适用于地区电网AVC的无功优化算法

无功优化问题虽然受到广泛关注，但是因其本身的复杂性，迄今难有公认最优的方法面世。目前无功优化算法大都停留在对模型的校验上，在实践中，仍有许多问题有待解决。要达到无功优化的实用化，尚有一段距离。在现阶段，只能根据要解决问题的特点，来选择相对最优的方法。随着研究工作的深入以及最优化数学方法的发展，无功优化方法会日渐完善，在电力系统中充分发挥其重要的作用。

工程中无功优化常用的算法有以下两种：

1.遗传算法

目标函数为

式中，P_Loss为有功网损；为节点电压约束；为由省网关口功率因数约束转换而来的无功功率约束；i为节点个数，j为省网关口个数。

式中，P_i，Q_i，U_i分别为节点i处注入的有功、无功和电压；G_ij，B_ij，δ_ij分别为节点间的电导、电纳和相角差；h为所有与节点i相连的集合；K为所有省网关口节点集合；，分别为节点电压上、下限；，分别为节点无功上、下限；，分别为变压器变比的上、下限；，分别为发电机机端电压的上、下限。

遗传算法在实际运用中有以下特性：

1）遗传算法适用于解决混合整数优化问题，本身没有对控制变量的连续性假设的限制，可以方便地处理离散控制变量。

2）遗传算法可以方便地处理多目标函数，在处理控制变量和约束条件上也比较灵活，可以根据需要进行定制。

3）遗传算法编码方式灵活，而本系统采用的混合编码方案更加符合问题的自然描述，所以可以方便地考虑对控制变量的约束，方便地引入启发式的搜索。

4）由于遗传算法可以从多个初始值开始搜索，所以能够以较大的概率收敛到全局最优解。

5）简单遗传算法速度较慢，容易陷于局部最优，系统中使用了改进遗传算法。

遗传算法在工程应用中有以下几点实用化处理：

1）每一次优化方案中变压器分接头开关只许调节一档；

2）在优化前每个设备必须经过设备动作次数优化模块预处理，筛选后的设备才允许加入到备选控制变量；

3）并列变压器应该同步调节，在染色体编码时把并列的变压器映射成染色体中的同一个基因位；

4）为防止优化效益并不明显时造成电容器和变压器分接头开关无谓动作，所以允许人工设置网损减少量限值，如果低于此限值，优化方案将不执行；

5）收敛速度较慢，收敛时间在分钟级；

6）最好应用状态估计数据。

2.模糊专家系统

专家系统是一个具有专门知识与经验的程序系统，它根据某个领域专家提供的知识与经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以解决那些需要专家决策的复杂问题。河海大学研制的控制系统涉及的专家系统是根据系统状态的电压、无功等数据及电容器投切和有载变压器分接档位信号，实时对电压/无功进行优化的集中控制。(www.xing528.com)

模糊专家系统的辅助决策工具是潮流计算，如果潮流计算不收敛则依靠全网的灵敏度矩阵辅助决策，有效地保证了指令的正确性。

以河海大学集中式AVC系统中为例，模糊专家系统的技术特点为

（1）全网（集中）控制与分区分层控制相结合

该控制系统涉及的是220kV及以下电压等级，由地调、县调负责的电压/无功自动控制。在控制范围内，采用分区分层控制与全网控制相结合，先分区后分层再全网，来达到无功分区分层就地平衡，稳定全网电压，主变压器分接开关动作次数最少，电压合格率最高。

（2）无功平衡稳定电压与分接开关调节电压相结合

该控制系统时刻通过无功功率分层就地平衡来稳定电压，并维持电压在一定水平，当电压还达不到要求时，再辅以调节主变压器分接开关。所以该控制系统的投入可以确保本地区无功补偿设备的最大投入，同时满足省网关口功率因数的约束，对整个电力系统的无功平衡和电压稳定起着非常重要的作用。

（3）潮流计算、灵敏度分析与专家系统规则判别相结合

该控制系统的优化控制根据专家系统规则、潮流计算和灵敏度分析辅助决策，有效地防止设备投切振荡，不会出现“模糊”的指令。

（4）保电网安全与电压/无功控制相结合

电网安全包括设备安全和系统稳定安全。该控制系统引入了设备的保护信号，实现对设备的可靠闭锁，同时支持用户自定义故障信号，如挂牌、检修等。对于主变压器过负荷，跳闸等故障情况都有相关的闭锁；在确保设备安全方面做了充分的考虑，并已作应急处理。例如电容器跳闸、主变压器分接开关“滑档”、主变压器过负荷保护、10kV母线接地等。

模糊专家系统的典型功能为

（1）全网优化协调电压功能

当无功功率流向合理，某变电所10kV侧母线电压超上限或下限运行，处在不合理范围时，分析同电源、同电压等级变电所和上级变电所电压情况，决定是调节本变电所有载主变压器分接开关还是调节上级电源变电所有载主变压器分接开关，做到多级电压协调控制。

（2）全网优化补偿无功功能

当地区电网内各级变电所电压处在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，提高受电功率因数。

在确保不向上级电网倒流无功的情况下，允许本厂站的无功倒流，实现无功同层平衡的同时降低网损。

同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优先投入；同变电所不同容量电容器组根据计算决策谁优先投入。

当变电所10kV母线电压超上限时，先降低主变压器分接头档位，如达不到要求，再切除电容器；当变电所10kV母线电压超下限时，先投入电容器，达不到要求时，再提高主变压器分接头档位。

软件系统可以根据当前的负荷水平，在电压合格范围内，进行全电网分析，自动实现高峰负荷电压偏上限运行，低谷负荷电压偏下限运行的逆调压功能。