论辐射式电网无功电压
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摘要：
本文介绍一种适合于辐射式电网无功电压优化集中控制的实用方法。这种方法避免对网络进行潮流计算，依据专家系统产生式规则，结合模糊理论的原理，形成系统规则库，推理无功电压优化集中控制的结论，达到实用、高效、能在线应用的目的。
1引言
线损是反映供电企业管理水平和经济效益的重要指标，减少线路无功负荷的输送、实现无功负荷的就地平衡是降低线损的重要手段；电压是电能质量的一个重要指标，是供电企业优质服务水平的重要体现。同时，线损指标和电压合格率也是建设一流供电企业的必备条件和重要考核指标。因此，通过对无功电压的优化控制以减少网络损耗、提高电压质量，具有特别重要的意义。
变电站电压无功控制的目标是控制低压母线电压和流经主变压器的无功潮流。一方面，有载调压分接头通常用来维持二次侧电压在额定电压的附近，当电压越限时，相应地调节分接头；另一方面，根据主变流过的无功来决定电容器的投切。在这种控制策略下，电容器和有载变压器分接头被单独使用来分别控制流经主变压器的无功潮流尽可能小和母线二次侧电压尽量维持在期望电压值的附近。然而投切电容器会影响母线电压且引起分接头的动作太多，调节有载变压器分接头也会影响系统的无功潮流。这样，有必要协调电容器投切和分接头调节。近年来，随着变电站综合自动化的发展，母线电压、流过主变压器的有功和无功、电容器的开/合状态、有载变压器的分接头位置可以连续地监测和记录，利用这些数据可以实时优化控制分接头位置和电容器状态。
本文介绍Power2000型“电网无功电压优化控制综合管理系统”，该系统采用专家系统和模糊理论来体现电压无功优化控制的规则，而不对网络进行潮流计算，从实用性角度出发，是实现无功电压优化控制调节的新方法。
2无功电压优化控制模型
辐射电网无功电压控制模型需要考虑到1天24小时内电网中所有变电站二次母线电压尽可能接近给定值(10pu)，同时电网网损尽可能小。除了各节点电压的上、下限约束外，由于频繁调节变压器分接头和投切电容器会降低它们的寿命期望值，约束条件中还考虑到了最大允许变压器分接头调节次数和电容器投切次数。辐射电网无功电压控制模型如下：
(1)
(i=1,2,…24小时，j=1,2,…n；n为电网中同时具有有载调压变压器和电容器的变电所个数。)
(2)
约束条件为：
公式(2)中：J1是为了保证一天24小时内某变电站二次母线电压尽可能保持在给定值(10－107pu)附近；J2是为了保证流经主变无功潮流尽可能小，从而使主变损耗得到降低；J3是为了使得变压器分接头动作次数尽可能小；J4是为了使得电容器动作次数尽可能小。
为了获得理想的优化控制结果，采取专家系统和模糊理论来找到一个合适的电容器投切和分接头调节的调度方案，以致电网中n个变电所的二次侧母线电压和主变无功潮流达到满意程度。硬约束条件包括n个变电所的变压器分接头一天最大允许动作次数KT，电容器最大允许投切次数KC，节点电压限制，即所有节点(根节点除外)电压都不能越上限Vmax(107pu)和下限Vmin(10pu)，主变无功潮流允许并实现倒送不超过某一指定值。
3模糊系统及应用
模糊系统是专家系统与模糊理论的结合。一般地讲，专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，它根据某个领域的专家提供的知识与经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以解决那些需要专家决策的复杂问题。而模糊理论是将经典集合理论模糊化，并引入语言变量和近似推理的模糊逻辑，具有完整的推理体系的智能技术。
本文采用的知识表示方式是产生式规则的系统，即把主变压器分接头调节、电容器动作以及运行人员的经验用规则表示出来，形成调度的专家系统知识库，进而根据电网SCADA系统提供的实时信息对知识库进行推理，获得电压无功优化控制的结论。
产生式规则用于表示具有因果关系的知识，其基本形式如下：
IFPTHENQ
其中：P代表一组前提或状态，Q代表若干结论或动作。其含义是如果前提P得以满足，即为“真”，则可得出结论Q或Q所规定的动作。
为方便述说，下面举几个例子，可以更清楚地理解产生式规则记录形式化的原理和过程。
例如在系统规则库有如下规则集：
(1)前提：实施全网优化调节电压，获得以最少的变压器分接开关调节次数，达到了最大面积地提高电压合格率，避免了多变电所多主变同时调节主变分接开关引起的分接开关调节振荡。
状态：假设无功功率流向合理，当某变电所低压侧母线电压偏离合格范围时；
结论：分析同电源同电压级变电所和上级变电所电压情况，自行决定是调节本变电所主变分接开关档位还是调节上级电源变电所主变分接开关档位。
(2)前提：实现全网调节无功补偿，最大限度地实现无功功率分层平衡和就地平衡。
状态：假定地区电力网内各级变电所电压处在合格范围之内，
结论：在不向上一级电压等级电网倒送无功的前提下，实现本级电力网内无功流向合理，允许并实现无功功率倒送。
(3)前提：实现无功电压综合控制，确保电容器最大投入。
状态：当变电所母线电压偏高时，
动作：先调低主变分接开关档位，达不到要求时，再切电容器；
状态：当变电所母线电压偏低时，
动作：先投电容器，再调升主变分接开关档位。
由于专家系统的容错能力较差，在某些前提下很难取得明显的结论。本文引入模糊理论，将专家系统与模糊理论结合起来，对知识进行模糊推理得以改善，增强处理不正确性的能力。本文中给出了辐射电网无功电压控制模型中各个模糊变量的隶属函数，而在系统规则集的设计过程中结合各个模糊变量的隶属函数，推理出一个满意的结论。
4实例分析
目前，辐射式地区电网无功电压优化集中控制系统已在山东泗水县电力局使用，运行稳定、动作准确。下面就该局运行所带来的效益加以分析，以证明系统的正确性和实用性。
泗水电网包括1个220kV变电所、2个110kV变电所、6个35kV变电站，从2001年12月开始，其无功电压全部由Power2000型“电网无功电压优化控制综合管理系统”控制运行。此控制更有利于全网无功补偿容量的合理使用，保证了电容器的最大投入，输电网损大幅度下降。
①降低线损
现统计2002年1－3月网损，并与去年同期相比较，结果列表如下：
从上表统计结果看出，今年1－3月份比去年同期共计节电5589万千瓦时，全年累推节电约22356万千瓦时，约合人民币8495万元。
本控制系统如果大面积推广，其降损效益是可想而知的。
②提高用户电压合格率
本控制系统运行调节以电压合格为约束条件，最大范围地保证了电压合格率。
从列表看出，变电所A点电压合格率的提高，促成了用户端B、C、D电压合格率的提高。
③设备运行状态分析
(1)、由于实施全网优化调节电压，主变分接开关调节次数由以前的每台每天平均10次，降低到目前的每台每天平均5次，电压合格率提高118个百分比点。
实施电压偏上、偏下限运行后，主变分接开关调节次数每台每天平均8次。
(2)、由于实施全网无功补偿容量调节和电压无功综合优化控制，变电所10kV电容器每台每天投切次数由以前的平均2次增加到现在的平均4次。实现了无功功率分层和就地平衡，提高了地区受电力率。泗水电网峰期力率由以前的091提高到目前的097。
5结论
Power200型“电网无功电压优化控制综合管理系统”以实现全网最小网损为目标，通过调度自动化系统，在基于SCADA实时数据的基础上，在线控制各变电站的有载调压变压器的分接头调节、电容器的投退。该系统最终可控制28座变电站，完全满足一般县局的需求，且相对投资较低，变电站现场无需改动接线，减少了维护量。应用结果表明，该方法是有效的，具有良好的实用价值和推广前景。