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配电网无功电压优化运行控制方法

摘要：配电网优化控制方法在理论上有许多控制方法，但是在实际应用过程中，因为有许多不确定因素，简化了约束条件，并进行综合考虑，从而实现优化运行的目的。本文在配电自动化的基础上进一步阐述配电网优化控制的方法。

一、配电自动化

配电自动化系统的功能基本有5个方面即配电 SCADA、故障管理、负荷管理、自动绘图规范设理，地理信息系统(AM/FM/CIS)和配电网高级应用。

同输电网的调度自动化系统一样，配电网的SCADA也是配电自动化的基础，只是数据采集的内容不一样，目的也不一样，配电SCADA针对变电站以下的配电网络和用户，目的是为DA/DMS提供基础数据。但是，仅仅是配电 SCADA的三遥功能，并不能称为配电自动化系统，必须在配电SCADA基础上增加馈线自动化(FA)功能。馈线自动化的基本功能应包括馈线故障的自动识别、自动隔离、自动恢复。配网故障诊断是一个复杂的问题，根据配网实际情况和故障情况的差别，诊断的步骤与方法不同。诊断方案应适用于单相接地故障、相一相故障、相一相接地故障和三相故障。使用范围为中性点不接地或小电流接地系统。为了完成DA的功能，配电SCADA除了可以采集正常情况下的馈线状态量，还应对故障期间的馈线状态进行准确的捕捉;除可进行人工远程控制，还应对馈线设备进行自动控制，以便实现故障的自动隔离和自动恢复。

二、配电网优化控制方法

为了降低预想事故集中的扰动带来的损失，减少事故后的操作代价，使系统从不安全状态回到正常状态，所采取的一系列控制措施。如果系统进入紧急状态，此时进行的防止事故扩大的操作称为紧急控制，使系统进入待恢复状态。对处于待恢复状态的系统，需要采取负荷转供和负荷切除等手段，以尽快的给尽可能多的失电负荷恢复电能供应。本文将重点讨论恢复控制中的网络重构、电容器投切以及相关的综合优化方法。

1、配电网网络重构

配电网网络重构是通过选择分段开关、联络断路器的开合状态，来改变网络的拓扑结构，以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量、实现*运行方式的目的。网络重构是一个比较复杂的问题，它是网络结构的优化，从数学模型来看，属于非线性组合优化问题。如果系统的网架结构和电气状况允许，对每一个单重故障，将可以找到多个可行的转供方案，方案越多，一则可以粗略的认为该系统的网架结构越坚强。

在树枝没有联络断路器存在的配电网中是不存在重构问题的，所以配电网络重构理论的推导都是基于配电网具有环形结构开环运行的网络。在配电网中存在大量的常闭分段断路器和少量的常开联络断路器，随着负荷的波动或者故障的原因，各条馈线在轻载与重载之间转换，配电网的结构允许其开合交换支路，平衡各条馈线之间的负荷，这不但可以增加各条馈线的稳定裕量，消除过载，提高其安全性，还可以提高体的电压质量，降低网损，提高系统的经济性。

配电网重构是一个有约束的、非线性、整数组合优化问题，通常以网损*小为目标函数，以电压质量、线路变压器容量等为约束条件，目前配电网网络重构的'算法有很多，诸如*短路径法、遗传算法、快算支路交换算法、穷举搜索法等，这些算法都在处理目标函数上，在不同的方面取得了一定的进展，但是考虑到网络重构在实际中仅是配网优化控制的一个方面，是在多目标决策下的一种优化，还需要受到其它优化目标的限制，所以这些网络重构算法在实际应用中还需要做一定的调整。

2、电容器的投切

电容器投切在一般的配电网优化中，主要作用就是改善电能质量和降低网损，电容器的投切对配电网的优化控制有着很重要的意义。长期以来，研究规划阶段电容器优化配置的文献比较多，对运行中电容器优化投切的研究还非常有限。后来许多学者就电容器的投切策略做了大量的研究，还有些学者针对配电网的模型进行了研究，并对相应的算法做了进一步改进。比如在中低压配电网中，三相负荷由于是随机变化的，且一般不平衡，但大多数对电容器优化投切的研究是建立在三相负荷平衡的假设条件上的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡，进而增加线路损耗，同时会对接在供电点上的电机运行产生不利影响。因此许多学者开始研究三相模型，其中有人提出了一种配电网中三相不平衡负荷的补偿方法，还有些文献利用三相负荷模型进行电容器优化投切的研究，取得了较好的效果。

就优化方法而言，不少文献和著作都介绍了各种各样的算法，具体可以分为两类：数学模型的解析算法和优化问题的人工智能算法。前者主要有非线性规划、线性规划、整数规划、混合整数规划和动态规划等算法;后者有人工神经元网络算法、遗传算法、模拟退火算法、Box算法和Tabu搜索法等现代启发式算法。解析算法迭代次数少，收敛速度快，但得到的往往是局部*解。智能算法计算速度较慢，但在全局*性方面较好。在实际应用中，采用解析类算法的相对多一点。

3、综合优化

如果将考虑安全性的网络重构和电容器投切结合起来，这就是计及安全性的配电网综合优化。配电网络重构是一个有约束的整数规划问题，配电网络电容器投切是个非线性整数规划问题，即使单独考虑其中一个问题就已经十分复杂，若将它们综合起来考虑就会更加复杂，网络结构的优化影响着电容器投切，电容器投切又反过来影响网络结构的优化，二者相互影响。对大规模配电网而言，有一种解决办法就是将综合优化问题分解成网络重构和电容器投切两个优化子问题，对这两个子问题进行交替迭代逐步逼近*解。即在重构算法的优化过程中所得到的每一个可行重构方案的基础上，加载电容器投切过程，得到基于该重构方案的一个综合优化解，然后依据目标函数交替迭代，向*解不断逼近，直到获得*终可行方案。这种配电网预防控制的综合优化方法，由于所针对问题及求解过程的复杂性，使得在线应用具有一定的困难，一般用在离线的运行规划、安全性分析与调度当中。电容器采用基于遗传算法的投切方法进行计算，在现有的补偿设备基础上，以网损*小为目标，在满足电压约束前提下，使整个网络有功损耗*小。而网络重构通过仿真配电网潮流的计算和网损的评估，来对配电网进行重构，确定*网络结构。若单纯以配电网的网损作为衡量指标，则只做电容器投切的算法效果*，综合优化的次之，重构的效果相对*差，但是从配电网整体综合优化的角度来看，综合优化的方法则有可取之处，具体选择哪一种算法，需要根据实际配电网的运行情况来加以考量。

配电网优化控制方法在理论上已经有许多控制的方法，但在实际的应用过程中，由于存在着许多不确定因素，如环境因素、政府政策等，*化的结果很可能是个综合、折衷的结果，而不是单个方面优化后的*结果。配电网的运行是多个指标的综合体现，在具体的操作中，可以考虑如何将这些约束条件进行简化处理，并进行综合考虑，从而达到配电网优化运行的目的。