基于遗传算法的无功优化软件在鄂尔多斯电网的应用

                                         (鄂尔多斯电业局，内蒙古 东胜 017000)
摘 要：本文就遗传算法的无功综合优化软件在鄂尔多斯电网进行运用的效果及过程给广大读者做一介绍。
关键词：无功优化；遗传算法；计算
中图分类号：TM76  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2007)07—0116—02
      电压是电能的主要质量指标之一。电压质量的好坏不仅直接影响用户的产品质量、生产效益，用电设备的安全、寿命和耗电量，对电力系统本身的安全运行和网络电能损耗都有直接影响，而无功功率是影响电压质量的一个重要因素。因此，各级电力部门要做好电网的无功规划、建设和管理 ，使电网结构、布局、供电半径、潮流分布经济合理，各级电压的电力网都要提高自然功率因数，并按无功就地补偿的原则，安装无功补偿设备。
1 对鄂尔多斯电网开展无功优化计算的重要性
      鄂尔多斯电网正处于向高电压、大电网的发展阶段，2002～2005年鄂尔多斯电网建设的输变电工程达到建局以来的顶峰，截止2005年底，鄂尔多斯电网220kV变8座，主变17台，容量2 370MVA，110kV变26座，主变38台，容量1 291MVA，电网最大负荷1 080MW，日供电量达到2 494万kW•h。
      在电网规划、运行管理中，由于缺乏无功优化计算，一些变电站电容器容量选择无计算依据，只能根据导则要求和经验，按主变容量的20～30％选择，造成无功配置不合理，有的容量选择过大，投不上，资产闲置，有的补偿不足，无功缺额。各级运行人员在实际工作中，对合理的调整无功电压缺乏科学的指导，凭经验进行电压调整。如何才能使投资费用最小，电网结构布置最合理，运行方式最经济，这是摆在我们面前的现实问题。鄂尔多斯电业局与内蒙电力学院开发的基于遗传算法的电力系统无功综合优化软件，帮助无功电压工作人员解决和处理了这些问题，使我们真正获得年费用最小，电压合格率最高，网损最小的运行方式。
2 基于遗传算法的无功综合优化软件的优越性
      电力系统无功综合优化算法上采用“遗传算法”这是90年代发展成熟的一种智能方法，它与传统的线形或非线形无功优化相比有根本性的突破：
2.1 优化问题中，其中变压器分接头调整，并联电容器组的优化投切都是离散变量，传统算法只能当作连续变量，最后归整，这种处理方法使结果异化，几乎不能用于实际，而遗传算法正好可对连续变量和离散变量进行精确优化，不需近似，其结果实际可靠。
2.2 无功优化问题应该是使电压合格率最高，运行网损最小的双目标函数，而不是仅追求网损或电压单目标，传统算法只能处理单目标，而遗传算法可处理多目标问题，使优化结果更合理。
2.3 由于传统算法的局限性，其收敛性不能保证，而遗传算法只需有初始潮流解，就能保证收敛。
2.4 由于遗传算法具有的优良特性，当选择的种群规模和最优个体保留代数合理时，最终可获得全局最优解，这与传统的线形和非线形方法相比具有更大的技术意义和经济效益。
3 电力系统无功综合优化的两大基本内容
3.1 无功优化控制。无功优化控制主要应用于优化电网的运行方式，其控制变量是运行中的各发电机、调相机的无功出力调节；有载调压变压器的分接头档位调节；已装设于电网中的并联电容器和电抗器的分组投切。无功优化控制就是通过对电网中存在的这些无功调节手段在其允许的调节范围内进行调整的，使电网在给定的运行方式下取得最高的电压合格率和最低的网损，其目标函数是电网的运行电压合格率最高和运行网损最小。      
即：f=min(Δp+Δv)
其中：Δp——系统有功损耗；
      Δv——系统各个节点的电压越限相对量之和。
3.2 无功优化规划。当系统中无功电源不足时，仅靠系统中已有的无功调节手段来进行系统的无功优化是不能达到所要求的高电压合格率和低运行网损的指标要求的，这时必须进行电网的无功规划，采取在电网中加装适合而且合理的无功补偿设备。无功最优补偿的目标是在现有的无功调节手段(发电机、调相机的无功出力，有载调压变压器的分接头档位，已装设的并联电容器和电抗器)的配合下，以最小的无功补偿设备投资来满足在给定运行方式下的各运行指标的要求，其目标函数为年综合费用最小和电压合格率最高。  
即：f=min(h+m+Δv)
其中：m——系统年补偿投资费用；
      h——系统年有功网损费用；
     Δv——系统电压合格率。
4 算例
　　  鄂尔多斯电业局应用基于遗传算法的电力系统无功综合优化软件对鄂尔多斯电网进行了分析计算，以鄂尔多斯地区达电——东胜北郊220kV变——东郊110kV变——布尔台110kV变-新街110kV变——图克110kV变——达镇110kV变——纳林河110kV变输变电网络为例，原始数据为节点数35，总支路数36，发电机数1，总负荷数34，补偿点数4，有载调压变17(为了便于指导实际，优化计算时将中压侧无载调压视为有载调压变计算)。
优化前后计算结果对比：

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      计算参数取：年最大负荷小时数4 500h，电价0.2元/kW•h时，补偿设备投资100元/千乏，计算在给定运行方式下通过电容器的投退，变压器分接开关的调整，实现了各点的电压达到最优水平，且降低了网损，年节约费用2.62万元。

5 结论
      基于遗传算法的无功优化软件在鄂尔多斯电网投入使用，提高了无功电压分析工作人员的工作效率，实现了电网数据化管理，使分析计算的准确性和可靠性大大提高。为调度员进行无功电力调度提供了指导作用，由于较好的利用系统的无功功率资源，系统的经济性、安全性得以改善。
      为变电站合理选择电容器容量提供了计算依据，优化软件应用于工作实践中，增加了电网规划、运行管理的科技含量，使电网管理更具有科学性、实时行、灵活性，为电网的安全、稳定、经济运行奠定了基础。
［参考文献］
［1］ 周文华.改进遗传算法的无功优化规则在伊盟电网中的实现.西北电力技术，2001，(4).
［2］ 熊信银，吴耀武.遗传算法及其电力系统中的应用.武汉：华中科技出版社.

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