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1、电网无功优化原则电网无功优化是在以系统网损最小为目的函数前提下，通过优化计算得到无功最优潮流，最优无功潮流对于发电厂来说体现为最优无功出力，对于变电所则是无功最优负荷。无功优化成果规定了各个节点优化电压，在此电压下运营才干实现系统处在最优无功潮流状态。电网无功调节原则是“分层分区，就地平衡”，即避免无功在线路中流动，实现无功就地消耗和补偿。将无功就地平衡作为AVC运营基本原则，事实上就体现了无功优化规定。当不能实现无功就地平衡时，应实行无功就近平衡原则，无功就近平衡不是指在地理位置分布上就近平衡，而是指无功在由电气联系比较强节点构成区域内平衡。对于一种受控点来讲，可以通过电压无功敏捷度分析办法
2、来拟定离该点电气距离近来若干个无功可控点。按照电气距离近无功可控站点优先调节原则，依次调节其无功出力对电压受控点进行控制，就是无功就近平衡体现。AVC在应用电压敏捷度分析办法时，充分运用电网运营实时潮流数据，可以随时对任何一种电压受控点列出对其进行无功调节站点优先顺序，这个优先顺序按照电气距离离电压受控点近者优先调节原则在无功可控点间进行排序，然后按照这个顺序依次调节无功电源，最后使得电压受控点电压得到控制。由于电网负荷总是在不断地变化，电网各个站点无功平衡状态也许随时被打破，因而电网无功优化必要不间断地进行。在电网无功优化中，AVC系统将会把优化得到各个站点无功分量转换成各个站点相应电压，各
3、个站点以此电压为控制目的协调该区域内无功资源出力，而不是直接将无功分量作为控制指标下发给各个子站调节，这样就避免了由各个站点不同工况、无功资源配备和其她调节引起约束。总之，AVC采用电网无功优化技术注重是最后控制效果，而不是控制过程。只要各个站点电压满足了无功优化得到最优电压控制目的，自然会满足全网整体无功优化布局规定，至于各个站点内部无功电压如何进行调节，就由各站点本地AVC子站系统二级电压控制来解决。地区电网电压无功控制自动电压控制（Automatic Voltage Control-AVC）是第27届中华人民共和国电网调度运营会议上提出当代电网调度新技术发展方向之一。电力系统无功电压控制
4、是保证当代电力系统正常运营必要保障，由于电压与无功关系密切，维持系统电压水平要通过安装足够无功电源和无功补偿装置以弥补系统负荷无功需求与传播线路无功损耗。而对电压控制也重要通过控制无功功率产生、流动和消耗来实现。无功功率控制原则是“分层分区，就地平衡”，即尽量减少无功功率在线路上流动以避免由此引起电压质量和电能损耗问题。合理地运用系统无功补偿容量和调节能力，严格保证系统在正常状况下和故障后各中枢节点电压处在正常水平，才干保障电网安全稳定运营。变电站电压无功功率综合控制是一种多变量、强耦合复杂非线性控制问题，受到了电压、武功、时间、负荷率、负荷电压静态特性、运营方式、OLTC分接头档位和电容器组
5、投切状态等诸多因素影响，其控制规律难以用精准数学模型来描述。7.1电压控制基本方式二级电压控制原理二级电压控制是分层电压控制中最重要一环，其重要任务是协调控制区域无功电源和电压控制设备，使得区域内无功不向外部流动。二级电压控制基本概念二级电压控制作为联系三级电压控制与一级电压控制中间环节，按照一定协调控制规律，对区域内各一级电压控制装置控制器提供整定值，从而平衡系统无功流动和电压波动。二级电压控制需要将整个电力系统按照电气距离远近划分为若干个控制区域，而二级电压控制目的即是这些分区之间电气距离相对较远，近似实现了电气解耦，从而使得无功更好地就地平衡。每一种二级电压控制区域中都要选定一种中枢节点
6、，中枢节点选取原则是该节点电压变化可以反映整个区域内所有负荷节点电压变化状况，并且当整个区域负荷电压水平受干扰发生变化后，主导节点电压恢复可以带动其她节点电压恢复至正常水平。整个二级电压控制目的就是该中枢节点电压按照三级电压控制层经最优潮流计算所分派电压参照值稳定运营。第三级中电压控制算法第三级电压控制作为最高一层电压控制，以全网经济运营为优化目的，并考虑各种安全稳定性指标，通过优化算法最后给出各区域中枢母线幅值最优参照值。第三级电压控制事实上就是一种最优潮流，只但是其目的函数和约束条件比较特殊。老式经济调度是指系统发电量与负荷需求不平衡时，将功率缺额优化地分派给各发电机组，从而达到全系统燃料
7、消耗量或发电费用最小。这种经济调度事实上就是电网调频，只涉及了有功功率优化调度，而没有对有功、无功进行协调优化，因而优化成果也许会破坏系统安全约束。并且，由于经济调度只考虑了系统运营经济性，对静态安全性注重局限性，容易引起系统安全隐患问题。最优潮流是同步考虑了静态安全性和运营经济性一种优化问题，它以数学规划为基本模型，可以解决大量等式和不等式约束。与老式经济调度办法相比，它将安全与经济等问题综合地用统一数学模型来描述，从而把经济调度和安全监控有效地结合起来。作为电网调度高档管理目的，最优潮流已逐渐成为能量管理系统EMS核心软件之一。一、 最优潮流数学模型最优潮流数学模型可以描述成如下非线性规划
8、原则型：式中： u为控制变量；x为状态变量；h为潮流方程；g为不等式约束。1. 控制变量和状态变量最优潮流控制变量往往是与实际电气控制设备相相应；而别的变量都由控制变量拟定，称为状态变量。系统运营状态由控制变量和状态变量来拟定。常用控制变量涉及：（1） 有功出力为， ，为有功电源总数。（2） 有功出力为， ，为无功电源总数。（3） 有功出力为， ，为无功电源总数。（4） 有载调压变压器变比，。（5） 并联电容器组投切状态。最常用状态变量涉及：（1） 节点电压幅值，（2） 节点电压相角，其中若无功电源电压视为控制变量，则相应可视为状态变量；此外电压相角中有一参照相角，为节点数。2. 目的函数目的
9、函数可以是任何一种有物理意义标量函数。不同目的函数可以按特定应用目定义。最常用目的函数有:（1） 发电机运营费用极小化（2） 有功网损极小化（3） 最小偏移目的函数最优潮流问题尚有其她类型目的函数，如控制设备调节量最小，无功规划时有时还可以以投资费用和运营费用总和最小为目的。3. 等式约束最优潮流等式约束即节点潮流方程：是列向量中第S个分量。4. 不等式约束不等式约束分为关于控制变量、状态变量不等式约束和关于变量函数不等式约束。简朴变量不等式约束有：（1） 有功电源出力上下限约束： （2） 无功电源出力上下限约束： （3） 有载调压变压器变比上下限约束： （4） 节点电压幅值上下限约束： 常用
10、函数不等式约束涉及：（1） 线路首末两端节点电压相角差限制：（2） 输电线路电流或视在功率限制：（3） 线路有功潮流限制：（4） 线路无功潮流限制： 目的函数与约束条件不同组合方式就构成了侧重点不同最优潮流问题。二、最优潮流交叉逼近算法此算法运用了电力系统中普遍存在有功与无功弱耦合关系，依照凸对偶和某些对偶理论，创立了一套先进有功无功解耦交叉逼近最优潮流算法。以和代表与有功和无功关系密切变量，则普通最优最优潮流问题即可描述为：重要涉及发电机有功出力和节点电压相角；重要涉及无功电源出力、节点电压幅值V和有载调压变压器变比t；和分别为节点、无功潮流方程；和分别为与有功分量、无功分量关系密切不等式约
11、束条件。老式变电站电压无功功率自动控制装置变电站电压无功功率综合控制是一种多变量、强耦合复杂非线性控制问题，受到电压、无功、时间、负荷率、负荷电压静态特性、运营方式、OLTC分接头档位和电容器组状态等诸多因素影响。其控制规律难以用精准数学模型描述。1. VQC控制目的及控制模式变电站电压无功综合控制系统普通取主变低压侧母线电压和主变高压侧注入无功功率作为电压、无功考察指标，详细控制目的为“保证电压质量合格，在无功基本平衡前提下，尽量减少有载调压变压器分接头调节次数和并联补偿电容器组投切次数”。VQC控制对象是有载调压变压器分接头和并联电容器组投切开关。VQC控制目的（一） 保证电压质量合格主变
12、低压侧母线电压必要满足：（,为规定母线电压上下限值），并尽量使负荷端电压偏差达到最小值。电力系统运营时由于负荷波动性和运营方式变化，母线电压也会随之发生变化，因而会容许各个电压中枢点电压有一定偏移范畴，例如10kV及如下三相供电电压容许偏差为额定电压（GB 12325-1990电能质量供电电压容许偏差）。（二） 维持无功基本平衡，使系统功率损耗尽量减小为了保证电压合格，就必要保证系统无功分层平衡，使通过变压器无功功率尽量减小。从变电站电压无功控制层面来看，普通规定主变高压侧注入无功功率必要满足：， 越接近0越好，普通状况下应使流入变电站无功功率不不大于0，即不发生无功功率到送。（三） 尽量减少
13、控制对象动作次数，特别是减少有载调压变压器分接头调节次数变压器在电网中具备极其重要地位，应对其进行重点保护。在调节有载调压变压器分接头时，由于会浮现短时匝间短路产生电弧，不但会对分接头机械和电气性能产生影响，另一方面也会严重影响变压器油性能。经验表白，有载调压变压器80%故障时由于有载调压变压器分接头引起，因而各个变电站都严格设立了有载调压变压器日最大调节次数（普通110kV变压器为10次，35kV变压器为20次）；并对总动作次数作出了限制，普通规定分接头动作次数3000次后必要停电检修。此外，为了维护电容器组性能和使用寿命，变电站对电容器组日最大投切次数也作出了限制。2. VQC电压无功基本
14、控制规律VQC通过调节有载调压变压器分接头和投切电容器组来实现对变电站低压侧母线电压和高压侧无功功率调节，调档和投切电容器对变电站电压和无功均会产生一定影响，因而VQC是一种多参数、强耦合复杂非线性控制问题。将变电站各顾客负荷用等值综合负荷来表达，系统等值电路如图所示：图中，表达变电站综合负荷（滞后功率因数）；变压器为无阻抗抱负变压器；为系统综合阻抗；忽视线路和变压器并联支路，归算至低压侧系统总阻抗为：假定在某时刻VQC装置动作不会引起由图中可得：设投入运营并联电容器额定容量为,额定电压为，则电容器电纳:故并联电容器实际发出无功功率代入式有从而可以得到：由于稳定运营系统中，功角很小可以不计，因
15、而可以忽视电压降落纵分量。并且在高压电网中由于，故可以忽视。则：按此式可以求出主变高压侧无功功率。 一、 有载调压变压器1 老式“九区图”控制方略九区图控制方略是依照变电站当前运营方式，运用实时监测电压及无功（或功率因数）两个鉴别量构成变电站综合自动控制方略，综合逻辑判据是基于给出电压和无功上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区，各个区域相应不同控制方略，依照监测实时电压、无功，鉴定当前变电站运营在哪个控制区，再依照相应控制方略对分接头和电容器组进行控制，以实现实时无功补偿，优化无功潮流分布，提高全网各节点电压合格率，减少网损，从而获得较好经济效益。其中，5区是满足规定抱负区间，不需要任何调节，其她各个区间运营参数都不满足条件，必要依照各个区间实际状况进行调节，以最优控制控制顺序和电压无功设备组合使运营点进入无功、电压均满足规定第5区。电压控制按照逆调压原则，当电压U超过电压曲线容许范畴或Q超过其容许范畴时，依照整定偏移量发出电容器投切指令或变压器分接头调节指令，从而达到调节电压和无功潮流目。各区动作方案如下：变电站电压无功功率自动控制（VQC）九区图1区：电压超上限，无功超下限（功率因数超
