郑继南
广东电网汕头供电局濠江局
摘要：无功优化是一个较传统的课题，是电力系统运行与控制中稳定运行和系统安全保障的一种方法，也是提升电压质量、减少系统网损的一种手段。无功优化对电力系统在现实运行之中是有意义的。无功优化属于较复杂的非线性混合整数规划问题，该控制变量包含了连续变量和离散变量，整个优化过程并不简单。在无功优化这方面，专家们都提出过许多相关的解决办法，本文旨在厘清无功优化的研究现状，为今后的研究起到一定借鉴意义。
1何为无功优化
无功优化其含义就是在电力系统的结构组织和规定的负荷情况之下，以控制某变量进行优化，来找出符合其约束条件，并让一个或者几个的性能指标得到最大值优化的无功调节方法。
2无功率对电力系统的影响
无功率对电力系统的会产生影响的原因可分为两个方面，其一为有功损耗，其二就是电压损耗。
2.1无功功率与电压的关系
在电力系统之中其无功功率和该电压水平是有紧密联系的。在系统之中每一个无功电源中的无功功率输出都要达到网络损耗与系统负荷在额定电压之下所产生的无功功率要求，不然电压就会远远达不到额定数值。在高压电力系统之中，在正常情况之下，系统运行过程中产生的电压
.png)
道电压U与电网结构（R+jX）时，电压传出的电压损耗△U和无功功率Q会形成一个正比。而这个无功功率会因其电压特性，来影响无功功率的上升或者下降，如若系统当中有许多的无功功率产生了流动，会影响经过的每个节点，使其电压下降，但是有一定无功功率的负荷，会让其端电压稳定在一个平衡的电压水平。如若系统的无功电源容量远远达不到要求的时候，那么负荷当中的端电压就可以被减少。因此，规定电力系统当中的无功电源容量必须要满足其需求（包含了应该需要的无功电源备用电量），反之，需要通过添加无功补偿设备，来稳定这个系统中无功功率的一个平衡关系。
2.2无功功率与有功网损的关系
有功网损是一项有关于电网建设健全与管理水平的综合性指标，当中就有线路的有功损耗和变压器。
.png)
从式子（1-1）与（1-2）可知，其无功功率与有功功率在经过网络元件的时候，就会产生有功功率的损耗。而当其输送出的有功功率是额定值的时候，传送出来的无功功率可能就变得更大，其汇总的有功损耗就会更大，相反当输送出的有功功率较少的时候，其整体的有功损耗就会更小。导致有功损耗出现增加情况的直接原因是流动的无功功率。所以，减少电网当中有功损耗的方法，就要尽力减少电网当中流动的无功功率。
3无功优化的意义
电力系统的无功优化是一种用于保障经济运行与系统安全的良好方法，也能够有效提升电压系统当中的电压质量。而无功功率的有效优化能够提升电压质量、优化电压分布、减低整个电力传输过程当中的部分电脑损耗，能够减少整个电力成本，并能够稳定电力运行的水平，也能提升电力的传输能力。
这些年，我国在电力工业这方面的发展十分迅速，全国电力设施与发电装机容量都较以前有了很大的提升。但我国在电力系统的无功电源建设管理甚至设计方面都需要进一步的努力，更何况有线损率高、电压质量低、功率因数低这一系列的问题。特别是在现如今，电力系统联网的容量持续加大，传输过程中的电压也会持续提高，因此无功功率会受高压线路中的输电功率和投切的影响，进而系统对电压调节控制力和无功功率的要求标准也会随之提高。对电力系统进行无功优化的最终目的，便是利用合理分布的无功潮流来稳定电压水平，提升系统电压的稳定性，且使有功网损得到减低。所以，利用电力系统当中的无功来优化调度与配置，不但可以稳定电压水平，提升电压稳定性，减低有功与无功的网损，还能调度人员的安排方法以及对电网进行无功优化的重要工具。无功优化的意义与经济效益就体现在改善电压质量、提高电网运行、电能得到结缘等等方面。
4电力系统无功优化的研究现状
电力系统无功优化的研究历史十分长久，从电力系统进行投入运营之后，在电力行业中其研究方向都是以无功优化的建模与求解为主。电力系统进行无功优化是一个多变量和多约束的混合非线性规划问题，其特点如下：
(1) 非线性：为达到数学模型的功率平衡，其约束条件有有功、无功、潮流计算方程，而潮流方程是一个经典的非线性方程。
(2)离散性：无功优化之中的离散变量是装设某处的无功补偿设备，举个例子比如电容器组和电抗器组的数量表示等等。
(3)大规模：如今的电力系统内含了出线、节点、发电机、变压器、电容器、电抗器，其结构并不简单。
(4)收敛性依赖于初值：在整个无功优化的数学模型之中，潮流方程需要考虑到等式约束之中去，而且潮流方程本就是一个超越方程，所以在无功电压优化这个问题上，他不是凸的，是有许多解答方式的。而非线性就是其问题约束中的主体，其导入离散变量之后，是很难维持连续可微的标准要求，随意这个收敛性就更加依赖于初值，这个初值的选择会对其造成很大的影响。
1962年，J.Carpentier是一位法国学者，他就发表了经济调度模型要建立在一个严格的数学基础之上，当中蕴含了电压以及另外的运行规定约束条件，这也就是后面被称为最优潮流（OPF）的列式。其合以往的经典潮流计算或者状态估计都相差无几，能够以电网所含有的物理性质来完成OPF问题的解耦处理，让这个问题一分为二，进而就包含了无功子与有功子的优化问题，其中无功优化这个问题是OPF重要的构造部分，近些年来全球的大部分专家都进行了这方面的专研，也产生出多种算法。但这些算法都被归纳到人工智能算法与无功优化经典算法之中。
无功优化经典算法的含义就是从某个初始点出发，依照一定的轨迹对当前解进行连续的改进，并最后手链成最优解。而动态规划法与线性规划法都属于这类优化方法。非线性规划法等等。而这类方法历经了三个大阶段，第一个阶段只将等式约束建立于拉格朗日函数等网损微增率的准则之上考虑其中，但该准则十分简便，概念清晰，其作用十分显著，特别是依靠经验来做决策的时候；第二阶段就是将不等式约束中每一种优化算法考虑了进来，比如混合整数规划法、线性规划法、梯度类算法等；第三个阶段就是障碍函数类的算法，这种算法的计算速度跟求解问题的规模大小没有多少关系，所以它是整个优化研究界的热点。
5无功优化的研究展望
在以往的无功优化的意义上，其都是将有功网损最小当成目标函数，这样能够让电网效益达到最大化，但是该方法仅把一些基本运行的约束条件和经济效益考虑其中，而且系统会容易被达到极限状态，而且无法满足用户逐渐提高的要求，这样在进行无功优化的时候，不但要将经济效益考虑其中，还要将电压质量的水平考虑进来。