基于SCADA数据的地区电网无功优化

　　近年来随着城网改造的深入，负荷需求的迅猛增长，电压稳定问题变得日益突出。而基于离线数据的传统无功电压优化手段已经不能满足现代电力企业的要求。因此，使得能够跟踪反映电力系统实时运行状态，基于实测数据的在线电压/无功优化控制成为研究和应用的热点，受到人们越来越多的关注。
　　本文介绍了一套实用化的电网无功优化计算软件。该软件利用SCADA系统提供的电网运行的大量实时数据，以各节点电压合格为约束条件，以电网电能损耗*小为目标，利用微分演化算法进行无功优化计算分析，得到有载调压变压器运行的*佳档位和电容值，从而形成有载变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，为电网经济运行提供了科学的依据。
1、无功优化计算数学模型
　　简单来说一个完整的无功优化数学模型应该包括潮流（功率）约束方程、变量约束方程和目标函数等。电力系统无功优化的目标函数主要包括技术性能指标和经济指标两个方面，目标函数的确定因对指标的侧重点要求而有所差异，主要有：电网的有功网损*小；电压质量*好、电压合格率*高；变压器分接头和电容器投切次数*少；电网无功补偿容量*小；系统总运行费用*低。
2、基于SCADA数据的无功优化计算软件设计与实现
　　基于SCADA数据的无功优化计算软件的主要设计思路是基于Windows环境、采用面向对象技术、以VisualC++6.0作为平台研究开发具有标准输入输出接口和人机界面、面向全网的在线电压/无功优化控制系统。该系统采用SQLServer2000数据库作为数据管理工具，以电网网络参数和SCADA系统获取的实时数据作为输入，通过智能无功电压优化给出*佳变压器分接头位置及无功补偿设备投切策略，用以指导无功优化控制策略的制定和运行调度人员的工作，结果以报表的形式给出。
　　2.1遥测遥信库
　　该数据库用来存储SCADA系统采集到的电网各节点遥测遥信量，主要提供电网的实时和历史数据，包括：开关、刀闸、断路器状态量；发电机、负荷、线路末端、变压器各侧的有功负荷值、无功负荷值；各母线的电压值；变压器档位值等。开关、刀闸、断路器状态量中的状态量为遥信量，其余各量为遥测量，主要功能是提供电网运行实时状态量，为无功优化提供初始值。
　　2.2电网物理参数数据库
　　该数据库主要用来定义电网的网络结构和存储各种设备参数信息，反映电网设备间的物理拓扑连接关系。在进行网络建模时通过调用设备参数信息提供电网元件的有名值或者标么值。电网物理参数数据库是以EXCEL表的形式构成的，每个表均有特定的物理含义，与实际电网及所属设备相互关联，例如LN表代表线路，包含了线路类型、线路长度、线路末端物理节点号等相关信息，可以根据线路类型和线路长度获得其电阻、电抗和电纳参数，末端物理节点号则反映了其物理拓扑连接关系；再如XF表代表变压器，包含了变压器的相关信息。
　　2.3网络拓扑分析模块
　　网络拓扑模型分为静态拓扑模型和动态拓扑模型。静态模型描述电网设备之间的物理拓扑连接关系，一旦建立了系统模型，就相对稳定，只有设备新增、变更时会引起网络静态拓扑模型的改变；动态拓扑模型则随着所有开关设备的实时运行状态改变，它描述了设备在电气上的连接状态和连接方式。
　　网络拓扑分析模块先通过程序访问电网参数数据库，分析形成静态拓扑模型，同时进行物理节点编号并建立各元件的数学模型；然后访问实时遥测遥信库，通过开关、刀闸或者断路器的**ID标识读取开关状态，分析形成动态拓扑模型，将物理节点编号进行优化形成计算节点编号。
　　根据电网中的各元件的数学模型和它们实时的联结方式或拓扑关系，初步形成了在线实时电力网络数学模型。
　　2.4状态估计模块
　　为了建立可靠的电力网络数学模型，状态估计通过检测、辨识**数据，补充不足量测点，用以提高量测数据的可靠性和完整性，加强全网的可观测性。状态估计模块主要基于网络的拓扑模型，利用SCADA的实时信息和电网的接线方式及运行状态，估计出各母线的电压幅值和相角及元件的功率，并根据潮流的*优估算值进行相应调整。至此，在线实时电力网络的数学模型已形成。
　　2.5电压/无功优化模块
　　整个无功优化模块的实现分为两个主要子模块：电力系统潮流计算子模块和应用微分演化算法的无功优化求解子模块。本文选用P-Q分解法作为潮流计算方法，采用微分演化算法进行无功优化计算。即以电网网络参数和SCADA系统获取的实时数据作为输入，以各节点电压合格为约束条件，以电网电能损耗*小为目标，通过给无功优化算法设定初始参数，*后给出*佳变压器分接头位置及无功补偿设备投切策略，用以指导无功优化控制策略的制定和运行调度人员的工作。
3、关键技术
　　3.1 SCADA坏数据处理
　　在实时数据的采集过程中，由于系统中的干扰，可能会采集到一些坏数据，如果不进行处理，将会引起错误的判断和决策，并且设备数目众多分布范围广泛，网络接线复杂不可能对网络的所有运行状态量进行监测，使得在实时情况下获取的测量数据也不可避免地存在测量误差。因此，在程序的实现过程中，通过加入经验数据项进行人工干预以增强数据的有效性和可靠性。即由专家对各计算节点尤其是对缺少量测的计算节点的有功负荷值、无功负荷值、电压值提供经验数据，分别给出正常值和*大*小限值，如果量测信息越限，程序会自动舍弃实测数据而取专家经验数据。
　　3.2 EXCEL宏命令快速导入到SQL数据库
　　电网物理参数数据库既可以存储在调度中心的主机服务器上，也可以存储在工作站上，一般为了方便维护安装在工作站上，同遥测遥信库一样，利用SQLServer来进行数据管理。可是对于用户来说，EXCEL表格是应用*广泛的软件，便于推广。然而，在填好EXCEL格式的电网物理参数表之后，将其导入到SQLServer数据库的操作过程即繁琐又宜出错，不便于操作。因此，在系统开发的过程中，利用EXCEL强大的宏功能，通过编写代码使这一过程变得非常简单，只需在填写完所有表格之后点击一个按钮就可快速完成将EXCEL表格导入到指定SQLServer数据库的过程，大大缩短工作时间，提高工作效率。
4、算例分析
　　某地区共有220kV变电站2座，110kV变电站5座，35kV变电站22座，用户变电站18座，电厂1座。运行在线无功电压优化与控制系统，经分析电网（110kV等级）共有2个发电机节点，15个负荷节点，6条变压器支路（均为有载调压变压器），26条线路；6组并联电容补偿器。
　　取该地区电网某一时间断面（2006年8月11日）进行无功优化计算。优化前后电网节点电压比较图如图1所示。
　　
　　图1 优化前后电网节点电压比较图
　　系统优化后网损率由8.163%降低为7.079%，网络损耗有明显降低；由图1可以看出电网整体节点电压水平有很大改善，且均在电压限值范围内，提高了电压合格率。
5、结束语
　　综上所述，在线电压/无功优化控制系统的整个控制流程符合工程实际运行。应用表明，优化结果明显，能够有效地降低网损率，保证电压质量，满足电网经济**运行的要求；系统操作界面简单易用，方便运行人员掌握，能够在线为运行调度人员提供无功优化控制策略以指导电网运行；具有重要的理论价值和广阔的应用前景。