摘 要

电网无功优化是电力系统正常运行中的一项重要内容，主要涉及电压稳定。无功优化问题本质上包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿两个方面。本文主要讨论电网电压无功优化及与潮流计算的关系，介绍分析各种无功优化算法，计算与分析基本无功潮流。为能设计出无功优化的可行方案，就需要解答好以下几个相关问题：为何要优化电网中的无功功率？如何通过对无功的优化来达到稳定电力系统电压的目的？在电网设计层面又该怎样实现呢？根据这些问题，在电力系统分区域研究中建立数学模型，借助模型解决实际电力问题。相对有功功率和频率的调整而言，电力系统的无功功率和电压调整要更复杂，因此研究快速而高效的解决无功优化问题的方法有重要的意义。

关键词：无功优化；潮流计算； 最优潮流；无功补偿；AVC系统

Abstract

Reactive Power Optimization of Power System is an important part of the normal operation, mainly related to voltage stability. Reactive power optimization including the optimal distribution of reactive power source and the optimal compensation of reactive power load . This article focuses on the relationship between the grid reactive power optimization and power flow calculation.Introducing a variety of algorithm of reactive power optimization and calculation of reactive power flow calculation . It will build a mathematical model in the sub-region in Power System and use the model to solve practical problems of power.Reactive power and voltage regulation of the power system is more complex than adjustment of positive power and frequency,so research the way of solve reactive power optimization quickly and efficiently is important.

Keywords: Reactive Power Optimization；Power Flow Calculation；Reactive power compensation ；AVC system

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 无功优化的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状和发展趋势 2

第2章 无功优化数学模型及算法 4

2.1 某地区电网的运行现状 4

2.2 无功优化的数学模型 4

2.2.1 目标函数 5

2.2.2 系统约束条件 5

2.3 无功优化的算法分析 6

2.3.1 传统算法 6

2.3.2 人工智能方法 7

2.4 算法的选用和改进 9

2.4.1 算法的比较与选择 9

2.4.2 改进遗传算法 9

第3章 AVC系统的原理及应用 12

3.1 AVC系统的控制原理 12

3.1.1 AVC系统工作原理 12

3.1.2 AVC系统的控制方式 12

3.2 AVC系统的设计和使用 14

3.2.1 AVC系统的设计思路 14

3.2.2 AVC系统实施方法 15

第4章 地级市电网电压无功优化 16

4.1地级市电网无功优化分析 16

4.1.1 地级市潮流计算 16

4.1.2 计算结果分析 20

4.2制定优化方法 21

4.2.1 针对现有系统该解决的问题 22

4.2.2 具体方案的制定 22

4.3 地级市电网电压无功优化的效果分析 23

第5章 总结 24

参考文献 25

附录A 110kV变电站接线图与平面布置图 26

致 谢 28

第1章 绪论

一百多年前，人类发明了电力技术并建立了电力工业，电力技术与电力工业的出现和发展彻底改变了人们的生产生活方式，促使经济以前所未有的速度发展。随着大众对电能需求的日益剧增，电力网络正快速地发展和壮大，网络结构也更加复杂，在这样的电力环境之下，国家电网必须在为大众提供充足电力供应的前提下确保供电的质量，而电压是电力系统稳定运行的经济性和安全性的重要指标，是电力系统无功平衡状态的直接反映，所以要将系统中的电压偏移和波动限制在规定的范围内，这是电力系统规划设计和运行管理中的一项重要工作。

1.1 无功优化的背景及意义

随着科学技术的发展和社会的进步，人民物质文化水平日益提高，电已经成为了人类赖以生存的基本能源，在这样的背景之下，我国电力负荷需求与日俱增，发电量越来越大，电路网络越来越复杂，电力系统的合理运行至关重要，电力系统运行管理的基本目标是安全、稳定、优质、经济地向用户提供电能。电压是衡量电能质量的主要指标之一，电力系统是否能够稳定运行、电网线路损耗的大小、能否保证生产生活的经济性等方面都要受到电压质量的好坏的影响。所以，如何对电力系统进行合理的规划与布局，在保证电力系统安全可靠供电的同时减少电能的损耗，降低电力系统运行的成本，实现经济效益成为电力系统工作人员以及科研工作者所面对的一个重要问题^[1]。

改革开放以来，电力网络的发展让用户意识到不能仅仅追求充足的电能供给应该对供电质量有更高的要求。众所周知，电力系统有效运行的几个最基本的要求分别是：安全、优质、可靠、经济。其中，安全与可靠是基础条件，这也是电力系统发展初期情况下，电力运营部门所面临的最主要问题。而电网所覆盖的版图扩大，使得安全与可靠之间的矛盾不再是电网供需关系当中的主要矛盾^[2]。现今阶段，用户对电能质量提出了更多更高的要求，所以目前电力运营部门面对的主要难题可以归结为在保障供电安全的前提下，如何实现供需双方的利益最大化。

电压的稳定是研究电力稳定问题时极为重要的一环，因为如果用电设备，比如一个大型电机，长时间工作在欠电压的环境下，一定难以达到最大的工作效率，这样不仅损伤了电机本身，也会给生产带来损失^[3]。那么如何控制才能将电压稳定在额定的运行范围内呢？经过长时间的研究发现，可以通过改进电网中的无功功率来实现。

地级市级别的电网要能够将高压输电网和低压配电网紧密联系起来，是连通用户与电力网之间的桥梁，所以地级市电网电压无功优化问题至关重要。然而，正是地级市电网结构的重要性和复杂性，它所控制的各级变电站中都需要相应的设备配合多级AVC系统来完成电压的无功补偿，这样的系统使得电力系统的运行更具有可观测性及可实时控制性^[4]。近几年来，各类新技术在电力系统中的引入，以及智能电网在国内的发展，给这种控制技术提供了可行性。目前，调度自动化系统已经在国内大部分地区的电力网中成功引入，使电网电压无功能够实现实时控制。在重要的地级市电网中做好电网电压的无功优化，不仅能保护用电设备、减少电网运行不必要的损失，还给用户提供了高质量的电能，也起到节约资源、保护环境的作用^[5]。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

一百多年前电力系统发展之初，就有很多国内外的专家学者开始不断探究电压无功优化的建模、求最优潮流以及系统的设计、开发和优化等问题。随着对供电质量要求的提高，国家发布了新的电网发展要求，各省、市供电公司都在努力提高供电质量，改善电压的合格率，使电力系统的结构与功能得到进一步的完善，以满足各类工厂企业和用户的用电要求。不过因为现阶段我国各类高能耗产业大力发展，供电质量的问题依旧存在，并严重影响到了电压的稳定性，使电网不能可靠供电^[6]。所以提高电能质量的关键就是提高电压的稳定性，而很多电气设备出现问题的原因就在于电力系统中无功功率分布不合理或者无功功率补偿不足，使电气设备的电压有效值不在额定范围内，如何改善无功功率的分布成为无功优化及控制的关键问题。