摘要：本文针对新龙地方电网功率因数在低谷时偏高的现状，提出无功补偿优化规划设计方案。结合新龙地方电网的拓扑结构和参数、电缆特征以及下级变电站负荷情况，基于现有电压水平约束，考虑多种典型运行方式，构建多目标优化规划模型，并根据优化目标给出无功补偿位置和安装容量的优化规划建议，以指导企业合理地对变电站进行改扩建和优化运行，提高考核合格指标。
1引言
随着国民经济的增长，人们对电能质量的要求越来越高，但在我国电网的实际运行中普遍存在电网电压质量水平偏低和网损偏高的现象，这不但造成巨大的经济浪费，还直接影响工农业生产的正常运行。由于受到设备技术水平、管理水平及财力物力的限制，我国电力系统无功调节还存在诸如电网参数不够准确、不够完善，系统无功补偿容量不足、分布不合理，系统调压手段匮乏等问题。这就要求在现代电子与计算机技术的基础上，完善基础数据，建立无功优化模型并提出相应的算法，在电网的规划建设和实际调度运行中实现无功优化。在满足电网的安全运行和在各种安全约束的前提下，调节无功补偿容量或者变压器分接头位置，确定最佳的无功补偿位置和补偿容量以及最有利的变压器分接头位置，减少有功损耗和投资。
安全、优质、经济地向用户提供电能是电力系统运行管理的基本目标，而电压是衡量电能质量的主要指标之一，电力系统稳定运行与否、电网线路损耗的高低、工业及农业生产的安全经济性能否得到保证等各方面都要受电压质量好坏的直接影响。因此，尽可能改善电网电压质量是电力系统运行管理的主要任务之一，而电力系统的无功功率平衡及合理分布是保证电压质量的基本条件。另一方面，随着国民经济的迅速发展，用电量大大增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的方向之一。售电市场放开后，输电公司能够通过有效的手段降低网损，提高系统运行的经济性，从而获得更高的效益和利润。
无功优化一直是电力系统的重要研究内容，其目的就是在电压质量得到保证的条件下，使无功补偿设备的布局和配置容量达到最合理的水平，无功运行的网损最小。通过对电力系统进行无功优化配置和调度，不仅可以维持电压水平、提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低有功网损和无功网损，使电力系统安全经济运行，这也是关系电力企业自身经济效益的课题。多年来，专家学者对无功优化进行了大量的研究，并取得了许多成果。由于无功优化模型的目标选择不同，采用的优化方法也有差异。目前比较成熟的常用方法主要有非线性规划法、线性规划法、混合整数规划法、人工智能方法等。根据四川省电力公司下发的《对表指标体系》中提出的220KV主变高压侧功率因数合格率偏低的情况，本文结合新龙地方电网全网的拓扑结构和参数，考虑现有无功补偿装置的容量和布局，构建基于220kV变电站功率因数、网损和无功补偿改造经济性的多目标函数，并基于电压水平约束，考虑多种典型运行方式的无功优化规划，给出无功补偿类型、容量和安装位置的优化规划建议。
2多目标优化数学模型
静态无功优化一般以发电机端电压、补偿电容器投切容量和可调变压器变比为控制变量，以降低系统的有功网损为单个目标，而系统的无功网损也是系统的重要指标，如果系统的无功网损过大，将会影响系统的电压水平。本文充分考虑电网运行的经济性和安全性，建立了以有功网损最小和无功网损最小的多目标数学模型。
(1)有功网损
从经济性角度考虑，无功优化采用的传统目标是有功网损最小：
（1）
为提高电能质量,本文将无功网损最小作为第二优化个目标。
（2）
约束条件包括了等式约束和不等式约束。等式约束即满足潮流方程，不等式约束包括了： 节点或平衡节点的电压、可调变压器的分接头、机组的无功出力、无功补偿装置的容量等控制变量的上下限，以及节点的电压幅值、节点或平衡节点的无功功率注入、支路的视在功率、支路的电流幅值、支路的两端电压相角差等运行边界约束。针对式(1)(2)模型，可考虑如下约束条件：
（3）
式中，、分别表示节点注入的有功、无功功率
分别表示第台发电机无功出力下限、上限和第台无功补偿器容量的下限、上限； 、
分别表示节点电压幅值的下限、上限，、
表示第台可调变压器分接头的调接范围。
3算例仿真
传统内点法数学模型简单直观、计算速度快、理论基础成熟、可以为无功优化方案提出建议性的方案，但线性化导致结果与实际出现差异，无法解决多目标问题。遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。本文结合传统的内点法的单点寻优和人工智能算法（遗传算法）多点寻优算法的特点，进行多目标的寻优。
本文采用新龙县地方电网模型，如图1所示，节点参数如表1所示。基础潮流计算结果如表2所示。输入初始种群规模（以默认值15为例），输入迭代次数（以默认值50代为例），输入计算精度（以默认值25为例），得到潮流优化结果，如表3所示。
表1 新龙地方电网节点参数
4结论
本文结合新龙地方电网全网的拓扑结构和参数，考虑现有无功补偿装置的容量和布局，构建了基于功率因数、网损和无功补偿改造经济性的多目标函数，仿真结果表明，通过无功优化，减少了无功到送，改善了功率因数，降低了有功和无功网损，提高了电网运行的经济性。