白強(qiáng) BAI Qiang

（國(guó)網(wǎng)稷山縣供電公司，運(yùn)城 043200）

（State Grid Jishan Power Supply Company，Yuncheng 043200，China）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于用電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。電壓質(zhì)量作為衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因其電壓波動(dòng)而造成的電氣設(shè)備危害最為普遍。電壓波動(dòng)不僅會(huì)影響到電氣設(shè)備的性能，更可能?chē)?yán)重危害電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。無(wú)功優(yōu)化調(diào)度作為優(yōu)化電網(wǎng)無(wú)功潮流分布，以降低電網(wǎng)損耗的重要措施，已被廣泛運(yùn)用到電力系統(tǒng)中。然而，電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化調(diào)度過(guò)程中，可能因?yàn)榭刂圃O(shè)備所處的環(huán)境，在進(jìn)行操作、切換時(shí)，很可能會(huì)產(chǎn)生電弧、高溫或者瞬間的沖擊電流等對(duì)電氣設(shè)備造成危害。以下就簡(jiǎn)單分析一些電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化調(diào)度的調(diào)節(jié)代價(jià)的數(shù)學(xué)模型。

1 電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度概述

所謂電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化調(diào)度就是指在電力系統(tǒng)無(wú)功電源比較充足的狀態(tài)中，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓、變壓器抽頭的變比、以及改變無(wú)功補(bǔ)償裝置出力等操作來(lái)調(diào)整電力系統(tǒng)的無(wú)功潮流，使得整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的功耗降低到最小，以?xún)?yōu)化電力的運(yùn)行。也就是說(shuō)，在滿(mǎn)足系統(tǒng)安全約束的條件下，來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的控制變量，以保證全網(wǎng)無(wú)功功率的平衡，保證優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的供電。

事實(shí)上，合理的無(wú)功優(yōu)化是保證電力系統(tǒng)供電可靠和安全穩(wěn)定的主要措施，不僅可以降低電網(wǎng)的損耗，更能提高電能質(zhì)量。隨著電力產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸電線路的電壓等級(jí)不斷升高，而無(wú)功電源的設(shè)計(jì)與無(wú)功優(yōu)化的技術(shù)又跟不上電力系統(tǒng)的發(fā)展，因此也導(dǎo)致了電壓質(zhì)量差、負(fù)荷功率低、線路損耗大的現(xiàn)象。而當(dāng)前的無(wú)功優(yōu)化調(diào)度僅僅只考慮到了減小網(wǎng)損，而對(duì)于操作帶來(lái)的調(diào)節(jié)代價(jià)卻沒(méi)有過(guò)多重視。由于調(diào)節(jié)代價(jià)產(chǎn)生的效應(yīng)，必須進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化算法，避免單純的降損而對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)多的調(diào)節(jié)而損耗設(shè)備。

2 調(diào)節(jié)代價(jià)涉及的幾個(gè)要點(diǎn)

為了減小網(wǎng)絡(luò)有功損耗，無(wú)功優(yōu)化調(diào)度過(guò)多的對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行操作，從而產(chǎn)生調(diào)節(jié)代價(jià)，損耗電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備。在電網(wǎng)運(yùn)行方面。加強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行管理，提高電容器可用率并合理投退無(wú)功補(bǔ)償裝置，確保主變功率因數(shù)運(yùn)行在合格范圍，優(yōu)先保證電壓合格率。綜合來(lái)看，控制設(shè)備的調(diào)節(jié)代價(jià)主要包括以下幾個(gè)方面：

首先，控制設(shè)備的調(diào)節(jié)代價(jià)對(duì)調(diào)節(jié)設(shè)備的投資，主要包括變壓器的抽頭調(diào)節(jié)裝置、補(bǔ)償裝置中的斷路器等。其次，調(diào)節(jié)代價(jià)僅僅只和無(wú)功優(yōu)化調(diào)度相關(guān)的控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)整所產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用有關(guān)，例如，抽頭調(diào)節(jié)裝置的檢修、換油，以及電容器組的斷路器檢修工作費(fèi)用等。對(duì)于無(wú)功優(yōu)化調(diào)度的開(kāi)環(huán)控制情況，因進(jìn)行無(wú)功調(diào)度會(huì)增加運(yùn)行人員的工作量與工作時(shí)間，因此所產(chǎn)生的人工費(fèi)也相對(duì)增加；而針對(duì)閉環(huán)控制的情況下，則要考慮新增設(shè)閉環(huán)控制設(shè)備所產(chǎn)生的成本。另外，由于對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)多的操作而引發(fā)的變壓器以及無(wú)功補(bǔ)償裝置的使用壽命的情況，也同樣的是變相增大了調(diào)度代價(jià)。除此之外，如果繼電保護(hù)裝置能夠正常的運(yùn)行，并保證變壓器等設(shè)備的損壞程度降低，仍考慮到因設(shè)備故障造成的停電損失費(fèi)用等。以下舉例說(shuō)明一些情況對(duì)電力系統(tǒng)做無(wú)功補(bǔ)償造成的調(diào)節(jié)代價(jià)。

假設(shè)一臺(tái)變壓器的成本是Ft，而其抽頭調(diào)節(jié)裝置的成本、允許總調(diào)節(jié)次數(shù)、從不調(diào)整時(shí)的預(yù)期壽命分別為Ftap、Tt、at。假設(shè)對(duì)于抽頭調(diào)節(jié)裝置的檢修周期為T(mén)a，那么經(jīng)過(guò)Tt次的抽頭調(diào)整后，機(jī)械的壽命將所見(jiàn)到，如果每檢修一次設(shè)備產(chǎn)生的費(fèi)用是Ff，設(shè)在時(shí)間內(nèi)，因?yàn)檠b置故障所損失的資金為FL，每一年投入的運(yùn)營(yíng)人員人工費(fèi)支付出FM，當(dāng)在開(kāi)環(huán)控制情況下，則該變壓器的抽頭單位調(diào)節(jié)代價(jià)為

以上公式中出現(xiàn)的Fc對(duì)應(yīng)的是抽頭調(diào)整部分的閉環(huán)控制設(shè)備所花費(fèi)的投資，ac則表示閉環(huán)控制設(shè)備的預(yù)期壽命。

上述的例子可以看出，如果不考慮設(shè)備的故障損失，針對(duì)在110kV 電網(wǎng)的變壓器抽頭URC 約在1.0-2.0元/次，而針對(duì)220kV 中的變壓器抽頭URC 則為1.5-2.5元/次。而如果不考慮故障損失的話(huà)，10kV 無(wú)功補(bǔ)償裝置的投切URC 則為0.5-1.2元/次，這樣算來(lái)，對(duì)于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度產(chǎn)生的調(diào)度代價(jià)是不可忽略的。

3 電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)變量的約束處理

以下以災(zāi)變遺產(chǎn)算法來(lái)詳細(xì)計(jì)算電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度，基于無(wú)約束的優(yōu)化方法，將控制變量的約束體現(xiàn)到編碼的定義域中去。而此時(shí)，狀態(tài)變量的約束也可以作為懲罰項(xiàng)被納入目標(biāo)函數(shù)中，已構(gòu)成擴(kuò)展目標(biāo)函數(shù)。實(shí)際上，如果要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，往往結(jié)果會(huì)使得部分的狀態(tài)變量接近約束的極限。而如果在兩次優(yōu)化計(jì)算中，因時(shí)間間隔的負(fù)荷變化幅度太大，極易導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)變量越限的現(xiàn)象，從而引起電網(wǎng)安全隱患。而為了保障結(jié)果的安全裕度與高魯棒性，必須對(duì)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值以及發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的無(wú)功約束邊界進(jìn)行調(diào)整。

而這里所致的魯棒性就是說(shuō)因一些不確定的因素影響，控制系統(tǒng)要在復(fù)雜的環(huán)境下保持正常運(yùn)行與有效的控制能力。對(duì)于電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化來(lái)講，由軟件提供的無(wú)功優(yōu)化解，通常是按照當(dāng)前的或者說(shuō)事先預(yù)測(cè)的負(fù)荷水平為依據(jù)來(lái)計(jì)算的。而實(shí)際上，在實(shí)際的情況下，負(fù)荷是處于一個(gè)隨時(shí)不確定的波當(dāng)中的，最終很可能導(dǎo)致優(yōu)化調(diào)整后出現(xiàn)新的節(jié)點(diǎn)電壓越限的情況。所以，對(duì)于實(shí)施無(wú)功優(yōu)化控制所提出的魯棒性要求，盡量避免因兩次優(yōu)化計(jì)算時(shí)間間隔期間，發(fā)生電壓質(zhì)量不合規(guī)定的情況。

除此之外，就當(dāng)前針對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度而言，基本都沒(méi)有考慮負(fù)荷與電壓變化兩者的之間的關(guān)系。也就是說(shuō)，最終負(fù)荷電壓的特征會(huì)因?yàn)閮?yōu)化計(jì)算與實(shí)際操作后的潮流有一定誤差。所以，可以通過(guò)減小狀態(tài)變量的允許范圍，以減少不利因素的影響。此外，針對(duì)區(qū)域電壓整體波動(dòng)較大的情況，通過(guò)工程應(yīng)用還可以提高軟件的啟動(dòng)頻率，如果是波動(dòng)較為緩慢，也可以用來(lái)降低啟動(dòng)頻率，保障盡可能高的電壓，從而提高電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)可靠供電。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度的調(diào)節(jié)代價(jià)，經(jīng)過(guò)科學(xué)的數(shù)學(xué)模型和科學(xué)的計(jì)算方式，使得控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)過(guò)多而引起的調(diào)節(jié)代價(jià)達(dá)到一個(gè)幾乎平衡的狀態(tài)，以避免頻繁的設(shè)備控制操作?？傊娏ο到y(tǒng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度達(dá)到了提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低電壓崩潰事故而引起的大規(guī)模停電風(fēng)險(xiǎn)；提高供電的電壓質(zhì)量；提高輸電效率，最大限度降低線損；減輕監(jiān)控值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度等效益，同時(shí)加快了電網(wǎng)電力調(diào)度運(yùn)行從經(jīng)驗(yàn)型、分析型調(diào)度向決策型、智能型調(diào)度前進(jìn)的步伐，有效提升江津電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)水平，使電網(wǎng)自動(dòng)化水平邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

[1]張勇軍，任震.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度的調(diào)節(jié)代價(jià)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，02：34-38，60.

[2]張勇軍，任震，李邦峰.電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，02：50-56.

[3]蔣金良，劉瀚林，張勇軍，楊銀國(guó).計(jì)及設(shè)備鄰近動(dòng)作影響的電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，05：105-109，115.

[4]黃小銀.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率優(yōu)化調(diào)度的研究[D].南昌大學(xué)，2010.

[5]陳勇.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化分析[D].西華大學(xué)，2013.