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摘要：电压是电力系统的电能质量重要的指标之一，而保证电压质量的重要条件就是电力系统的无功平衡。所以，电压和无功功率是相互影响、密不可分的一对变量。保持和实现电压和无功功率的平衡，既有利于生产，促使负荷稳定的运行，也有利于使损耗降低，从而节约电费，并能降低设备的运行的周期与维护费用。系统的无功平衡是确保电压质量的重要的条件，系统中无功电源的无功出力必须满足系统负荷以及网络损耗的需求，以确保电压不会偏离额定的数值。
关键词：110kV变电站；电压无功；优化；控制策略
【分类号】：TM761.12
作为衡量电能质量的重要指标，电压的主要影响因素就是电力系统的无功不足以及无功分布不合理。因此实现电力系统的无功平衡对保证电压质量、能源节约以及电力系统的安全运行的提高尤为重要。变电站是安装无功补偿设备和调压设备的主要场所，所以，变电站的电压无功的优化对保障电网的运行、提高电能质量、提高电力设备运行效率以及降低网损有重要意义。动态性与不连续性是电压无功控制的特点，所以电压无功的优化控制是一个多约束条件、多变量以及多目标的非线性的问题。以下是电压无功的优化控制的基本思路：将符合节点电压与发电机无功出力作为约束条件，将无功补偿设备与可调变压器的分接开关档位作为控制手段，并结合人工智能，构建电力系统的电压无功的数学模型。论文采用建立在人工神经网络基础上的负荷预测法，主要论述了基于负荷预测法的110kV变电站电压无功的优化控制措施。
一、变电站的电压无功优化的原理
1.变电站电压无功的优化调节方法
110kV变电站的电压无功的优化向来受到许多人的重视，理论上将，变电站的电压无功的优化是一个多约束条件、多变量以及多目标的非线性问题。在实践中，变电站的电压无功的优化控制的基本方法主要有两种方法配合，即调整有载变压器的分接头开关和投切并联电容器组。
2.变电站的电压无功优化的目标与控制模式
优化目标：在一般情况下，110KV变电站的低压侧母线电压与主变高压侧注入的无功作为变电站的电压无功的优化控制的基本的目标。因为优化控制的措施不同，所以控制目标会由一定差异，总结后的目标主有以下内容，即电压质量好、补偿电容器与变压器分接头的动作次数少、电力系统网损最小。
控制模式：110KV变电站的电压无功优化的控制模式有两种，分别是电压-无功功率和电压-功率因素两种模式。电压-功率因素模式不能直接反映无功的大小，相比之下，能真实的反映电力系统无功的电压-无功功率模式，可以避免在轻载负荷状态下补偿电容器频繁投切，并且重负荷条件下的适应性比较强，所以此模式广泛在实际中应用。
二、建立在人工神经网络上的负荷预测
1.人工神经网络
作为自适应非线性动态系统的人工神经网络，通过对人的脑神经系统的模仿进行信息存储与处理。作为人工神经网络基本处理单元，每一个神经元都可以实现从输入到输出的非线性的函数关系。因为天气、季节、节假日、气温甚至是其他突发事件等因素，电力系统的负荷预测往往无法通过线性的数学公式进行表示。但是人工神经网络因为具有非线性、响应速度快、建模简单、容错性强、并行处理的能力强以及自学训练等特点，所以适合应用于电力系统负荷预测。人工神经网络又分为反馈型网络结构和前馈型网络结构两种，论文中采用的是后者，即RBF前馈型网络。
2.建立于RBF网络基础的负荷预测的实现
不同于其他的系统，电力系统的自身特点显著，会受到温度、天气、季节和工作日等因素影响，所以在进行负荷预测的时候，必须把这些因素全都考虑在内才能获得精确的结果。论文在建立RBF网络预测模型时，只考虑了气温、季节和节假日这3个主要的影响因素。将预测日的前一星期该天的负荷值、气温、季节和节假日的特征值为输入量，把预测日负荷值当作输出量。
输入数据的预处理方法：输出结果受网络输入量的影响严重，所以在负荷预测之前需要对输入的数据进行预处理，这项工作十分重要。为了确保所建立的负荷模型正确与合理，需要选择与预测日期相近的时间段中的负荷数据作为输入数据，而对于影响因素，就要根据季节将模型分类，并且按非工作日和工作日的区别构建节假日与工作日的负荷模型。
预测实现过程：为了避免选择中心时数据产生的标注化与训练时的神经元发生饱和的现象，在实行负荷预测的时候要将神经网络输入量变为[-1，1]中的数据，接着通过MATLAB编程进行预测。
三、110KV变电站的电压无功优化控制措施
电容器组投切与有载调压变压器分接头调节是110KV变电站的电压无功优化的主要控制手段。因为在母线上电压经常变动，所以需要调整变压器的低压侧的母线电压，使其在合理范围内，另外还要考虑设备的使用寿命的问题，所以电容器组投切的次数与有载调压变压器的分接头的调节不能太过与频繁。所以，这时候母线电压的合格与设备动作的次数，这两个条件成为变电站的电压无功优化一定要考虑的2个条件。结合以上两个条件与实际工作需要，笔者对110KV变电站的电压无功优化的控制措施为以下内容：首先建立优化数学模型；其次结合测得的负荷预算的结果进行负荷初次的分段划分；再次根据初次分段划分，进行第二次的优化；最后据初次和二次优化结果确定最终的变电站的电压无功优化的设备动作的总体方案。
1.优化数学模型
为达到最大程度降低电力系统网损、提高设备的使用寿命的目的，论文以24小时变电站系统的网损最小值作为目标函数，将设备的动作次数与母线的电压质量合格设为约束条件，使用电容器的投切与有载调压变压器分接头调节的控制方法，建立了数学模型，具体可表示为：
24
F=min∑Ploss（ Tt，Qt ）
t=1
其中，Tt表示t时间内主变压器低压侧母线之上的电压，Qt表示t的无功补偿量。
2.负荷的分段方案
电力系统的负荷会连续变化，但是作为优化求解的负荷必须分段静止，所以这时候就需要对连续的负荷采取阶梯划分的形式，从而假设它们在各个阶段保持不变。负荷的分段划分的原则为同一个时间段中负荷间离散型最小，方法则是将预测日负荷曲线看做首尾相连。此外，为了对目标函数进行优化，需要进行两次划分。
3.段内的优化实施方案
对上述负荷进行初次的划分后，需要对各个打时间段内的变电站的负荷进行优化，为的是确定预测日时主变压器分接头所处档位。采取变电站的主变压器分接头的档位组合与电容器投入组的数量作为段内最佳的组合方案。
4.设备动作的总体方案确定
在110KV变电站的电压无功优化实际控制中，因为需要考虑设备的动作次数限制，所以不能根据假设的静态无功优化的方案进行无功补偿操作。此时，还要考虑优化方案的求解的过程的复杂程度，分段过多，虽然优化方案就会接近实际，系统内的网损降低，电压的合格率提高，但这样会使优化方案的求解复杂，更会使设备的调节次数增加。如果分段过少的话，求解就会比较简单，但是自然而然的，网损增加，电压合格率较低，此时的电压无功优化控制的措施就失去了实际意义。
总结：
在配电系统中，无功调节是110KV变电站承担的重要任务，所以，研究110KV变电站的电压无功优化控制措施具有十分重要的意义。据此，论文提出了建立在人工神经网络基础上的负荷预测方法，为110KV变电站电压无功的优化提供了有效的控制措施。通过实践证明，上述控制措施可以保证电压质量、减少设备动作次数、降低网损以及提高电力部门经济效益。
参考文献：
[1] 张玉珠，杨丽徒，侯向阳. 全网无功优化的变电站电压无功控制策略[J]. 继电器. 2008（12）
[2] 吕志鹏，罗安，帅智康. 变电站无功电压协调优化及复合控制系统研究[J].中国电机工程学报. 2009（03）
[3] 孙文生，张明军. 五区图变电站电压无功控制原理研究[J]. 电力自动化设备. 2010（12）
[4] 赵海波，贾杏平. 电压无功优化系统在县级电网中的应用及效果分析[J]. 科技信息. 2009（17）
关键词：110kV变电站；电压无功；优化；控制策略
【分类号】：TM761.12
作为衡量电能质量的重要指标，电压的主要影响因素就是电力系统的无功不足以及无功分布不合理。因此实现电力系统的无功平衡对保证电压质量、能源节约以及电力系统的安全运行的提高尤为重要。变电站是安装无功补偿设备和调压设备的主要场所，所以，变电站的电压无功的优化对保障电网的运行、提高电能质量、提高电力设备运行效率以及降低网损有重要意义。动态性与不连续性是电压无功控制的特点，所以电压无功的优化控制是一个多约束条件、多变量以及多目标的非线性的问题。以下是电压无功的优化控制的基本思路：将符合节点电压与发电机无功出力作为约束条件，将无功补偿设备与可调变压器的分接开关档位作为控制手段，并结合人工智能，构建电力系统的电压无功的数学模型。论文采用建立在人工神经网络基础上的负荷预测法，主要论述了基于负荷预测法的110kV变电站电压无功的优化控制措施。
一、变电站的电压无功优化的原理
1.变电站电压无功的优化调节方法
110kV变电站的电压无功的优化向来受到许多人的重视，理论上将，变电站的电压无功的优化是一个多约束条件、多变量以及多目标的非线性问题。在实践中，变电站的电压无功的优化控制的基本方法主要有两种方法配合，即调整有载变压器的分接头开关和投切并联电容器组。
2.变电站的电压无功优化的目标与控制模式
优化目标：在一般情况下，110KV变电站的低压侧母线电压与主变高压侧注入的无功作为变电站的电压无功的优化控制的基本的目标。因为优化控制的措施不同，所以控制目标会由一定差异，总结后的目标主有以下内容，即电压质量好、补偿电容器与变压器分接头的动作次数少、电力系统网损最小。
控制模式：110KV变电站的电压无功优化的控制模式有两种，分别是电压-无功功率和电压-功率因素两种模式。电压-功率因素模式不能直接反映无功的大小，相比之下，能真实的反映电力系统无功的电压-无功功率模式，可以避免在轻载负荷状态下补偿电容器频繁投切，并且重负荷条件下的适应性比较强，所以此模式广泛在实际中应用。
二、建立在人工神经网络上的负荷预测
1.人工神经网络
作为自适应非线性动态系统的人工神经网络，通过对人的脑神经系统的模仿进行信息存储与处理。作为人工神经网络基本处理单元，每一个神经元都可以实现从输入到输出的非线性的函数关系。因为天气、季节、节假日、气温甚至是其他突发事件等因素，电力系统的负荷预测往往无法通过线性的数学公式进行表示。但是人工神经网络因为具有非线性、响应速度快、建模简单、容错性强、并行处理的能力强以及自学训练等特点，所以适合应用于电力系统负荷预测。人工神经网络又分为反馈型网络结构和前馈型网络结构两种，论文中采用的是后者，即RBF前馈型网络。
2.建立于RBF网络基础的负荷预测的实现
不同于其他的系统，电力系统的自身特点显著，会受到温度、天气、季节和工作日等因素影响，所以在进行负荷预测的时候，必须把这些因素全都考虑在内才能获得精确的结果。论文在建立RBF网络预测模型时，只考虑了气温、季节和节假日这3个主要的影响因素。将预测日的前一星期该天的负荷值、气温、季节和节假日的特征值为输入量，把预测日负荷值当作输出量。
输入数据的预处理方法：输出结果受网络输入量的影响严重，所以在负荷预测之前需要对输入的数据进行预处理，这项工作十分重要。为了确保所建立的负荷模型正确与合理，需要选择与预测日期相近的时间段中的负荷数据作为输入数据，而对于影响因素，就要根据季节将模型分类，并且按非工作日和工作日的区别构建节假日与工作日的负荷模型。
预测实现过程：为了避免选择中心时数据产生的标注化与训练时的神经元发生饱和的现象，在实行负荷预测的时候要将神经网络输入量变为[-1，1]中的数据，接着通过MATLAB编程进行预测。
三、110KV变电站的电压无功优化控制措施
电容器组投切与有载调压变压器分接头调节是110KV变电站的电压无功优化的主要控制手段。因为在母线上电压经常变动，所以需要调整变压器的低压侧的母线电压，使其在合理范围内，另外还要考虑设备的使用寿命的问题，所以电容器组投切的次数与有载调压变压器的分接头的调节不能太过与频繁。所以，这时候母线电压的合格与设备动作的次数，这两个条件成为变电站的电压无功优化一定要考虑的2个条件。结合以上两个条件与实际工作需要，笔者对110KV变电站的电压无功优化的控制措施为以下内容：首先建立优化数学模型；其次结合测得的负荷预算的结果进行负荷初次的分段划分；再次根据初次分段划分，进行第二次的优化；最后据初次和二次优化结果确定最终的变电站的电压无功优化的设备动作的总体方案。
1.优化数学模型
为达到最大程度降低电力系统网损、提高设备的使用寿命的目的，论文以24小时变电站系统的网损最小值作为目标函数，将设备的动作次数与母线的电压质量合格设为约束条件，使用电容器的投切与有载调压变压器分接头调节的控制方法，建立了数学模型，具体可表示为：
24
F=min∑Ploss（ Tt，Qt ）
t=1
其中，Tt表示t时间内主变压器低压侧母线之上的电压，Qt表示t的无功补偿量。
2.负荷的分段方案
电力系统的负荷会连续变化，但是作为优化求解的负荷必须分段静止，所以这时候就需要对连续的负荷采取阶梯划分的形式，从而假设它们在各个阶段保持不变。负荷的分段划分的原则为同一个时间段中负荷间离散型最小，方法则是将预测日负荷曲线看做首尾相连。此外，为了对目标函数进行优化，需要进行两次划分。
3.段内的优化实施方案
对上述负荷进行初次的划分后，需要对各个打时间段内的变电站的负荷进行优化，为的是确定预测日时主变压器分接头所处档位。采取变电站的主变压器分接头的档位组合与电容器投入组的数量作为段内最佳的组合方案。
4.设备动作的总体方案确定
在110KV变电站的电压无功优化实际控制中，因为需要考虑设备的动作次数限制，所以不能根据假设的静态无功优化的方案进行无功补偿操作。此时，还要考虑优化方案的求解的过程的复杂程度，分段过多，虽然优化方案就会接近实际，系统内的网损降低，电压的合格率提高，但这样会使优化方案的求解复杂，更会使设备的调节次数增加。如果分段过少的话，求解就会比较简单，但是自然而然的，网损增加，电压合格率较低，此时的电压无功优化控制的措施就失去了实际意义。
总结：
在配电系统中，无功调节是110KV变电站承担的重要任务，所以，研究110KV变电站的电压无功优化控制措施具有十分重要的意义。据此，论文提出了建立在人工神经网络基础上的负荷预测方法，为110KV变电站电压无功的优化提供了有效的控制措施。通过实践证明，上述控制措施可以保证电压质量、减少设备动作次数、降低网损以及提高电力部门经济效益。
参考文献：
[1] 张玉珠，杨丽徒，侯向阳. 全网无功优化的变电站电压无功控制策略[J]. 继电器. 2008（12）
[2] 吕志鹏，罗安，帅智康. 变电站无功电压协调优化及复合控制系统研究[J].中国电机工程学报. 2009（03）
[3] 孙文生，张明军. 五区图变电站电压无功控制原理研究[J]. 电力自动化设备. 2010（12）
[4] 赵海波，贾杏平. 电压无功优化系统在县级电网中的应用及效果分析[J]. 科技信息. 2009（17）