摘要: 从市区电网范围的角度，以全网网损尽量小、各节点电压合格、有载调压分接头调节次数尽量少和补偿电容器设备动作最合理为目标，进行电压无功控制，达到全网无功潮流流向最合理的效果。
1 前言
电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的十分有效的措施。
传统的电压无功控制是基于经验理论的控制模式，装设在变电站的VQC系统是基于“九区图”原理进行调整的电压无功控制系统，只能实现无功就地补偿，无法从全局网络层次上兼顾潮流的合理分布，因此，我们迫切需要一种新的调控手段提高电网系统的无功调控能力。
2003年10月在省中试领导的指导下，我们在江门组建了全省第一套区域电压无功优化控制系统（VarCS系统），利用高效稳定的计算机算法在监控中心集中对电网电压进行调控，达到预期的控制效果。
电压无功优化控制系统（VarCS系统）的总体设计就是借助现有的调度自动化系统，采集全网实时数据，以全网网损最小为目标，以各节点电压合格为约束条件，保证无功补偿设备投入最合理和变压器分接头动作次数最少的自动控制系统。它不但提高了全网各节点电压的合格率，而且对全网无功配置进行优化控制，达到全网无功潮流流向最合理，较大幅度地降低线损百分点。
由于VarCS系统的实时数据由SCADA系统转发得到，其控制命令借助现有SCADA系统的下行通道。不需要另行增加通讯设备即可解决优化控制系统通讯问题，大大降低了整个工程的工作量和资金投入。
2 VarCS主站系统的控制目标与优势
2.1 控制目标
（1）．保持区域电网所有变电站负荷侧母线电压在规定水平；
（2）．有效地利用并补及调压措施，使所有变电站无功尽可能就地平衡，减少因远距离输送无功而引起的网损，
（3）、在全网无功电压闭环控制条件下，使各变电站的电容器投入最合理和有载变压器分接头档位动作次数尽可能少。
2.2VarCS系统的优势
（1）．VarCS系统从地区电网范围的角度，以全网网损尽量小、各节点电压合格、有载调压分接头调节次数尽量少和补偿电容器设备动作最合理为目标的无功电压闭环控制系统。
（2）．VarCS系统借助于现有电网的调度自动化系统中的“四遥”功能，不必增加任何硬件设备，仅需一套软件就可以实现本网范围内所有变电站的无功电压闭环控制，节省投资。
（3）．VarCS系统采用独特的技术思路，使得在电容器、电抗器投入之前能进行电容器投入后的电压值是否越限的预算，避免了电容器投切振荡。
（4）．VarCS系统将变电站内无功功率“就地平衡”变为“全网平衡”，在不向上一级电压等级倒送无功的前提下，实现本级电力网内无功流向合理、线损率趋于最小的目标。
3 技术难点
虽然对地区电网无功电压的闭环控制目标是明确的，但是由于地区电网内各变电站的运行方式多种多样，运行情况随时间变化，分接开关的档位调整和电容器组的分组投切导致无功功率及电压的变化不连续。
（1）．常规的控制方法只能根据固定边界的无功电压运行状态采取相应的控制规则进行控制，而无功的调节边界应是受电压状态影响并在一定范围内服务于电压调节的模糊边界。
（2）．对无功电压实施控制的规则受各种因素的影响，控制规律变化多样。
（3）．由于变压器分接头和电容器组与无功电压之间的耦合关系比较复杂。
4 控制方案
4.1实时数据获取
实时数据由SCADA系统转发得到，因此优化控制系统实时数据获取速度基本上和SCADA系统保持一致，充分满足实时监控和实时计算的需要。
4.2 控制流程
进行全网无功优化控制时首先从SCADA系统获得电网数据，然后判断电压或功率因数是否越限，如果有电压或功率因数越限，则首先进入电压或功率因数校正模块处理；如果没有越限则进入全网优化模块。最后输出遥控遥调命令。其优化控制计算流程如下图所示：
对于n层与n+1层之间的树枝ij，其节点信息为
，其中
是在第n-1层中已估计的值，用节点i的信息计算出的电流为：
设第n层的节点集合为Ci，第n+1层的节点集合为Cj，则目标函数为：
约束条件为：
令
求解：
这样第n层的直接估计可得，
，可推算出
。
4.3控制规则
（1）优化的规则：建立符合全网网损尽量最小、电压合格的闭环控制判断规则。
电网中每个节点装设的补偿电容器的容量不同，其具有的电压无功控制能力也不同，节点电压变化对整个系统无功潮流的分布有明显影响。因此在某种运行状态下总有一些电压无动控制设备的调整会显著改善潮流分布，应该先控制那些对系统优化影响大的电压无功补偿设备，这样做的好处是尽量减少控制的设备，保障网络运行稳定性。
（2）优先级选择：优化目标与电容器和有载变压器分接头档位动作综合分析，以保持各变电站的无功平衡，采用循环投切的原则，减少对电容器的伤害，如果被控设备在某一时间内动作次数超过限定值，则在这一时段内禁止该设备动作。
（3）闭锁的规则：
设备闭锁的状态是由主变保护及电容器保护传递上来的，优化算法必须及时识别每个控制设备的闭锁状态。若收到被控设备故障的信号（若有载变压器滑挡、被控设备保护动作）立即闭锁；采集坏数据或遥测数据不刷新的闭锁。
4.4电压合格率、功率因数与网损间的协调
尽管在数学模型中是以网损最小为优化目标，但目前电力系统部门考核的是电压合格率和功率因数，所以，当电压功率因数越限时，必须果断终止寻优过程，直接转人灵敏度直接法的电压校正计算，并通过电容器的投切实现电压和功率因数越限的校正；当无功优化程序运行的优化效果不明显时，应当避免发遥控、遥调命令以减少补偿设备的动作次数。
4.5技术方案
（1）、电压预算。例如，某变电站因为缺无功，要投入补偿电容器，而母线电压本身已较高，如不考虑投入电容器后母线电压变化量，则盲目投入电容器有可能造成电压越上限，若此时主变分接头已调至下限，则按要求切除电容器。如此反复，造成设备“投切振荡”。为此，在对有载调压变压器分接头和电容器动作前，要进行电压预算。
（2）．网损计算。依据电力网络SCADA系统采集数据和用户提供的线路、变压器参数，计算获得地区电网中所有输电线路、变压器进行电容器补偿，变压器分接头档位调节前后的有功功率损耗，以此辅助确认对电容器投切、变压器分接头档位调节操作指令的正确性。
（3）．被控设备动作次数优化分配。统计有载调压变压器分接头和电容器的动作次数，以确保设备的动作次数不超过国家有关电力法规规定的标准。根据变电站设备的历史动作次数，优化分配当天各时段的允许动作次数，切实解决好有载调压变压器分接头和电容器的动作次数的动态优化配置。
5结语
VarCS系统较好地满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也大大减少线损，既无需改变江门调度自动化系统现有的模式，又能实施无功电压优化控制，取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 孙树勤.无功补偿的矢量控制.中国电力出版
作者：刘文旭
