输配电网络的电压安全成本分析

表4-3和表4-4列出了将IEEE-57节点系统节点18、25、53的并联电容器的容量由系统给定的10Mvar、5.9Mvar和6.3Mvar分别改为20Mvar、10Mvar和10Mvar后，计及最小电压安全裕度指标的模糊最优潮流与单目标最优潮流的详细优化结果。仍取当前负荷水平d_p=1.00，即系统给定的负荷条件，约束条件和参数设置与上一节中相同。

表4-3 并联电容器容量增加后IEEE-57节点系统优化结果比较

表4-4 并联电容器容量增加后IEEE-57节点系统各发电机有功与无功出力优化结果比较

比较表4-1～表4-4的单目标最优潮流优化结果可见，两种情况下优化得到的发电机有功出力变化不大，几乎一致。当并联电容器容量较小时（表4-1与表4-2），系统总有功损耗略有增加，从而导致系统发电机总有功出力稍微有所增加。然而，并联电容器容量改变前后，系统中某些发电机的无功出力则有比较明显的变化，发电机3、6、8在并联电容器容量增加后，其无功出力都有不同程度的下降，发电机6的无功出力下降最多，从而使得系统发电机总无功出力下降了21.66Mvar，与所有并联电容器的总增加容量17.80Mvar相比，可见系统总的无功损耗大大降低。

同样，比较表4-1～表4-4的模糊最优潮流优化结果可见，并联电容器容量的增加对考虑系统电压安全裕度的优化运行起到了非常关键的作用。并联电容器容量增加后，系统总发电成本、发电机总有功出力、系统总有功损耗、发电机总无功出力都有不同程度的减少。其中，系统的总发电成本与发电机总无功出力减少最多，分别减少了809.29美元/h和22.47Mvar。另外，并联电容器容量增加前后优化得到的系统实际负荷裕度分别为0.18846和0.20014，即并联电容器容量增加后，系统优化运行的实际负荷裕度已经满足规定的最小电压安全裕度指标，从而使系统的优化运行以最小化系统总发电成本为目标，使优化后的系统总发电成本大大降低。

比较表4-3和表4-4的优化结果可见，考虑系统电压安全裕度指标后，优化得到的总发电成本仅增加了7.62美元/h，而各发电机的有功出力及系统发电机总有功出力、系统总有功损耗都变化不大。相对而言，系统发电机总无功出力与不考虑电压安全裕度指标的情况相比有所增加，总无功出力增加了16.71Mvar。(www.xing528.com)

另外，比较表4-4中各发电机的无功出力可以发现，并联电容器容量增加后，考虑系统电压安全裕度前后系统各发电机的无功出力变化不大，考虑系统电压安全裕度后，各发电机的无功出力仅在未考虑系统电压安全裕度的基础上稍有增加。这与表4-2中并联电容器容量增加前的情况相比，各发电机无功出力在考虑系统电压安全裕度前后的分配有较大改善。

对比以上优化结果，一方面表明了并联电容器对于提高系统的电压安全裕度有着非常重要的作用；另一方面，由于并联电容器提高了系统的电压安全水平，使得考虑系统电压安全裕度指标的优化运行几乎不受该指标的影响，从而实现了系统各发电机有功出力与无功出力的基本平衡，减少了系统总发电成本，降低了系统的有功、无功损耗，提高了系统的电压安全裕度，同时使得各发电厂商都能获得比较均衡的经济利益。

综合以上，输配电网络的电压安全成本主要体现在对并联补偿装置、有载调压变压器和新型的FACTS（Flexible AC Transmission System）控制设备等无功电压支持元件的成本投入与维护费用。输配电网络无功电压支持元件的成本回收通常采用以下公式^[3]：

式中，C_Qi（美元/h）表示无功电压支持元件i的每小时使用费；K_i（K_i＞1）为投资维护运行系数；I_Qi（美元/kvar）表示无功电压支持元件i单位容量的投资成本；Q_i（kvar）表示无功电压支持元件i的无功容量；T_lifei（h）表示无功电压支持元件i的预期使用寿命；ηi表示无功电压支持元件i的平均使用率。

在此基础上，为了提高输配电公司参与维护系统电压安全稳定的积极性，可将投资维护运行系数K_i在经验值的基础上通过可行性论证分析，适当地调高，以回报给电压无功支持元件的投资商，使其有利可图，从而激励他们继续投资无功电压支持元件，形成投资→建设→使用→回报→投资的良性循环，以保障系统的电压安全水平。

另外，考虑电压安全裕度的模糊最优潮流模型同时计及了系统的线路潮流约束，只是因为仿真测试系统给定的线路潮流约束比较宽松（如IEEE-9节点系统）或者没有提供。因此，在最优潮流计算中没有体现系统的最大输电能力对系统电压安全稳定的影响。实际上，电力市场环境下电网的公开准入对输电系统的最大输电能力提出了更高的要求，可用输电能力及输电阻塞管理的研究正是针对这一问题展开的详细讨论。电网的最大输电能力与系统电压安全之间的关系是有待进一步深入研究的课题。