电力系统无功优化调度研究综述--中国期刊网

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电力系统无功优化调度研究综述

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：蒋国立

[导读] 摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。

        国网黎城县供电公司山西省长治市黎城县 047600
        摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题，对于电力系统的安全具有重要意义，受到国内外电力学者和研究人员的充分重视。本文对无功优化调度的计算和控制进行了深入讨论，提出了寻优质量，离散变量处理，求解效率动态优化调度及其协同优化方法等关键性问题。
        关键词：电力系统；无功优化调度；研究
        一、电力系统无功优化问题概述
        电力系统无功优化调度问题是指在电力系统无功电源较为充足的情况下，通过调节发电机机端的电压，调整变压器抽头变比，改变无功补偿装置的出力等措施来调整无功潮流。从而使系统电压值能够达到合格值。同时把全网有功损耗降到最小。电力系统无功优化调度问题有时也被称为电力系统无功优化控制，或者电压无功优化控制，无功优化潮流问题等。
        电压质量是衡量电力系统电能质量的一个重要指标。在各种电能质量问题中，电压波动过大产生的危害是最大的。它不止会影响电气设备的性能，它会影响到系统的稳定和运行安全。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题。保证电气设备的安全运行。无功优化调度在保证现代电力系统的安全性和经济性双面的作用不可小视。
        从笔者的观点来看，电力系统无功优化调度，分为静态无功优化调度和动态无功优化调度。静态无功优化调度是指不考虑控制设备是否允许连续调整的情况下，只追求对于电压水平和网损的无功优化。而动态的无功优化调度是指在无功优化过程中，为了适应负荷的动态变化，而加上对控制变量的每日允许操作次数限制的考虑。还要考虑到电力系统各种不同的负荷水平和运行状态下所产生的各种调度结果的相关联系。所以动态优化比静态优化问题要复杂一些。静态优化一般是停留在理论层面的，而动态优化往往是在实际生活中的。
        电力系统无功优化调度问题从数学的角度来讲可以类似于一个目标函数和一组约束条件。这个问题具有多目标性，约束条件数量多，非线性不确定性，离散性，多极值性，解的空间缺少连通性等。随着我国电力系统规模的不断扩大，对于无功优化算法的要求也越来越高。如何快速得到最优解。解决不可行问题等都变得十分复杂和困难了。
        二、无功优化的几种常用计算方法
        无功优化的求解方法主要有非线性规划法，线性规划法，混合整数，动态规划法等常规方法。以及像神经网络法，专家系统方法遗传算法等非常规性方法。这些方法在无功优化的求解方面各有利弊，下面来一一进行分析。
        1.非线性规划法。非线性规划法是最先被运用到电力系统无功优化中的一种算法。因为无功优化本身便是具有非线性的特点的。这种算法的优点是既能够保证电力系统的安全性又能够实现他的经济性，还能提高电能质量。非线性规划法的运算操作形式是，首先设定一个目标函数。然后把节点功率平衡作为等式的约束条件。然后再通过引入松弛变量的方法发布董事的约束条件转换成等式的约束条件。那么这个复杂的无功优化问题就转换成了一个非线性代数方程组求解的问题。
        2.线性规划法。无功优化虽然是一个非线性问题，但是我们可以对其进行线性化之后再进行研究。通过线性规划的方法对无功优化进行计算，具有加快计算速度，使各种约束条件处理简单化。线性规划法因其较为简单便捷，所以得到了较快的发展。它具有速度快收敛性好算法稳定等优点。但是在进行无功规划优化时需要对目标函数和约束函数进行线性化处理。这便是一个非常容易出问题的环节。

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如果选取或处理的不合适，很有可能会引发震荡或收敛缓慢。在把无功优化的线性规划模型确定好之后，它的求解方法一般采用具有指数时间复杂性的单纯形法，或者是这一形法的各种变形。美国贝尔实验室于1984年提出内点法。内点法具有迭代次数变化少，鲁棒性和收敛特性较好的特点，很多专家学者在应用中证实它比单纯形法更具有优越性。人们越来越多地开始采用内点法来解决无功优化问题。
        3.混合整数算法。非线性和线性规划法虽然各有各自的优点。但是在实际应用中它们都难以反映出变压器分接头变化以及电容器组，电抗器投射的离散特性。为了解决这个问题，便有学者发明了混合整数规划方法。在一般的线性规划问题中，最优解是分数和小数的情况很多，但是对于具体的问题来说，他一般要求某些变量的解必须要是一个整数。把规划中的变量限制为整数，称为整数规划。这个方法能够有效的解决优化计算中变量的离散性问题。它的原理是通过分支定界法，不断的定系缩小范围，使得结果越来越接近于最优解。但是这一算法也存在一些弊端。它的计算时间属于非多项式的类型。随着计算维度的不断增加，计算时间也会快速增长，这样在实际操作中便难以及时有效的反映问题，所以混合整数规划优化算法应当向着更好的适应系统规模，加强实用化这个方面不断发展。
        4.人工智能方法。上面提到的三种算法的共同缺陷是他们都存在着无法找到全局最优解的可能性。而且传统的数学优化方法一般都需要依赖于非常精确的数学模型。这就造成了这一问题的复杂性，从而导致它难以被实时控制。基于这一原因和人们受自然界和人类本身的启发。人工智能方法开始逐渐被研究并应用到电力系统无功优化中。例如专家系统，神经网络等都是一些较为具有代表性的人工智能方法。专家系统方法是指在结合上其它方法的基础上，依据专家的经验设置出初始值，然后不断的调整控制参数的大小，选举出一个比较好的解，将专家系统应用于无功优化，有利于结合上运行人员的专业知识，从而增加功能性。人工神经网络又被人称为连接机制模型，它是一个由大量简单元件广泛连接而形成的，被用来模拟人脑行为的一个十分复杂的网络系统。
        三、无功优化的领域的关键性问题及发展动态
        1.存在的关键性问题。笔者认为目前无功优化领域需要解决的关键性问题有五点。一是选择哪种算法可以求出最优解，二是我们是否能够直接处理离散控制变量，不再采用连续化假设的方法，三是在电网规模不断扩大的同时，优化算法的巡游速度能否赶上实时计算的需求，四是如何解决好控制设备动作次数的限制问题，五是在大规模电网中无功优化调度如何更好的实现对于全局的协调优化控制。
        2.国内外关于这些问题的研究现状。就目前国内外的发展情况来看，现在学者们研究的问题大多是针对选择何种优化算法可以求得最优解的，当然，这一研究也取得了较大的成果。而对于不采用连续化假设直接处理离散控制变量来说，只有进化算法和内点算法能够解决这一问题。就目前所存在的算法来看，随着电网规模的不断扩大，优化算法的速度是难以赶上实时计算的需求的，这一点还需要我们不断加大研究力度。而且我国对于动作次数的复杂约束性问题的研究还比较少，缺乏对于这一问题的严重性的认识。我国目前采用三层电压无功控制的范围，在一定意义上有能够有效的进行全局的协调优化控制。但是这还不算是真正意义上的全局优化，只是将目标进行了层次化，并没有将网损和控制设备动作次数的限制考虑进来。所以这些问题都还有待深入的研究。
        总结
        电力系统无功优化问题是一个非常重要的问题。无功优化对于电力系统的安全经济运行具有重大意义。但是这一领域内还有许多关键性问题尚未解决，我们应当加大对他们的重视性和研究力度。以求实现对于全局的协调优化控制。
        参考文献
        [1]敖玉峰.电力系统无功优化调度研究分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2014,(09).
        [2]白强.电力系统动态无功优化调度的调节代价探讨[J].价值工程,2014,（36）.