电力系统无功优化研究

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基于分解的智能优化算法在电力系统无功优化中的仿真研究

ｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｔｈｅｔａｒｇｅｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｍｕｍａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓｅｓ＆ｍｉｎｉｍｕｍｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｓｔｓ．ＭＯＥＡＤ
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＯＥＡＤｉｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
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一
ＫＡＮＧＪｉａｎ．ＺＨＯＵＱｉｎｇ－ｑｉｎｇ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＯＥＡＤ；ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｍｕｌｔｉ — ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
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待优化的目标函数。把啉为目标空问。如果有向量
提出的基于分解的多目标进化算法（Ｍｕｌｔｉ — ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓａｍｕｌｔｉ — ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅｍｕｌｔｉ — ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

电力系统无功优化技术浅析

民营科技２０１３年第９期
科技论坛
电力系统无功优化技术浅析
方子帆 ’ 傅强１，２
（１、三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌４４３００２；２、国网重庆市电力公司检修分公司，重庆４０４０００）
摘要：在我国大力发展智能电网的时期，对于变电站的智能化有了很高的要求。现结合笔者实际工程经验，首先介绍了我国变电站智能化和数值化技术的特点，分析了目前国内外较新的综合自动化技术，指出智能化变电站是变电站自动化技术发展的必然方向。
功优化工作。万州供电局目前覆盖辖区内所有２２０ｋＶ、１１０ｋＶ、３５ｋＶ变电站和供电营业所已基本建设完成。而电力系统节点电压对整个系统的安全稳定运行具有重要影响，如何自动地对电压进行调节控制，
就显得非常必要。源自网络技术的发展，以及发电厂、变电站自动化的普及，使电网实现统一３无功优化的优缺点的ＡＶＣ有了可能，而ＡＶＣ系统的应用也是电网无功综合控制技术基于ＡＶＣ技术的无功优化有以下特点：１）ＡＶＣ是电网自动调度的重要手段。的重要功能，大大降低调度工作的劳动强度，实现电压调度的自动化，当前国际上应用比较多的电压分级控制方案包括三个层次：一提高电压质量，保证信息社会对高质量电能的需求。２）实现无功的经级电压控制（ＰｉｒｍａｒｙＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏ１），二级电压控制（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ济调度，同时降低网损，提高电网的经济运行指标。电力市场改革后厂ＶｏｈａｇｅＣｏｎｔｒｏ１）和三级电压控制（ＴｅａｉａｒｙＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏ１）。网分离，将是输电网络提高经济运行的主要手段。３）提高电网电压运２无功优化技术的国内运用行水平，保证足够的、快速的无功备用，提高电网运行的稳定。

电力系统电压无功优化介绍

电力系统电压无功优化介绍电力系统电压/ 无功优化控制是指在保证满足运行约束的同时，用尽量少的无功投入（或尽量少的无功补偿设备投资），最大限度地改善电压质量、降低网损。

电力系统电压无功优化控制主要是通过调整发电机的端电压、变压器分接头位置、无功补偿设备等手段来实现的。

电力系统电压/无功优化问题分成规划和运行优化与控制两类。

规划问题计算无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量，以达到节省投资费用的目的。

运行优化与控制问题认为无功补偿设备的配置已定，需要根据实际负荷的变化，确定无功补偿设备的投切方案和变压器分接头位置等，以达到在满足电压质量要求的情况下，网损最小，或能耗最小，或运行费用最小的目的。

1、目前存在的问题首先，过分强调主站功能,对站端监控装置缺乏重视。

目前投入运行的地区电网无功优化系统的控制过程是：通过SCADA系统收集信息，由主站根据分析结果发出控制命令，通过站端监控装置执行。

站端监控装置只要实现四遥功能即可，即站端监控装置本身不具备分析功能。

其次，信息量采集不全,尤其是主变档位信号。

2、解决方案2.1 站端监控装置的问题站端监控装置应该是一个有多输入/多输出的闭环系统。

该系统需要连续地对各母线电压和主变各侧电流进行交流采样，计算出电压、有功功率、无功功率和功率因数，分析电压水平和无功平衡状况。

同时采集变电站内相关断路器和隔离开关的状态信息，能够在失去上级控制后，分析本变电站运行方式和结线状况，得出投切电容器组、调节分接头开关档位的控制策略，达到保证电压合格率和无功就地平衡的目的。

对站端执行机构的基本要求如下：(1)数据精度和准确性要对采集到的数据进行数字滤波处理，以及真伪判断等抗干扰措施，保证进入策略的数据正确无误。

(2)控制策略正确、合理分析电压、有功功率、无功功率、功率因数，以及变电站运行方式和结线状况，确定符合当时运行方式的控制策略。

(3)延长控制设备的使用寿命保证对控制设备的动作次数不能超过限值，同时要使动作次数尽量地少。

电力系统无功优化算法的探讨

一
个展望。
关键词：电力系统
无功优化
优化模型
优化算法
数值方法
人工智能
中图分类号：ＴＭ７４４１３｝０２ — Ｏ３３－０５
－Ｉ１ｌｅＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｂｏｕｔＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍ
ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓａｎｏｎｌｎｅｉａｒｎｄａｍｉｘｅｄｐｒｏｂｌｅｍｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉ￣ｓｏｆＳＯｍａｎｙｖａｉｒａｂｌｅｓｎｄａｃｏｎｓｔｒａｎｔｉｓ，ｉｔｍａｋｅｓｈｅｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅａｃｉｔｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂｅｃｏｍｅｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｅｔｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉａｔｚｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｉｃｆｎｃａｅｔｏｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｒｉｇｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｎｔｉｒｏｄｕｃｅｓｈｅｔｅｘｉｓｔｉｎｇｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｍｉｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｎｉｄｅｔａｉｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｎｕｍｅｉｃｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｒｔｉｉｆｃｉａｌｎｔｉｅｌｌｉｇｅｎｃｅａｌｇｏｉｔｒｈｍａｎｄｈｙｂｉｄｒｏｐｔｉｍｉａｔｚｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍ，ｎｄａｈｅｔｒｉｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅａｄｖｎｔａａｇｅｓｎｄａ

配电网无功优化补偿的研究分析

１配电网无功优化补偿的重要意义
电力系统中对无功的需求主要来自变压器和线路的无功损
也大大提高了配电网运行的经济性。（）以有效地削减配电网的无功潮流，得无功潮流的分布３可使
减轻了变压器和输电线路的负担。耗、电动机的无功负荷，发电机和各类无功补偿装置则是无功电而更加合理，
源的主要来源。当供电线路输送的有功功率数量一定时，输送的其无功功率越多，路上电压的损耗就越大。此时，对其进行适当线若的无功补偿，就会大大减少线路上所需要输送的无功功率，从而大大减小电压损耗，而提高了电能质量。进由于配电网是直接面向广大电力用户的，电能质量的好坏，其将直接影响到广大电力用户的用电安全。此外，如果配电网的线损过高，会严重影响到供电企也业的效益。因此，决好配电网的无功补偿问题，行无功规划优解进
节能降耗对配电网的降损没有帮助。２２杆上无功补偿。都有着重要的现实意义。方面，由于长期以来人们没有充分认识到电力系统无功平针对ｌｖ馈线沿线的公用变压器进行无功补偿的方式被称Ｏｋ这衡的重要性，视了对无功电源的建设，成了无功电力缺额的局为杆上无功补偿。种补偿方式适于负荷较重且功率因数较低的长忽造

电力系统中的无功功率优化与控制策略

电力系统中的无功功率优化与控制策略概述电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，其稳定运行对于保障国家经济发展和社会生活运转至关重要。

然而，在电力系统中，无功功率的存在常常给系统的稳定性和运行效率带来一些挑战。

因此，无功功率优化与控制策略便成为电力系统管理和运维的重要课题。

一、无功功率的概念和重要性无功功率是电力系统中除了有功功率以外的另一种功率，它是交流电中的一种虚功，不执行实际的功效，却占据了输电线路的容量。

在电力系统中，无功功率的存在主要有两个原因：一是由于电力设备的感性(例如变压器和电感器)和容性(例如电容器和电容器银银）性质，使得输电线路存在感性和容性电流；二是电力系统中的电压波动和电网故障也会导致无功功率的产生。

尽管无功功率本身在能源转换过程中并不提供有用的功效，但是它对电力系统的稳定性和传输效率有着重要的影响。

过多的无功功率会导致电力系统中电压下降、传输损耗增加，甚至造成设备过载和系统崩溃。

因此，优化无功功率的控制策略，对于提高电力系统的效率和稳定性具有重要意义。

二、无功功率优化的方法和技术为了优化无功功率并提高电力系统的效率和稳定性，人们提出了一系列的控制策略和技术。

1. 电容器和电感器的安装电容器和电感器是调节电力系统无功功率的重要装置。

通过合理地安装和调节电容器和电感器，可以补偿传输线路上的无功功率，减少无功功率在系统中的流动，提高电网的功率因数。

此外，电容器还可以降低电压损耗，并改善电力系统的电压质量。

2. 电力因数补偿控制策略电力因数是评价电力系统效率和电能利用率的重要指标，它是有功功率与视在功率之比。

电力因数补偿控制策略以提高电力系统的功率因数为目标，通过控制电容器和电感器的开关状态或容量，实现对电力因数的补偿调节。

常用的电力因数补偿控制策略包括静态补偿器、动态无功功率补偿器和混合无功功率补偿器等。

3. 无功功率优化算法为了提高无功功率优化的精度和响应速度，人们开发了多种无功功率优化算法。

农网电压及无功优化控制系统的研究

赖伟源（广东省高级技工学校广州校区，广东广州５００）１８０
农网电压及无功优化控制系统的研究
ＲｅｅｒｈｏｌｇｎａｔｅＰｗｅｔｚｔｎＣｏｔｌｎＲｒｌｏｒｔｒｓａｃｎＶｏｔｅａｄＲｅｃｉｏｒａｖＯｐｉａｉｎｒｕａｗｅｗｏｋｍｉｏｏｉＰＮｅ
ｃｎｒｌｙｔｍ．ｏｔｏｓｅｓ
电压的优化与实时闭环控制，降低电网电能损耗，提高电网电压
ＫｅｏｄｓＲｕａｏｅｅｗｏｋ；ＲｅｃｉｅｐｗｅｐｉｉａｉｎｌＳｆａｅｙｗｒ：ｒｌｐｗｒｎｔｒａｔｏｒｏｔｚｔｏｏｔｒｖｍｗｄｓｇｅｉｎ
以实现上述目的。为此，我们选择了由国外研究人员提出的序列
近几年随着农电系统的大力改造和发展，农网或县级供电企
业在调度自动化、变电站综合自动化等电力自动化水平上得到了
二次规划计算方法（ｅｕｎａＱａｒｔｒｇａｎ）。顺序二ＳｑｅｔｌｕｄａｃｏｒｍｍｉｉｉＰｇ次规划计算方法具有解析法和直接法等两类方法的，点，它不用尢解析列出梯度函数方程以及求解海赛矩阵，也不用像内点法或外点法一样要求解一系列的无约束极小问题，而是通过自适应有限
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
质量，增加电网设备输电能力。

电力系统无功优化的意义和算法

电力系统无功优化的意义和算法无功优化，就是当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优化，所能找到的在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段。

无功优化问题是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题。

无功优化的主要方法有：非线性、线性、混合整数、动态规划法以及近几年兴起的一些方法，如：神经网络方法、专家系统方法和遗传算法等。

传统数学优化方法依赖于精确的数学模型，但精确的数学模型较复杂，难以适应实时控制要求，而粗略的数学模型又存在较大误差。

近年来，基于对延期界和人类本身的有效类比而获得启示的智能方法受到了研究人员的注意，其中以专家系统、神经网络、遗传算法、模拟退火方法、Tabu搜索方法、模糊集理论、粗糙集理论等为代表。

二、无功优化的意义电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的一种有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。

实现无功功率的优化可以改善电压的分布、提高用户端的电压质量、减少电力传输（主要是线路和变压器）的电能损耗，从而降低电力成本，同时也能提高电力传输能力和稳定运行水平。

为了满足电网的调压要求和尽可能减少电网的有功功率损耗，希望电网的无功功率要尽量少流动，特别要避免无功功率的远距离流动，这就出现了电压无功优化问题。

随着经济建设的迅猛发展，电网规模日益扩大，电力负荷与日俱增，庞大电力系统的运行不仅要重视有功功率的生产和平衡，而且要十分重视无功功率的平衡和配置。

如果电力系统无功功率不足和分布不合理，将会产生一系列诸如：电压水平降低、损耗增大、系统稳定性下降、用户用电设备不能正常运转等问题，严重时还会造成系统的崩溃。

如何在满足负荷发展需要的前提下，充分利用系统现有的无功资源和调压手段，保证系统的安全、经济运行，一直是国内外电力工作者潜心研究的，一个既有理论指导意义又有实际应用价值的问题。

三、电力系统无功优化算法现有的无功优化方法，大致可以分为运筹学方法和人工智能方法两类。

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电力系统无功优化研究
发表时间：
2018-04-02T15:07:18.930Z 来源：《红地产》2017年7月作者：崔伟华王永波
[导读] 电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。

一、前言

电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。所谓无功优化，就是当系统
的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优
化，所能找到的在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能
指标达到最优时的无功调节手段。无功优化问题
是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题。通过无功优化不仅使全网电压在额定
值附近运行，而且能取得可观的经济效
益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。

二、无功优化的最优配置

目前，用于求解电力系统无功优化的算法主要分为基于导数的数学规划常规方法和人工智能优化方法两大类求解方法。常规方法包
括非线性规划和线性规划两种；人工智能方法主要有遗传
算法、模拟退火算法、Tabu 搜索方法、神经网络、专家系统、粒子群算法、免
疫算法等。无功电源规划是一个非线性的混合整数
规划问题，它的特点是既保持了原变量的整数性质，又完整地包括了对潮流的物理模
拟，可以在对电网投资进行优化的同时优化
运行方式。广义 Bender 分解法改变了以往无功电源规划中采用的对每种预想方式分别求解，
并选取最大值作为最终解的方法，而
是将所考虑的各种预想方式同列于一个模型中，然后用分解法进行求解。该方法对各种负荷方式、故
障方式进行综合求解，所得
出的无功电源配置能满足系统运行要求，并使系统拥有一个合理的电压水平。先导节点的概念应用于电力系统
无功配置，该方法可使无功
源得到最有效地配置，通过对少量先导节点的监测和控制，无需建立复杂的系统监视全网所有节点的电压，即
可实现对系统电压
的控制。使得从全网的角度看，各节点电压偏移最小。
1
非线性规划法由于无功优化问题自身的非线性，所以非线性规划法 (Nonlinear Programming) 最先被运用到电力系统无功优化之
中。
它能够兼顾电力系统的安全性、经济性和电能质量，因而受到重视。其形式为设定一目标函数，以节点功率平衡为等式约束条件，
利用引入松弛变量的方法将不等式约束条件转换为等式约束条件，
然后运用拉格朗日乘数法构造一个增广的目标函数，根据 Kuhn- Tucker
条件，将问题转变为求解一组非线性代数方程组。由于目
标函数和约束条件带有很大的非线性，将它们与 Kuhn-Tucker 条件联立求解在
实践上是很困难的。因优化中的目标函数和约束条件常常具有二次函数的形式，
故二次规划也常用于无功规划的求解。采用二次规划法进
行电力
系统无功功率综合优化。目标函数用网损的二次表达式，通过迭代求解二次规划，利用状态变量与控制变量之间的灵敏度关系和
潮流方程逼近非线性规划的无功优化问题。在具体实施中，还利
用 ε- 有效约束的概念以减少状态变量约束的个数，从而减少优化的计算
时间。但是这种方法当初始点在可行域之外时，可能会
遇到收敛点不可行的问题。非线性规划是处理无功优化最直接的方法，这种方法的
数学模型建立比较直观，物理概念清晰，计算
精度较高。但到目前为止还没有一个成熟的基于非线性规划的无功优化算法。现有算法不同
程度存在计算量、内存需求量大、收
敛性差、稳定性不好、对不等式的处理存在一定困难等问题，其应用受到了一定限制。
2
线性规划法采用线性规划法 (Linear Programming) 进行电网无功优化计算，理论基础成熟，收敛可靠，计算速度较快，对各种约
束条
件的处理简单。无功优化虽然是一个非线性问题，但可以对其线性化之后进行研究，找到一种有效的线性化建模方法，使模型能够
较为准确地反映原非线性无功优化问题，并用一种有效的线性
规划求解方法，得到优化结果的精度就可以满足工程实际需要。线性规划法
正是本着这种思想提出并加以实施的。由于线性规划
的诸多优点，使之成为迄今为止发展最为成熟的一种无功优化方法。

在确定无功优化的线性规划模型之后，其求解方法多采用具有指数时间复杂性的单纯形法或其各种变形。1984 年，美国贝尔实验室
的
Karmarkar 提出了一个新算法，不仅从复杂性理论上证明是多项式算法，而且在实际应用中也能与单纯形法相媲美，就是著名的内点
法。该方法主要有投影尺度法、仿射尺度法、路径
跟随法等，在可行域内部寻优，对于大规模线性规划问题，当约束条件和变量数目增加
时，内点法的迭代次数变化较少，且有很
好的鲁棒性和收敛特性，许多学者证实它优于单纯形法。近年来，研究采用这种方法解决无功优
化问题已成为热点。但是，许多应
用中的具体问题仍需要理论上的证明和实践经验的积累。

运用内点法的原对偶路径跟踪法，求解无功优化非标准形式的线性规划模型，通过消去松弛变量和部分拉格朗日乘子变量，使得在
每步迭代中求解的线性方程组系数矩阵为对称稀疏矩阵。
计算结果表明，当系统的约束条件和变量数目增加时，迭代次数变化较少，即迭
代次数对约束和变量的数目不敏感。

三、结束语

随着电力系统的发展，对无功优化方案及控制手段的要求也愈来愈高。新的智能优化算法不断涌现，将其引入无功优化，则有望简
化优化计算过程以及取得更好的效果。