国网山西省电力公司 030001
摘要：随着社会经济水平的提高，促进城市的发展，低压配电网快速。但同时，也造成了配电网络结构和系统动力系统的变化，使无功功率分配不合理的问题，出现了大量的低电压电路的无功功率流现象。通过建立数学模型，实现了规划目标统一和规划设备分步确定的目的，最后，将模型应用在算例中，得到了验证。在经济上和安全上不断优化网络。
关键词：电力系统；无功优化；无功补偿；现状与措施
0引言
随着电力需求的持续增长，同时不断扩大电网规模，电力系统面临越来越沉重的任务规划。作为电网规划的重要组成部分，合理的无功规划可以更好地控制电网电压、电网输电损耗，节能设备投资和网络运营成本，从而提高电力系统的安全性和可靠性。其中，由于主环式供电，每个节点的无功电压强相关的特征，在平衡原则不适用，所以一直是主要的电力系统无功规划电网规划人员面临的难题。
1.无功规划的研究现状与发展
无功规划是电网规划系统的一个部分，一般被看成是一个复杂的数学模型，因为该模型具备以下的性质：1．离散性：如变压器分接头的数量、电容器的组装数目都是整数，而且变量的范围都为离散的、或者是整数的。2．非线性：网络电气的变量与主网的功率、无功功率等属于非线性关系。3．多目标性：规划模型必须符合经济、技术上的标准，同时需要注意社会、政治及环境等情况的变化。
这是一个综合的非线性与整数规划双重问题，控制参数既有连续参数和离散参数的优化过程也是相当困难的，根据无功优化的原则，学者总结了许多方法，目前，一般使用非线性规划法、线性规划法、人工智能等方案等，无功优化的数学模型可以快速解决电力系统无功优化的问题。
2.电力系统主网无功规划的数学模型与求解方法
2.1电力系统主网无功规划的数学模型
2.1.1目标函数
电力系统无功规划模型，一般以新增无功补偿设备成本费用和操作的总费用得到最小值为目标：
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其中，N是系统节点集，VCi、VLi分别为在附在无功补偿节点i上单位容性、无功补偿的一般费用，QCi、QLi分别为节点i变化的容性、增加无功补偿容量。CL为单位的损失费用，PL（V，θ）表示成网络工作状态参数函数中的大小，V，θ分别为节点电压大小、相位角。第一项为成本投入费用，第二项为操作需要费用。设备投资费用通常用投资决策的线性函数求得。所以，无功规划问题的目标函数由控制变量和状态变量组成，通过简化，得f=minf（u，x）
2.1.2约束条件
得到无功规划建模后，需要符合基本的潮流方程，即等式约束条件。在相关的负荷运行下，通过简化模型，通常利用无功平衡约束。无功平衡方程能够写成：g（u，x）=0
由于电机节点无功出力，使得节点电压的变化较小，同时，可调变压器也受到限制，以及无功补偿许用值的限制。不等式约束条件通过简化，可得：h（u，x）≤0
2.2电力系统主网无功规划的常用求解方法
2.2.1试验误差法
该方法在经过试验的运行情况下，通过多次分析和计算潮流来得到一种可行的无功补偿方法。该方法是一种循环式的步骤，但是包括了人为误差，所以不能得到最优的可行方案。经过简化方案的参数和规则模拟出来，得到一个适宜规划决策的完整系统，起到处理大型网络的作用
2.2.2线性规划方法
1981年，K.R.CMamandur根据牛顿-拉夫逊潮流模型中的雅可比矩阵，总结了系统状态参数对控制参数之间的关系即“灵敏度分析法”，电力系统得到无功优化处理[1]。通过实时控制方法，用逐次线性整数规划手段解决了电容器优化投切难题[2]。线性规划法具备运算快，收敛高，处理约束好，满足实时控制对计算速度等要求的优势，由于计算精度较低。该方法的一般步骤是简化约束条件的优化问题中约束条件并做出相应的调整，可以将有约束条件的非线性规划模型简化为无约束条件的非线性规划模型。1968年，出现了模型梯度法，快速简化了有功和无功最优潮流模型。根据电压约束的条件进行简化，建立了可行的高效的数学模型，同时将电容器问题简化为主从两级问题，分别解决了电容器的数目、安装类型和模型[4]。非线性规划是简化为非线性优化问题最有效的手段，该方法的数学模型容易建立并且概念明了，计算精度很高，同时，也会遇到方向有误、迭代不收敛和逼近速度慢等难题。
2.2.3遗传算法（GA）
GA是利用“适者生存”的一种自然法则、变异和自适应的简化算法，通过问题的条件描述成“染色体”的适应生存问题，由于群体可以发生复制、交叉和变异等过程，一代又一代经过进化，使得收敛到“最大容量的环境”的个体，最终取得问题的最优解。它根据模拟生物遗传和进化原则来得到这样问题的区域最优解，在1975年受生物进化的影响而总结出来的[5]。但是该算法属于鲁棒性和适应性，对求解的模型没有较多的限制，所以取到广泛地使用。但是在实际中也看见该算法出现早熟现象，大大减少群体的进化进程，最后，计算结果变大。根据一种简化的遗传算法进行无功优化问题建模求解，算法利用Benders结合原问题投资运行子结构，大大减少求解时间，求解维数得到简化，同时，使得收敛速度加快。
3.改进遗传算法用于主网无功优化
主要包括：编码、罚因子的选取、选择、交叉和变异、算法终止判据、主网无功优化，遗传算法程序流程如下图所示。
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图1遗传算法程序流程图
此外，电力系统无功优化的目标函数是关于电压的函数的平方，和最终的解决方案可能会出现的现象，限制电压和母线电压无限接近，和无功优化的目标函数是网络损耗最小；在实践中，经营部不想运行接近极限，电压和冲突的阶段。如何统一电压质量和经济运行效率的指标是一个现实的问题，是需要研究的课题，尽快。同时也对实时性要求的无功优化越来越严格，如何保证在很短的一段时间的收敛，和FI找到最佳的解决方案，这也是一个需要研究的工作。的情况下的电力系统无功优化分析和比较的发展水平，中国电力行业的发展相对缓慢，在人员，电力系统的技术支持，仍然缺乏资金的转移，通过主电网停电造成的不稳定状态是经常发生的，因为一些不当的高压漏电或电造成的人员伤亡和巨大的经济损失。近几年的快速发展，我国的电力系统中，电网电压等级的不断提高，但仍有不少问题。在轻负载电压的电网太高，允许本地区或夜的规定N多的设备，对设备的安全运行造成严重影响；当过载电压相对较低，影响了正常的工业生产和用户的正常生活。电力系统无功优化什么，无功电源的最佳配置。正常情况下，将一个非线性混合整数规划的问题，我们称它为无功规划。无功规划具有以下三个特征：1.它不仅具有保持整数变量的原始本性；2.它也可以完全以潮汐物理仿真，优化电网投资，以达到最佳的运行方式；3.它不需要建立各节点电压监控整个网络的一个较复杂的系统，只需要监测和控制少量试点节点，你可以控制系统电压。
4总结
随着电力系统的发展，电网互联将是一种新的发展方向，电网的规模得到扩大，但是电压问题会变得更加复杂，电压崩溃和发展为面向技术性事故的发生也将逐渐增多，所以，应该积极提高和完善系统电压的质量控制。为了提高电能质量，保证电网的电压合格率，加大对电压和无功功率容量的控制，最大程度上结合相关的K电压和无功功率的调节方式，使得电网的电压合格率有一定的保障，同时保证电网安全，稳定和高效运行的。
为了我国电力系统无功优化的不断完，需要积极处理好因监管不足而带来的问题，使得我国电力系统无功优化的安全运作，不能因为一点小小的问题就阻挡住我们探索的步伐，我们必须致力于系统的稳定运行，使我国的电力系统无功优化健康发展。
参考文献
［1］吴疑．无功优化遗传算法中的潮流算法改进研究［J］．华东电力，2003，（5）：10－12．
[2]胡德峰，电力系统无功电压优化的模型与算法研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[3]陆程．无功优化方法的研究［D］．成都：西南交通大学，2002．
论文作者:李昊炅
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：电压论文; 电力系统论文; 电网论文; 算法论文; 模型论文; 节点论文; 方法论文; 《电力技术》2017年第2期论文;