电源技术中的多区图控制策略在地区电网电压无功优化控制的实现
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2020-10-22
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电源技术中的多区图控制策略在地区电网电压无功优化控制的电源技术中的多区图控制策略在地区电网电压无功优化控制的
实现实现
电网的持续快速发展，使得其控制复杂性急剧增加； 与此同时，用户也对电网提出了更加严格的要求，包括更
好的电压质量和足够的安全保障，此外还要考虑自身的经济性问题。因此，地区电网的电压无功控制是一个复
杂的多目标优化控制问题，其控制策略是需要深入研究的。当前的主要任务就是研究如何在现有条件下最大程
度地提高控制水平，改善电压质量，并使电网在经济优化的状态下运行。电力系统电压和无功功率控制是一个
关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损、提高电网运行经济
性的十分有效的措施。传统的电压无功控制是基于经验理论的控制模式，装设在变电站的VQC系统是基于"九区
图"原理进行调整的
电网的持续快速发展，使得其控制复杂性急剧增加； 与此同时，用户也对电网提出了更加严格的要求，包括更好的电压
质量和足够的安全保障，此外还要考虑自身的经济性问题。因此，地区电网的电压无功控制是一个复杂的多目标优化控制问
题，其控制策略是需要深入研究的。当前的主要任务就是研究如何在现有条件下最大程度地提高控制水平，改善电压质量，并
使电网在经济优化的状态下运行。电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电
压稳定的问题，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的十分有效的措施。传统的电压无功控制是基于经验理论的控制模
式，装设在变电站的VQC系统是基于"九区图"原理进行调整的电压无功控制系统，只能实现无功就地补偿，无法从全局网络层
次上兼顾潮流的合理分布，因此，我们迫切需要一种新的调控手段提高电网系统的无功调控能力。区域电网电压无功综合优化
控制系统属电力系统降损节能技术领域，目的是提供一种集中优化，分布控制的区域电网电压无功优化控制系统。该系统克服
了局部控制无法使全网达到优化，和集中式优化实时性、可靠性差的缺陷，基本思想是充分利用现有的站用补偿设备（电压无
功控制装置VQC），通过调度端后台优化算法进行优化与控制。
国内外很多学者对此进行了众多研究。例如文献[1]提出了一种全网无功电压优化集中自动控制系统，该系统不是进行单
纯的电网潮流计算，而是建立符合全网网损尽可能小、电压合格的优化及控制判断规则，这些规则对控制效果的改进明显。文
献[2]提出了一种适用于110kV及以上电网的自动电压控制方法，该方法基于经济压差优化电压无功潮流程序，对解决EMS中
装设的电压无功优化计算软件的收敛性问题有一定帮助。
本文提出了一种基于多区图控制策略的地区电网电压无功优化控制的控制理论和控制方法。利用从EMS或集控站SCADA
系统中采集的电网数据及地区电网的网络拓扑图，不须进行地区电网电压无功优化计算，通过构建的电网多区图控制规则，对
各个变电站进行相应的控制，能较好地解决地区电网电压无功协调控制问题。
1 控制原理控制原理
1.1 电压无功控制的基本思路电压无功控制的基本思路
在电力系统中，联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、
变电所、配电所和配电线路组成。 通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为
电力网。简称电网。近年来，伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提
高，网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型
区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。2006年中国电网建设保持较高规模，全国电网建设完成投资2,105.75
亿元人民币，同比增长近38%.2006年随着一批西电东送工程投产，中国西电东送三大通道累计已形成3,400万千瓦的输送能
力。2007年，全国电网建设投资2451.40亿元，同比增加16.41%.新增220千伏及以上输电线路回路长度4.15万公里。截至
2007年底，全国220千伏及以上输电线路回路长度达到32.71万公里，同比增长14.20%.
为了理解地区电网电压无功多区图的控制思想，特定义一些基本概念如下：
终端子网：在地区电网中，电气上连通的某一电压等级的设备及其配供电的设备所构成的网络成为终端子网。
伴随终端子网：终端子网加上向终端子网供电的变压器所构成的网络。
终端子网电压：终端子网中最高电压等级的电压。
终端子网无功：向终端子网供电的变压器上流通的无功功率。
终端子网无功调节约束：在终端子网中调节无功补偿设备时，应该保证终端子网无功在给定的范围内变化，该限制条件称
为终端子网无功调节约束。
地区电网电压无功控制的总原则是在保证电压合格的前提条件下，使电网网损 达到最小。为了使电网网损达到
最小，应尽可能减小电网中传输的无功功率，并适当地提高电网运行电压。因此若各级终端子网内部的无功功率能尽可能平
衡，就可以达到网损最小的目标。但是，要求每一级终端子网的无功功率都能就地平衡是不可能的，也是没有必要的，这样必
须装设很多无功补偿设备，经济上也不合理。
实际上，对城区电网而言，终端子网覆盖的地域范围很小，线路损耗一般可以忽略不计，网损主要来自降压变压器，只要
降低流过变压器的无功功率至最小值即可达到网损最小的目标。这样，就要求同一电压等级电网中的无功功率能够平衡，而同
一电压等级电网中各个变电站的无功功率可以相互传输，不会造成太大的网损，电压也比较容易满足要求。
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