基於SCADA數據的地區電網無功優化

　　近年來隨著城網改造的深入，負荷需求的迅猛增長，電壓穩定問題變得日益突出。而基於離線數據的傳統無功電壓優化手段已經不能滿足現代電力企業的要求。因此，使得能夠跟蹤反映電力係統實時運行狀態，基於實測數據的在線電壓/無功優化控製成為研究和應用的熱點，受到人們越來越多的關注。
　　本文介紹了一套實用化的電網無功優化計算軟件。該軟件利用SCADA係統提供的電網運行的大量實時數據，以各節點電壓合格為約束條件，以電網電能損耗*小為目標，利用微分演化算法進行無功優化計算分析，得到有載調壓變壓器運行的*佳檔位和電容值，從而形成有載變壓器分接開關調節和無功補償設備投切控製指令，為電網經濟運行提供了科學的依據。
1、無功優化計算數學模型
　　簡單來說一個完整的無功優化數學模型應該包括潮流（功率）約束方程、變量約束方程和目標函數等。電力係統無功優化的目標函數主要包括技術性能指標和經濟指標兩個方麵，目標函數的確定因對指標的側重點要求而有所差異，主要有：電網的有功網損*小；電壓質量*好、電壓合格率*高；變壓器分接頭和電容器投切次數*少；電網無功補償容量*小；係統總運行費用*低。
2、基於SCADA數據的無功優化計算軟件設計與實現
　　基於SCADA數據的無功優化計算軟件的主要設計思路是基於Windows環境、采用麵向對象技術、以VisualC++6.0作為平台研究開發具有標準輸入輸出接口和人機界麵、麵向全網的在線電壓/無功優化控製係統。該係統采用SQLServer2000數據庫作為數據管理工具，以電網網絡參數和SCADA係統獲取的實時數據作為輸入，通過智能無功電壓優化給出*佳變壓器分接頭位置及無功補償設備投切策略，用以指導無功優化控製策略的製定和運行調度人員的工作，結果以報表的形式給出。
　　2.1遙測遙信庫
　　該數據庫用來存儲SCADA係統采集到的電網各節點遙測遙信量，主要提供電網的實時和曆史數據，包括：開關、刀閘、斷路器狀態量；發電機、負荷、線路末端、變壓器各側的有功負荷值、無功負荷值；各母線的電壓值；變壓器檔位值等。開關、刀閘、斷路器狀態量中的狀態量為遙信量，其餘各量為遙測量，主要功能是提供電網運行實時狀態量，為無功優化提供初始值。
　　2.2電網物理參數數據庫
　　該數據庫主要用來定義電網的網絡結構和存儲各種設備參數信息，反映電網設備間的物理拓撲連接關係。在進行網絡建模時通過調用設備參數信息提供電網元件的有名值或者標麼值。電網物理參數數據庫是以EXCEL表的形式構成的，每個表均有特定的物理含義，與實際電網及所屬設備相互關聯，例如LN表代表線路，包含了線路類型、線路長度、線路末端物理節點號等相關信息，可以根據線路類型和線路長度獲得其電阻、電抗和電納參數，末端物理節點號則反映了其物理拓撲連接關係；再如XF表代表變壓器，包含了變壓器的相關信息。
　　2.3網絡拓撲分析模塊
　　網絡拓撲模型分為靜態拓撲模型和動態拓撲模型。靜態模型描述電網設備之間的物理拓撲連接關係，一旦建立了係統模型，就相對穩定，隻有設備新增、變更時會引起網絡靜態拓撲模型的改變；動態拓撲模型則隨著所有開關設備的實時運行狀態改變，它描述了設備在電氣上的連接狀態和連接方式。
　　網絡拓撲分析模塊先通過程序訪問電網參數數據庫，分析形成靜態拓撲模型，同時進行物理節點編號並建立各元件的數學模型；然後訪問實時遙測遙信庫，通過開關、刀閘或者斷路器的**ID標識讀取開關狀態，分析形成動態拓撲模型，將物理節點編號進行優化形成計算節點編號。
　　根據電網中的各元件的數學模型和它們實時的聯結方式或拓撲關係，初步形成了在線實時電力網絡數學模型。
　　2.4狀態估計模塊
　　為了建立可靠的電力網絡數學模型，狀態估計通過檢測、辨識**數據，補充不足量測點，用以提高量測數據的可靠性和完整性，加強全網的可觀測性。狀態估計模塊主要基於網絡的拓撲模型，利用SCADA的實時信息和電網的接線方式及運行狀態，估計出各母線的電壓幅值和相角及元件的功率，並根據潮流的*優估算值進行相應調整。至此，在線實時電力網絡的數學模型已形成。
　　2.5電壓/無功優化模塊
　　整個無功優化模塊的實現分為兩個主要子模塊：電力係統潮流計算子模塊和應用微分演化算法的無功優化求解子模塊。本文選用P-Q分解法作為潮流計算方法，采用微分演化算法進行無功優化計算。即以電網網絡參數和SCADA係統獲取的實時數據作為輸入，以各節點電壓合格為約束條件，以電網電能損耗*小為目標，通過給無功優化算法設定初始參數，*後給出*佳變壓器分接頭位置及無功補償設備投切策略，用以指導無功優化控製策略的製定和運行調度人員的工作。
3、關鍵技術
　　3.1 SCADA壞數據處理
　　在實時數據的采集過程中，由於係統中的乾擾，可能會采集到一些壞數據，如果不進行處理，將會引起錯誤的判斷和決策，並且設備數目眾多分布範圍廣泛，網絡接線複雜不可能對網絡的所有運行狀態量進行監測，使得在實時情況下獲取的測量數據也不可避免地存在測量誤差。因此，在程序的實現過程中，通過加入經驗數據項進行人工乾預以增強數據的有效性和可靠性。即由專家對各計算節點尤其是對缺少量測的計算節點的有功負荷值、無功負荷值、電壓值提供經驗數據，分彆給出正常值和*大*小限值，如果量測信息越限，程序會自動舍棄實測數據而取專家經驗數據。
　　3.2 EXCEL宏命令快速導入到SQL數據庫
　　電網物理參數數據庫既可以存儲在調度中心的主機服務器上，也可以存儲在工作站上，一般為了方便維護安裝在工作站上，同遙測遙信庫一樣，利用SQLServer來進行數據管理。可是對於用戶來說，EXCEL表格是應用*廣泛的軟件，便於推廣。然而，在填好EXCEL格式的電網物理參數表之後，將其導入到SQLServer數據庫的操作過程即繁瑣又宜出錯，不便於操作。因此，在係統開發的過程中，利用EXCEL強大的宏功能，通過編寫代碼使這一過程變得非常簡單，隻需在填寫完所有表格之後點擊一個按鈕就可快速完成將EXCEL表格導入到指定SQLServer數據庫的過程，大大縮短工作時間，提高工作效率。
4、算例分析
　　某地區共有220kV變電站2座，110kV變電站5座，35kV變電站22座，用戶變電站18座，電廠1座。運行在線無功電壓優化與控製係統，經分析電網（110kV等級）共有2個發電機節點，15個負荷節點，6條變壓器支路（均為有載調壓變壓器），26條線路；6組並聯電容補償器。
　　取該地區電網某一時間斷麵（2006年8月11日）進行無功優化計算。優化前後電網節點電壓比較圖如圖1所示。
　　
　　圖1 優化前後電網節點電壓比較圖
　　係統優化後網損率由8.163%降低為7.079%，網絡損耗有明顯降低；由圖1可以看出電網整體節點電壓水平有很大改善，且均在電壓限值範圍內，提高了電壓合格率。
5、結束語
　　綜上所述，在線電壓/無功優化控製係統的整個控製流程符合工程實際運行。應用表明，優化結果明顯，能夠有效地降低網損率，保證電壓質量，滿足電網經濟**運行的要求；係統操作界麵簡單易用，方便運行人員掌握，能夠在線為運行調度人員提供無功優化控製策略以指導電網運行；具有重要的理論價值和廣闊的應用前景。