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复杂电网环境下分区无功优化方法的应用与创新研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着经济的快速发展和社会的不断进步，电力需求持续攀升，电网规模日益扩大，结构愈发复杂。我国电网已发展成为世界上电压等级最高、装机容量最大、电网结构最复杂的交直流互联电网，不同控制量交互影响，运行控制难度极大。例如，西北河西、宁夏直流群共6回直流向三华负荷中心送电，三华受端交流故障造成的直流群扰动，均会在联网通道上产生功率大幅波动，容易引发西北送端风机大规模连锁脱网，严重时可造成联网通道两侧电网功角失稳。

在复杂电网中，无功功率的合理分布和优化控制对于电网的安全经济运行至关重要。无功功率与电压水平密切相关，不合理的无功分布会导致电压偏差过大，影响电力设备的正常运行，甚至威胁电网的稳定性。如茂名地区，若电压出现偏差，过高或过低都将对各类用电设备产生严重影响。当电压过高时，可能会加速设备绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至直接损坏设备；而电压过低则会导致设备无法正常启动或运行效率降低。同时，无功功率在传输过程中会造成有功功率损耗，增加电网的运行成本。

分区无功优化作为一种有效的无功控制策略，通过将电网划分为多个区域，对每个区域分别进行无功优化计算，然后进行协调和优化，从而实现全网无功的合理配置。这种方法能够降低计算复杂度，提高计算效率，更适应复杂电网的运行特点。通过分区无功优化，可以根据各区域的负荷特性、电网结构等因素，有针对性地进行无功补偿和电压调节，有效提升电压质量，确保电压稳定在合理范围内，为用户提供高质量的电能，保证各类用电设备的安全、稳定运行。合理配置无功补偿设备，减少无功功率的传输距离和传输量，降低线路电阻上的有功功率损耗，提高电网的能源利用效率，降低电网的运行成本。实现无功功率的合理分配和平衡，增强电网的电压稳定性，提高电网抵御故障和扰动的能力，保障电网的安全稳定运行。

因此，研究分区无功优化方法在复杂电网中的应用具有重要的现实意义，有助于提高电网的运行效率和可靠性，保障电力系统的安全稳定运行，满足社会经济发展对电力的需求。

1.2国内外研究现状

在电网电压无功优化领域，国内外学者开展了大量研究，在优化算法和控制策略等方面取得了一系列成果。

在优化算法方面，早期主要采用传统数学规划方法。例如非线性规划法，将目标函数作二阶泰勒展开，把非线性约束转化为线性约束，构成二次规划优化模型，通过一系列二次规划逼近最优解。这种算法能较好适应无功优化目标函数的非线性特征，收敛性及计算速度较为理想，但存在计算量大、内存需求大、收敛性差、稳定性不好以及对不等式处理困难等问题。线性规划法则是采用局部线性化方法，将问题分解为无功功率和有功功率子优化问题分别或交替迭代求解，构建线性化模型。不过，由于无功优化本质是非线性问题，线性规划法在处理时存在一定局限性，难以精准描述系统实际情况。

随着人工智能技术的发展，其在电网电压无功优化中得到广泛应用。遗传算法模拟生物进化过程，通过选择、交叉和变异等操作，在解空间中有哪些信誉好的足球投注网站最优解，具有全局有哪些信誉好的足球投注网站能力强、不受初始值影响等优点，但计算时间较长，容易出现早熟收敛问题。粒子群优化算法模仿鸟群觅食行为，通过粒子间的信息共享和协作寻找最优解，收敛速度快，但在后期有哪些信誉好的足球投注网站精度可能不足。神经网络方法利用其强大的非线性映射能力，对复杂的电网电压无功关系进行建模和预测，能处理大量数据和复杂约束条件，然而训练过程复杂，需要大量样本数据。

在控制策略方面，国外以德国RWE电力公司为代表的两级控制模式，将最优潮流（OPF）优化计算结果直接下发到各电厂进行控制。这种模式虽简单，但存在诸多缺陷。OPF运行在EMS最高层次，对软硬件环节运行质量和可靠性要求极高，任何局部异常都可能导致OPF发散或优化结果不可信，对状态估计和OPF精度及可靠性依赖性强，局部量测通道问题会严重影响结果，运行稳定性难以保证；OPF作为静态优化计算功能，主要考虑电压约束和网损最小化，难以协调电网安全性，负荷重载时，优化后的发电机无功出力可能越界，无法均衡无功裕度，降低系统抵御事故扰动能力；模型复杂，计算时间长，响应速度难以满足要求，在系统发生大扰动、负荷陡升或陡降时，难以保障电力系统的电压质量和安全性。

国内对分区无功优化方法也进行了深入研究。国家电网公司要求电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷顶峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。华北电网、华东电网、东北电网等区域电网以及诸多省级电网公司陆续开展了无功电压优化建设。一些学者提出基于拓扑结构、负荷特性和工作状态等方面的分区方法，将电力系统从空间角度分成多个区域，针对每个区域进行无功优化计算，然后将这些计算结果进行协调和优化，最终得到整个电力系统的无功控制策略。通过对现