近年來隨著城網(wǎng)改造的深入，負(fù)荷需求的迅猛增長，電壓穩(wěn)定問題變得日益突出。而基于離線數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)無功電壓優(yōu)化手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的要求。因此，使得能夠跟蹤反映電力系統(tǒng)實時運(yùn)行狀態(tài)，基于實測數(shù)據(jù)的在線電壓/無功優(yōu)化控制成為研究和應(yīng)用的熱點，受到人們越來越多的關(guān)注。
　　本文介紹了一套實用化的電網(wǎng)無功優(yōu)化計算軟件。該軟件利用SCADA系統(tǒng)提供的電網(wǎng)運(yùn)行的大量實時數(shù)據(jù)，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，以電網(wǎng)電能損耗*小為目標(biāo)，利用微分演化算法進(jìn)行無功優(yōu)化計算分析，得到有載調(diào)壓變壓器運(yùn)行的*佳檔位和電容值，從而形成有載變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償設(shè)備投切控制指令，為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了科學(xué)的依據(jù)。
1、無功優(yōu)化計算數(shù)學(xué)模型
　　簡單來說一個完整的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型應(yīng)該包括潮流（功率）約束方程、變量約束方程和目標(biāo)函數(shù)等。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)主要包括技術(shù)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個方面，目標(biāo)函數(shù)的確定因?qū)χ笜?biāo)的側(cè)重點要求而有所差異，主要有：電網(wǎng)的有功網(wǎng)損*??；電壓質(zhì)量*好、電壓合格率*高；變壓器分接頭和電容器投切次數(shù)*少；電網(wǎng)無功補(bǔ)償容量*??；系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用*低。
2、基于SCADA數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化計算軟件設(shè)計與實現(xiàn)
　　基于SCADA數(shù)據(jù)的無功優(yōu)化計算軟件的主要設(shè)計思路是基于Windows環(huán)境、采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、以VisualC++6.0作為平臺研究開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口和人機(jī)界面、面向全網(wǎng)的在線電壓/無功優(yōu)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)管理工具，以電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和SCADA系統(tǒng)獲取的實時數(shù)據(jù)作為輸入，通過智能無功電壓優(yōu)化給出*佳變壓器分接頭位置及無功補(bǔ)償設(shè)備投切策略，用以指導(dǎo)無功優(yōu)化控制策略的制定和運(yùn)行調(diào)度人員的工作，結(jié)果以報表的形式給出。
　　2.1遙測遙信庫
　　該數(shù)據(jù)庫用來存儲SCADA系統(tǒng)采集到的電網(wǎng)各節(jié)點遙測遙信量，主要提供電網(wǎng)的實時和歷史數(shù)據(jù)，包括：開關(guān)、刀閘、斷路器狀態(tài)量；發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、線路末端、變壓器各側(cè)的有功負(fù)荷值、無功負(fù)荷值；各母線的電壓值；變壓器檔位值等。開關(guān)、刀閘、斷路器狀態(tài)量中的狀態(tài)量為遙信量，其余各量為遙測量，主要功能是提供電網(wǎng)運(yùn)行實時狀態(tài)量，為無功優(yōu)化提供初始值。
　　2.2電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫
　　該數(shù)據(jù)庫主要用來定義電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和存儲各種設(shè)備參數(shù)信息，反映電網(wǎng)設(shè)備間的物理拓?fù)溥B接關(guān)系。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模時通過調(diào)用設(shè)備參數(shù)信息提供電網(wǎng)元件的有名值或者標(biāo)么值。電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫是以EXCEL表的形式構(gòu)成的，每個表均有特定的物理含義，與實際電網(wǎng)及所屬設(shè)備相互關(guān)聯(lián)，例如LN表代表線路，包含了線路類型、線路長度、線路末端物理節(jié)點號等相關(guān)信息，可以根據(jù)線路類型和線路長度獲得其電阻、電抗和電納參數(shù)，末端物理節(jié)點號則反映了其物理拓?fù)溥B接關(guān)系；再如XF表代表變壓器，包含了變壓器的相關(guān)信息。
　　2.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K
　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ头譃殪o態(tài)拓?fù)淠Ｐ秃蛣討B(tài)拓?fù)淠Ｐ?。靜態(tài)模型描述電網(wǎng)設(shè)備之間的物理拓?fù)溥B接關(guān)系，一旦建立了系統(tǒng)模型，就相對穩(wěn)定，只有設(shè)備新增、變更時會引起網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓?fù)淠Ｐ偷母淖?；動態(tài)拓?fù)淠Ｐ蛣t隨著所有開關(guān)設(shè)備的實時運(yùn)行狀態(tài)改變，它描述了設(shè)備在電氣上的連接狀態(tài)和連接方式。
　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K先通過程序訪問電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，分析形成靜態(tài)拓?fù)淠Ｐ?，同時進(jìn)行物理節(jié)點編號并建立各元件的數(shù)學(xué)模型；然后訪問實時遙測遙信庫，通過開關(guān)、刀閘或者斷路器的**ID標(biāo)識讀取開關(guān)狀態(tài)，分析形成動態(tài)拓?fù)淠Ｐ?，將物理?jié)點編號進(jìn)行優(yōu)化形成計算節(jié)點編號。
　　根據(jù)電網(wǎng)中的各元件的數(shù)學(xué)模型和它們實時的聯(lián)結(jié)方式或拓?fù)潢P(guān)系，初步形成了在線實時電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。
　　2.4狀態(tài)估計模塊
　　為了建立可靠的電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，狀態(tài)估計通過檢測、辨識**數(shù)據(jù)，補(bǔ)充不足量測點，用以提高量測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，加強(qiáng)全網(wǎng)的可觀測性。狀態(tài)估計模塊主要基于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淠Ｐ停?/span>SCADA的實時信息和電網(wǎng)的接線方式及運(yùn)行狀態(tài)，估計出各母線的電壓幅值和相角及元件的功率，并根據(jù)潮流的*優(yōu)估算值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。至此，在線實時電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型已形成。
　　2.5電壓/無功優(yōu)化模塊
　　整個無功優(yōu)化模塊的實現(xiàn)分為兩個主要子模塊：電力系統(tǒng)潮流計算子模塊和應(yīng)用微分演化算法的無功優(yōu)化求解子模塊。本文選用P-Q分解法作為潮流計算方法，采用微分演化算法進(jìn)行無功優(yōu)化計算。即以電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和SCADA系統(tǒng)獲取的實時數(shù)據(jù)作為輸入，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，以電網(wǎng)電能損耗*小為目標(biāo)，通過給無功優(yōu)化算法設(shè)定初始參數(shù)，*后給出*佳變壓器分接頭位置及無功補(bǔ)償設(shè)備投切策略，用以指導(dǎo)無功優(yōu)化控制策略的制定和運(yùn)行調(diào)度人員的工作。
3、關(guān)鍵技術(shù)
　　3.1 SCADA壞數(shù)據(jù)處理
　　在實時數(shù)據(jù)的采集過程中，由于系統(tǒng)中的干擾，可能會采集到一些壞數(shù)據(jù)，如果不進(jìn)行處理，將會引起錯誤的判斷和決策，并且設(shè)備數(shù)目眾多分布范圍廣泛，網(wǎng)絡(luò)接線復(fù)雜不可能對網(wǎng)絡(luò)的所有運(yùn)行狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測，使得在實時情況下獲取的測量數(shù)據(jù)也不可避免地存在測量誤差。因此，在程序的實現(xiàn)過程中，通過加入經(jīng)驗數(shù)據(jù)項進(jìn)行人工干預(yù)以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。即由專家對各計算節(jié)點尤其是對缺少量測的計算節(jié)點的有功負(fù)荷值、無功負(fù)荷值、電壓值提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)，分別給出正常值和*大*小限值，如果量測信息越限，程序會自動舍棄實測數(shù)據(jù)而取專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
　　3.2 EXCEL宏命令快速導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫
　　電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫既可以存儲在調(diào)度中心的主機(jī)服務(wù)器上，也可以存儲在工作站上，一般為了方便維護(hù)安裝在工作站上，同遙測遙信庫一樣，利用SQLServer來進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。可是對于用戶來說，EXCEL表格是應(yīng)用*廣泛的軟件，便于推廣。然而，在填好EXCEL格式的電網(wǎng)物理參數(shù)表之后，將其導(dǎo)入到SQLServer數(shù)據(jù)庫的操作過程即繁瑣又宜出錯，不便于操作。因此，在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，利用EXCEL強(qiáng)大的宏功能，通過編寫代碼使這一過程變得非常簡單，只需在填寫完所有表格之后點擊一個按鈕就可快速完成將EXCEL表格導(dǎo)入到指定SQLServer數(shù)據(jù)庫的過程，大大縮短工作時間，提高工作效率。
4、算例分析
　　某地區(qū)共有220kV變電站2座，110kV變電站5座，35kV變電站22座，用戶變電站18座，電廠1座。運(yùn)行在線無功電壓優(yōu)化與控制系統(tǒng)，經(jīng)分析電網(wǎng)（110kV等級）共有2個發(fā)電機(jī)節(jié)點，15個負(fù)荷節(jié)點，6條變壓器支路（均為有載調(diào)壓變壓器），26條線路；6組并聯(lián)電容補(bǔ)償器。
　　取該地區(qū)電網(wǎng)某一時間斷面（2006年8月11日）進(jìn)行無功優(yōu)化計算。優(yōu)化前后電網(wǎng)節(jié)點電壓比較圖如圖1所示。
　　
　　圖1 優(yōu)化前后電網(wǎng)節(jié)點電壓比較圖
　　系統(tǒng)優(yōu)化后網(wǎng)損率由8.163%降低為7.079%，網(wǎng)絡(luò)損耗有明顯降低；由圖1可以看出電網(wǎng)整體節(jié)點電壓水平有很大改善，且均在電壓限值范圍內(nèi)，提高了電壓合格率。
5、結(jié)束語
　　綜上所述，在線電壓/無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的整個控制流程符合工程實際運(yùn)行。應(yīng)用表明，優(yōu)化結(jié)果明顯，能夠有效地降低網(wǎng)損率，保證電壓質(zhì)量，滿足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)**運(yùn)行的要求；系統(tǒng)操作界面簡單易用，方便運(yùn)行人員掌握，能夠在線為運(yùn)行調(diào)度人員提供無功優(yōu)化控制策略以指導(dǎo)電網(wǎng)運(yùn)行；具有重要的理論價值和廣闊的應(yīng)用前景。