基于多区图控制策略的地区电网电压无功优化控制

　　每个区域的控制策略如下： 
　　区域1——电压越上限，无功合格。调节分接头降压，但受三绕组变压器的低压侧电压限制闭锁。
　　区域2——先调节分接头降压，若无功仍越下限，则在终端子网无功调节约束下投入电容器。
　　区域3——在终端子网无功调节约束下投入电容器。
　　区域4——先在终端子网无功调节约束下投入电容器，若电压仍越下限，调节分接头升压。
　　区域5——调节分接头升压，但受三绕组变压器的低压侧电压限制闭锁。
　　区域6——先调节分接头升压，若无功仍越上限，则在终端子网无功调节约束下切除电容器。
　　区域7——在终端子网无功调节约束下切除电容器。
　　区域8——先在终端子网无功调节约束下切除电容器，若电压仍越上限，则调节分接头降压。
　　 3S、7S两区为防振区，一般不加控制。区域0的电压无功均合格。
　　上述策略中“在终端子网无功调节约束下”的含义是：只有在满足终端子网无功调节约束的情况下才允许调节操作，否则，不允许调节操作。“受三绕组变压器的低压侧电压限制闭锁” 的含义是：如果操作会引起三绕组变压器的低压侧电压越限，则闭锁该操作。
1.3 多区图控制过程
　　多区图的控制过程如图2所示。

　　每个调节周期分为两个阶段：
　　首先，判断地区电网的整体无功水平。若无功过剩或不足，则在地区电网无功调节约束下调节地区电网无功，使之处于合格范围或当无调节手段时停止第一阶段调节。第一阶段调节是电网电压无功协调控制的基础，如果取消第一阶段调节，可能由于无功过剩或不足造成调节振荡或调节次数过多。在实际的控制过程中，可以考虑对前二三级终端子网先作终端子网无功平衡调节，会产生更好效果。
　　然后，按照多区图控制策略对各级终端子网进行控制。一般应先控制上一级的终端子网，再控制下一级终端子网，即按电压等级从高到低控制。为了加速控制过程，可以相互独立运行的多个终端子网同时进行控制，并统一判断无功调节约束条件。
1.4控制参数整定
　　控制参数可以通过三种方法进行整定：
　　方法1：时段整定法。先根据电网运行的历史负荷数据和电网的运行要求计算出各个时段各级终端子网的电压和无功的要求范围，用此要求范围整定各个时段的多区图。一般时段的步长以分钟计，间隔可以人为设定。此方法相当于给出了一段时间内统计的电压曲线和无功曲线，其优点是使用简单，整定容易；其缺点是当负荷变化是很难作到无功最优。
　　方法2：负荷整定法。负荷整定法是整定各级终端子网在不同负荷下的电压和无功的要求范围的方法，整定数据一般用多维链表给出，在线进行负荷匹配。此方法要求事先进行无功优化计算，并且得到多维链表需要较长计算时间。当系统的运行方式发生变化后，将带来一定的误差。
　　方法3：在线整定法。在线整定法是一种准实时整定方法，当系统的运行方式、系统负荷发生变化后，或者每一个整定的时间后（一般为分钟级），自动进行无功优化计算，并用计算结果调整多区图的参数，特别是无功上下限，此时无功上下限可以整定为最优无功值附近的一个调节偏差量。即：
　
式中：Q优为无功优化计算出的最优无功值；△Q为无功补偿时的最大调节误差；εQ为调节裕量，εQ >0，εQ整定的越小，调节越频繁，调节也越能跟踪最优无功值。可见在线整定法的调节性能最好。但必须选择收敛性和计算速度都较好的无功优化算法，如经济压差方法等。Q优的计算也可能因系统数据不全或出现局部坏数据而失败，也可能在系统运行方式变化过程中由于远动数据的异步性等带来的较大误差，实际使用中应该判断Q优的合理性。一种可行的方法是将方法2与方法3结合起来，如果Q优在方法2整定的范围内，则采用方法3的整定数值，否则，采用方法2的整定数值，这是以牺牲控制计算机内存为代价的。
1.5 几个特殊问题
　　在地区电网电压无功多区图优化控制中存在一些必须考虑的特殊问题，主要是：
　　⑴ 当电压不合格时一次应该调整多大无功量？一种方法是灵敏度分析法，先离线计算出各种典型运行方式时几种典型负荷下的无功－电压灵敏度数值，控制过程中匹配最接近的运行方式和最接近的负荷来选择应该调整的无功量。另一种方法是具有自学习功能的专家系统法，在控制工程中自动生成各种运行方式时各个阶段性负荷时每投切单位无功容量所影响的电压值（初值也可以采用灵敏度分析法得到），并在控制过程中不停地矫正这些数值。
　　⑵ 充分利用地方小电厂参与调节。很多地区电网都存在小水电厂，其中有些小水电厂具有无功调节能力。小水电机组参与调节受到的限制很多，主要是机端电压和功率极限图的限制，但小水电机组具有平滑调节无功功率的能力，并且由于调节造成的运行费用大大低于投切电容器、电抗器造成的开关检修费用。因此，在无功平衡调节过程中，应该尽可能利用地方小水电厂的调节能力。
　　⑶ 大阻抗元件和重负荷线路的影响及修正。大阻抗元件和重负荷线路将造成较大的电压和功率损耗，调节过程中应该限制其传输的无功功率大小。可以按照1.1所述原理根据电气距离的远近确定无功补偿设备的投切方法。
　　⑷ 如果某变电站无功不足或电压偏低，但该变电站已经没有调节手段时，此时可以考虑同一终端子网内其它变电站或电厂支援无功；同理，如果某变电站无功过剩或电压偏高，但该变电站已经没有调节手段时，此时可以考虑同一终端子网内其它变电站或电厂少发无功。此时，应优先保证电压合格。

2 控制效果分析
　　 相比于在多个变电站装设电压无功综合自动控制装置（VQC）的控制方式而言，基于多区图控制策略的地区电网电压无功优化控制实现了全网的电压无功协调控制，使无功可以达到或接近最优，降低了网损，避免了各个变电站之间可能的调节振荡，对保证电压合格率具有重要作用。
　　相比于基于EMS中电压无功计算软件的控制方案而言，基于多区图控制策略的地区电网电压无功优化控制从根本上解决了计算软件不收敛、电网异步数据、电网数据不全或局部坏数据造成的不可控的影响，实用性大大增强。但每当电网运行方式发生变化和负荷发生大的变化时，控制过程不是一次完成的，而是有一个调节周期存在，控制过程要比采用基于EMS中电压无功计算软件的控制方案时长一些。
　　由于远动系统自身的原因，地区电网的数据具有异步性，电网同一时刻的数据传到主站的时间差可能达到几秒钟，高级计算软件可能因此出现很大的误差，甚至不收敛。但采用多区图控制时，终端子网无功检测的是某一个点的无功值，终端子网电压检测的是某一个或极少数几个点的电压，若出现异步数据偏差较大，将会通过延时再检测来确认，异步数据影响的是调节的误差，且这一调节误差影响将因为电容器容量值的离散性而明显减弱。
　　如果电网数据不全，基于EMS中电压无功计算软件的控制方案由于电压无功计算软件往往无法计算而无法正确控制，但采用多区图控制仍可以达到电网大部分区域协调控制的目标。数据不全的局部区域将会因为其所在的终端子网的控制而改善电压。
　　如果出现局部坏数据，采用基于EMS中电压无功计算软件的控制将出错，采用多区图控制时若第一轮控制的反馈数据不对，将引起控制闭锁，从第二轮控制开始等同于电网数据不全时的控制。

3 实例分析
　　图3为某地区电网局部简图。图中的变电站和水电厂都已经重新编号。