电力系统动态无功优化调度的调节代价探讨

电力系统动态无功优化调度的调节代价探讨

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(国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司辽宁抚顺113005)

摘要：电力系统无功功率优化是提高系统经济性、安全性以及电能质量的重要手段。本文在电力系统计算和动态优化领域进行了一些新的探讨和尝试。内容涉及电力系统常规潮流计算、电力系统无功优化模型、遗传算法无功优化，动态无功优化等。考虑到电力系统本身是一个负荷动态变化的系统，系统中控制设备使用寿命以及运行人员劳动强度等因素的约束。鉴于此，本文主要分析电力系统动态无功优化调度的调节代价。

关键词：电力系统；动态无功优化；调度

1、电力系统无功优化研究的背景及意义

在我国，伴随着国民经济的飞速发展，电力工业近二十年取得长足的进步，也必将以更快的速度向前发展。如今，电网规模日益扩大，结构日趋复杂，电力需求的不断增长，各大电网互联程度不断增强，电力系统安全、经济运行日益受到重视。同时，随着电力体制改革的深入，竞争机制的引入，用电管理逐步市场化，用户对负荷需求、供电可靠性，以及电压质量和客户服务水平等也提出了更高的要求。

在现今社会，实现电力系统在安全可靠的前提下经济运行，不仅对国民经济具有重大意义，对国家政治也有重要影响。因此，面对日趋复杂的系统和日益增长的用户需求，如何保证电网“安全、优质、经济”运行，一直以来都是电力系统工程技术人员和学者的研究的重要课题之一。

2、电力系统动态无功优化调度

2.1、负荷分段

在电力系统中，负荷节点会以时间的变化为基础而发生连续变化，因而无法满足求解最优问题，在实际解决这一问题时，则通过将负荷分时段进行静态化，且在此过程中分段越多，则所求解就会与实际最优解更加接近，但是，随着分段数量的增加，相应的计算量也会加大，而反之则相应的计算结果的精准度则会随之弱化。因此，为了解决这一问题，则以小时为单位，实现对负荷曲线的分段处理，并以值定理来计算出相应的负荷值。

2.2、控制设备预备动作时刻

在落实设备控制动作的过程中，需要明确是要以设备最需要动作的情况下进行，而为了提升优化结果的质量，则需要将如下两种情况进行充分的考虑：第一，以静态优化为基础，实现对各时间段控制设备动作值的确定，针对动作值的大小来实现相应动作权限的分配，动作值越大，则就需要实现相应动作权限的分配；第二，在电力系统运行的过程中，相应负荷则会对网损产生极大的影响，因此，针对负荷较大的时间段，就需将更多的控制变量进行投入，以提升系统的无功补偿能力，进而为降低网损、实现稳定且安全的供电奠定基础，而这也就意味着要针对大负荷时间段进行相应动作权限的分配。

2.3、控制设备动作时刻动摇调整

第一，在明确控制设备预动作时刻的基础上，实现对各个时段有功负荷在整个优化周期内的负荷占有率的计算。第二，实现对预动作时刻表的读取，然后在对这一时间段进行无功优化计算，在此基础上，明确这一时段内允许动作的控制设备，而针对不允许动作的设备，则保持上一时刻的取值为常量，允许动作为控制变量，然后实现无功优化计算。第三，对控制设备的变化值进行重新计算，然后按照第二步骤来明确相应的优化方案；第四，对后续时间段的动作时刻进行重新判断，在此基础上判断跳出程序。

3、电力系统动态无功优化调度的调节代价

为了减小网络有功损耗，无功优化调度过多的对控制设备进行操作，从而产生调节代价，损耗电力系统相关设备。在电网运行方面。加强无功补偿装置运行管理，提高电容器可用率并合理投退无功补偿装置，确保主变功率因数运行在合格范围，优先保证电压合格率。综合来看，控制设备的调节代价主要包括以下几个方面：

首先，控制设备的调节代价对调节设备的投资，主要包括变压器的抽头调节装置、补偿装置中的断路器等。其次，调节代价仅仅只和无功优化调度相关的控制设备进行调整所产生的维护费用有关，例如，抽头调节装置的检修、换油，以及电容器组的断路器检修工作费用等。对于无功优化调度的开环控制情况，因进行无功调度会增加运行人员的工作量与工作时间，因此所产生的人工费也相对增加；而针对闭环控制的情况下，则要考虑新增设闭环控制设备所产生的成本。另外，由于对控制设备进行过多的操作而引发的变压器以及无功补偿装置的使用寿命的情况，也同样的是变相增大了调度代价。除此之外，如果继电保护装置能够正常的运行，并保证变压器等设备的损坏程度降低，仍考虑到因设备故障造成的停电损失费用等。以下举例说明一些情况对电力系统做无功补偿造成的调节代价。

假设一台变压器的成本是Ft，而其抽头调节装置的成本、允许总调节次数、从不调整时的预期寿命分别为Ftap、Tt、at。假设对于抽头调节装置的检修周期为Ta，那么经过Tt次的抽头调整后，机械的寿命将所见到a′t，如果每检修一次设备产生的费用是Ff，设在a′t时间内，因为装置故障所损失的资金为FL，每一年投入的运营人员人工费支付出FM，当在开环控制情况下，则该变压器的抽头单位调节代价为：

以上公式中出现的Fc对应的是抽头调整部分的闭环控制设备所花费的投资，ac则表示闭环控制设备的预期寿命。

上述的例子可以看出，如果不考虑设备的故障损失，针对在110kV电网的变压器抽头URC约在1.0-2.0元/次，而针对220kV中的变压器抽头URC则为1.5-2.5元/次。而如果不考虑故障损失的话，10kV无功补偿装置的投切URC则为0.5-1.2元/次，这样算来，对于电力系统的动态无功优化调度产生的调度代价是不可忽略的。

除此之外，就当前针对电力系统的动态无功优化调度而言，基本都没有考虑负荷与电压变化两者的之间的关系。也就是说，最终负荷电压的特征会因为优化计算与实际操作后的潮流有一定误差。所以，可以通过减小状态变量的允许范围，以减少不利因素的影响。此外，针对区域电压整体波动较大的情况，通过工程应用还可以提高软件的启动频率，如果是波动较为缓慢，也可以用来降低启动频率，保障尽可能高的电压，从而提高电能质量，实现可靠供电。

总之，对于电力系统动态无功优化调度的调节代价，经过科学的数学模型和科学的计算方式，使得控制设备调节次数过多而引起的调节代价达到一个几乎平衡的状态，以避免频繁的设备控制操作。总之，电力系统无功优化调度达到了提高电网安全、稳定经济运行水平，降低电压崩溃事故而引起的大规模停电风险；提高供电的电压质量；提高输电效率，最大限度降低线损；减轻监控值班人员劳动强度等效益，同时加快了电网电力调度运行从经验型、分析型调度向决策型、智能型调度前进的步伐，有效提升江津电网安全、稳定、经济运行技术水平，使电网自动化水平迈上了一个新的台阶。

参考文献：

[1]李超,崔大明,侯庆雷.关于电力系统动态无功功率优化调度的探讨[J].科技传播,2015,7(18):46+56.

[2]白强.电力系统动态无功优化调度的调节代价探讨[J].价值工程,2014,33(36):71-72.

[3]陈勇.电力系统动态无功优化分析[D].西华大学,2013.

[4]俞悦.电力系统无功优化的改进遗传算法及其程序实现[D].重庆大学,2005.

[5]张勇军,任震.电力系统动态无功优化调度的调节代价[J].电力系统自动化,2005,(02):34-38+60.