)，通過給無功優(yōu)化算法設(shè)定初始參數(shù)，最后給出最佳變壓器分接頭位置及無功補償設(shè)備投切策略，用以指導(dǎo)無功優(yōu)化控制策略的制定和運行調(diào)度人員的工作。

    3 關(guān)鍵技術(shù)

    3.1 SCADA壞數(shù)據(jù)處理

    在實時數(shù)據(jù)的采集過程中，由于系統(tǒng)中的干擾，可能會采集到一些壞數(shù)據(jù)，如果不進行處理，將會引起錯誤的判斷和決策，并且設(shè)備數(shù)目眾多分布范圍廣泛，網(wǎng)絡(luò)接線復(fù)雜不可能對網(wǎng)絡(luò)的所有運行狀態(tài)量進行監(jiān)測，使得在實時情況下獲取的測量數(shù)據(jù)也不可避免地存在測量誤差。因此，在程序的實現(xiàn)過程中，通過加入經(jīng)驗數(shù)據(jù)項進行人工干預(yù)以增強數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。即由專家對各計算節(jié)點尤其是對缺少量測的計算節(jié)點的有功負(fù)荷值、無功負(fù)荷值、電壓值提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)，分別給出正常值和最大最小限值，如果量測信息越限，程序會自動舍棄實測數(shù)據(jù)而取專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

    3.2 EXCEL宏命令快速導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫

    電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫既可以存儲在調(diào)度中心的主機服務(wù)器上，也可以存儲在工作站上，一般為了方便維護安裝在工作站上，同遙測遙信庫一樣，利用SQL Server來進行數(shù)據(jù)管理。可是對于用戶來說，EXCEL表格是應(yīng)用最廣泛的軟件，便于推廣。然而，在填好EXCEL格式的電網(wǎng)物理參數(shù)表之后，將其導(dǎo)入到SQL Server數(shù)據(jù)庫的操作過程即繁瑣又宜出錯，不便于操作。因此，在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，利用EXCEL強大的宏功能，通過編寫代碼使這一過程變得非常簡單，只需在填寫完所有表格之后點擊一個按鈕就可快速完成將EXCEL表格導(dǎo)入到指定SQL Server數(shù)據(jù)庫的過程，大大縮短工作時間，提高工作效率。

    4 算例分析

    某地區(qū)共有220kV變電站2座，110kV變電站5座，35kV變電站22座，用戶變電站18座，電廠1座。運行在線無功電壓優(yōu)化與控制系統(tǒng)，經(jīng)分析電網(wǎng)（110kV等級）共有2個發(fā)電機節(jié)點，15個負(fù)荷節(jié)點，6條變壓器支路（均為有載調(diào)壓變壓器），26條線路；6組并聯(lián)電容補償器。

    取該地區(qū)電網(wǎng)某一時間斷面（2006年8月11日）進行無功優(yōu)化計算。優(yōu)化前后電網(wǎng)節(jié)點電壓比較圖如圖1所示。

圖1 優(yōu)化前后電網(wǎng)節(jié)點電壓比較圖

    系統(tǒng)優(yōu)化后網(wǎng)損率由8.163%降低為7.079%，網(wǎng)絡(luò)損耗有明顯降低；由圖1可以看出電網(wǎng)整體節(jié)點電壓水平有很大改善，且均在電壓限值范圍內(nèi)，提高了電壓合格率。

    5 結(jié)束語

    綜上所述，在線電壓/無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的整個控制流程符合 工程 實際運行。應(yīng)用表明，優(yōu)化結(jié)果明顯，能夠有效地降低網(wǎng)損率，保證電壓質(zhì)量，滿足電網(wǎng)經(jīng)濟 安全 運行的要求；系統(tǒng)操作界面簡單易用，方便運行人員掌握，能夠在線為運行調(diào)度人員提供無功優(yōu)化控制策略以指導(dǎo)電網(wǎng)運行；具有重要的理論價值和廣闊的應(yīng)用前景。