地区电网无功控制优化的特点

无功功率的平衡比有功功率的平衡局限性更大。有功功率的平衡为全网平衡，而无功功率的平衡为分层分区平衡。所谓分层，是指按电网电压等级，即网络的传输能力大小，将电力系统划分为由上至下的若干个结构层次。电力系统的分区是一个电力概念，是对电力系统组成部分的一种认识，它不能与地理的行政分区概念相混淆。按照分区的概念，一个大的电力系统是以受端系统为核心，包括远方电源在内的一个供需平衡或基本平衡（当与外系统相联络时）的区域。在每一个受端系统的内部，实际上是以最高级电压线路为骨干网络组成的区域系统，并以其枢纽变电站为中心，用次一级电压线路将附近的负荷和地区电源连接在一起，成为一个独立的供电子系统。依此类推，就形成了由上而下的辐射状的分区结构。如图2-2所示为某地区电网接线示意图。

图2-2 地区电网接线示意图

目前，我国省级及以上电网以500kV/220kV电压等级为主网架，以环网运行。地区电网由高中低三级配电网络组成，以110kV/35kV电压等级为主网架。地区电网运行的基本模式是：以220kV变电所的高压侧母线为受电点，经过变压形成辐射状供电网络（见图2-3），为其供电的110kV/35kV变电所提供电源。如果把220kV变电所及其供电的110kV/35kV变电所组成的电网称为地区电网的一个辐射状供电区域，那么地区电网中虽然管辖有若干个这样的区域，但是这些区域之间只有通过省级电网才能发生电气联系，区域之间没有其他直接的联系。

我国部分地区电网仍然采用分散调整的方式实施无功/电压控制，即在各变电站内利用本身所具有的无功资源对变电站电压实施无功控制。比较常用的方法是根据系统当前的运行状态在九区域图上所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头档位或者投切电容器，从而保证一定的电压合格率和功率因数。这种方法相对较为简单，但是难以完全实现全范围的无功/电压最优控制。就单个变电站而言，提高了电压合格率和电容器利用率，但是在二级有载调压电网会出现电压频繁调整，容易造成电压调节不合理的现象。

随着城市电网改造的进行，越来越多电网中使用了有载调压分接开关和电容器补偿装置。为了充分发挥此类设备的作用，必须从当前的人工调节方式转变为利用专家决策系统进行自动调节的方式。随着调度自动化系统的日益普及，如能在此基础上进行功能的再扩充，发展电网闭环无功控制系统，不但可以提高系统的电压合格率，降低系统网损，而且可以使经济效益变得更加明显。

图2-3 典型地区电网结构图(www.xing528.com)

目前在我国地区电网中进行无功/电压优化控制，具有如下特点：

1）220kV及以上省级电网通常以环网方式运行，地区电网通常以环网接线，辐射状方式运行，即开环运行。

2）以220kV变电站为电源点，为下面若干个110kV/35kV变电站供电，形成分区、分片供电的网架结构。这种电网结构自然形成了无功/电压控制的分区，有利于无功/电压的分区控制。

3）无功/电压优化控制的控制目标中，对母线电压合格率和主变压器一次绕组的功率因数合格率的考核比较严格，系统网损则次之。

4）作为控制手段的设备，电容器和主变压器有载调节分接头，每天动作次数和两次动作之间的间隔时间都有限制。

要实现全网的无功/电压优化控制，就必须从中获取全局的数据信息，通过网络拓扑和状态估计得到网络的确切信息，再通过专用的无功优化软件进行优化计算，得出控制方案，并通过专用通道下发控制命令。无功优化是依据实时信息，通过合理地调整发电机机端电压、投切无功补偿设备以及改变变压器分接头位置，可以有效地提高电压合格率、改善电能质量、降低电网运行损耗，使电网时刻处在良好的运行状态，减少甚至避免电压不稳定事故的发生，其潜在的经济效益和社会效益重大。无功优化控制集安全性和经济性为一体，实现了安全约束下的经济性控制。此外，随着无人值班变电站的推广，传统的依赖现场运行人员操作的开环控制方式困难越来越大，无功优化系统的使用可以减轻调度人员的工作负担，对提高现代大电网的运行质量和自动化水平具有非常重要的现实意义。

无功优化系统利用系统提供的电网运行的大量实时数据，以各节点电压合格为约束条件，以电网电能损耗最小为目标，利用传统算法或者现代智能优化算法进行无功优化计算分析，得到有载调压变压器运行的最佳档位和电容器的最佳投入容量，从而形成有载变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，为电网经济运行提供了科学的依据。