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无功电压优化控制系统通过调度自动化系统遥测、遥信的功能实时地采集全网各节点电压、无功功率、有功功率等数据，以网损最少为目标，以各节点电压合格为约束条件，在主站上位机进行优化计算综合分析后，并不直接控制电容器组和变压器等无功补偿设备，而是把补偿定值下发给各变电站的无功补偿远控终端，远控终端把动作权限交给VQC，VQC结合自身分析的结论和上位机发出的命令综合考虑后，形成有载调压变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，然后再利用调度自动化系统的遥控和遥调功能，从全网角度进行在线控制，以实现变压器分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合化目标。
1.产品背景
随着国民经济的快速发展，用电量的快速增加，电网的经济运行愈加受到重视。降低网损，提高供电效率和经济性是电力系统调度面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。尤其是随着电力市场的实行，通过有效的措施，降低网损，提高供电运行的经济性，可给输配电公司带来更好的效益。无功优化和无功补偿是电网安全经济运行的重要实施策略，通过对电网无功电源的合理配置和对无功功率的最佳补偿，不仅可以维持电压水平和提高电网运行的稳定性，而且可以有效降低有功网损和无功网损，使电力系统更加安全经济的运行。
对实际电网调研总结得出，现有无功优化系统主要包括以下几个组成部分： SCADA、主站上位机、变电站后台机、VQC、执行机构以及被控机构。其中SCADA系统主要负责采集实时数据以及对系统现场的运行设备进行监视及控制，此外，还有调节参数和信号报警等功能。鉴于被控对象的不同，控制系统通常设置多个变电站后台机、控制机构以及被控机构，主站上位机的无功优化软件和VQC分别对无功补偿设备进行控制。实践表明，现有无功优化控制系统主要存在以下缺陷：
(1)无功优化系统采集的SCADA遥测数据准确度和完整度不足，经过后期优化计算得到的优化效果不明显，甚至会导致补偿设备出现误动作；
(2)主站上位机和各个变电站之间传输离散形式的动作指令，导致通讯信息量很大，优化速度较慢，对主站上位机硬件要求很高；
(3)主站上位机的优化策略采用定时段方式进行调节，经过优化方法计算出每个时段的无功设备调节方案，然后直接应用于当天的无功电压调节中。由于电网每天的负荷变化趋势都不尽相同，会产生响应时间与设备动作次数之间的矛盾；
(4)主站上位机发出的调节控制命令和VQC的控制命令无法兼容，为避免设备的调节动作过于频繁而降低使用寿命，一般放弃使用VQC装置，造成资源浪费；
（5）系统可靠性低。一旦主站上位机发生故障，会导致全网无功失去控制，影响整个系统的安全运行。
2.产品功能与服务
无功电压优化控制系统通过调度自动化系统遥测、遥信的功能实时地采集全网各节点电压、无功功率、有功功率等数据，以网损最少为目标，以各节点电压合格为约束条件，在主站上位机进行优化计算综合分析后，并不直接控制电容器组和变压器等无功补偿设备，而是把补偿定值下发给各变电站的无功补偿远控终端，远控终端把动作权限交给VQC，VQC结合自身分析的结论和上位机发出的命令综合考虑后，形成有载调压变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，然后再利用调度自动化系统的遥控和遥调功能，从全网角度进行在线控制，以实现变压器分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合化目标。系统主要主要包括：(1)状态估计与潮流计算模块、(2)分时段算法模块、(3)数据库服务模块、(4)VQC模块。其组成与现有系统基本相同，但在具体结构上做了如下改进：
(1)主站上位机与各变电站之间传输的信息不再是诸如变压器的升/降压指令和电容器的投/切指令的离散量，而是改变VQC限值的指令，大大减少了通讯量；
(2)优化软件不再直接控制无功补偿设备，而是将计算出的各变电站补偿定值下发给各VQC，由VQC根据新的定值在线自动调节无功补偿设备；
(3)补偿定值并非固定不变，而是通过预测负荷的变化趋势在线调节，即在负荷变化较快的时段选用较严格的补偿定值，以提高动作速度，在负荷变化较慢的时段选用较宽松的定值，使得无功补偿设备动作次数减少且针对性强，不盲目；
(4)充分利用各变电站中已装设的VQC装置，主站上位机软件能很好地与VQC配合，不会造成冲突，节省投资。
产品的主要功能界面如下：
（1）全网监控
全网监控界面显示所有变电站站间支路模拟量和开关量信息，包括线路两端的潮流数据以及潮流方向，方便调度人员对电网全局进行掌控，合理输送电力能源。此外，在该界面上还能对单个供电分区进行监控。供电分区相对固定的网络接线，为配网的优化控制提供了可靠的拓扑信息。全网监控界面如下图所示。
全网监控
（2）站内监控
站内监控主要是对变电站进出线路功率、各母线电压、断路器状态、变压器档位、电容器投切状态、以及负荷水平等进行监控。站内监控界面如下图所示。
（3）曲线查询
曲线查询功能可以对单个或者多个设备运行数据进行查询，包括各级母线电压、进出线有功功率、无功功率、功率因数等，时段和查询步长可以自由设置。系统运行期间赵楼站35kV#2母线某两天的电压曲线如下图所示。
站内监控
曲线查询
（4）分区补偿
分区补偿功能根据实时的电网拓扑，动态地生成供电分区，为VQC进行分区补偿提供依据。分区补偿界面如图所示，其直接反应前文得到的电网实时分区结果。
（5）网损查询
系统对电网进行状态估计后，处理数据送给ORPF优化计算模块得到当前时刻的网损信息。该功能显示电网的当前网损，包括各个支路的具体损耗和全网损耗。网损查询界面如图所示。
分区补偿
网损查询
（6）人工置数
系统进行状态估计得到的不良数据，对ORPF计算有影响，在此可以通过人工置数的方式进行修正，以提高系统计算的准确度。此外，个别变电站的开关量也是采集不到的，系统也会通过人工置数功能进行补充修正。人工置数界面如下图所示。
（7）VQC动作查询及命令确认
命令确认功能主要是针对系统优化得到的变压器、电容器动作命令进行确认下发。历史动作查询提供变压器、电容器历史动作信息，作为电网统计分析的参考。相关界面如下图所示。
人工置数
VQC动作查询及命令确认
3.发展前景
目前大多数VQC都支持远方定值设定，因此在要求不高的情况下，无功补偿远控终端可以由传统的VQC代替，能够降低成本，具有广阔的应用前景。也只有这种方式，才能够给无功补偿远控终端以充分的控制自主权，发挥分布式控制的优势。系统能够在负荷变化较快的时段选用较严格的补偿定值，以提高动作速度；在负荷变化较慢的时段选用较宽松的定值，以减少动作次数。系统通过有效的算法，可以在极少数人工的干预下，达到提高设备响应速度、减少动作次数的目的。
无功优化系统的投运是对电力系统变电运行管理部门的维护、管理工作一个巨大的促进，它帮助电力系统变电运行管理部门更好地对电压无功进行管理，改进了工作方法、提高了工作效率。
该新型无功优化系统紧密结合了当前电力系统变电运行管理部门的实际管理与维护需求，系统操作简单方便，综合性强，具有广泛的电力系统推广应用前景。目前，间接产生的经济效益已经达到2000万元。
4.产品优势
本系统通过趋势预测、电压无功协调和分布式控制，能够极大地改善这种状况，提高系统的可靠性，降低补偿设备动作次数，进一步降低网损，为我国电网的发展做出贡献。系统的主要特点是：
（1）准实时电网优化，降损明显。本系统采用“集中优化，分布控制”的思想，无功优化上位机部分对由SCADA采集的电网数据进行优化计算，进而将各变电站补偿定值下发给远控终端，由远控终端自主调节无功设备。
（2）与VQC充分配合，降低电网建设投资。本系统摒弃了现有的无功优化系统需要取消VQC的缺点，可与变电站VQC实现可靠通讯，充分利用各变电站VQC装置，只需增加主站上位机软件和接口，就能在保证进一步降损节能，提高响应速度的基础上降低电网建设投资。
（3）实现对区域电网无功补偿和降损节能效果的监控。本系统主站上位机系统能够以较少量的通讯实现对各VQC、远控终端、变电站电压/无功的实时监控，及时分析、计算和存储补偿效果等数据。
（4）分布式控制提高系统的可靠性。本系统采用分布式控制方法，不论系统何处发生软、硬件故障，都不会导致全网无功失去控制，可靠性和安全稳定性高。
（5）有效均衡响应时间和设备动作次数的矛盾，提高补偿设备的使用寿命。补偿控制装置的补偿定值不再是固定不变的，而是可以根据历史负荷的变化情况和主站上位机的命令在线调节的。
5.现有成果附录
系统及就地装置：
该新型无功优化系统目前在济宁、菏泽、莱芜、聊城、章丘等地市电网运行，且运行稳定，效果良好。
专利：
基于负荷波动规律的时变限值区域电网无功优化控制方法；申请号：201210194743.8
论文：
电力系统运行优化：
[1]程新功，厉吉文，曹立霞等，基于电网分区的多目标分布式并行无功优化研究，中国电机工程学报，2003.23(10):109-113（EI）
[2]程新功，厉吉文，曹立霞等，电力系统最优潮流的分布并行算法，电力系统自动化，2003.27(24):23-27（EI）
[3]曹立霞，厉吉文，程新功等，基于多Agent技术的分布式电压无功优化控制系统，电网技术，2004,28(7):30-33（EI）
[4]ZHANG Jingliang, CHENG, Xingong; ZONG, Xiju，Mixed Programming Using MATLAB and C# based on COM and Its Application on Reactive Power Optimization, The IEEE International Conference on Energy and Environment (ICEE 2011)(EI), 2011.1
[5]Li Mei, Cheng Xin gong, Zong Xi ju. Studies on divided-period reactive power optimization based on multi-fractal characteristic parameter [C]. In: The International Conference on Electrical Engineering and Automatic Control, Zibo, 26-28 Nov. 2010: 312-315.
[6]Zhang Jingliang, Cheng Xingong, Zong Xiju. Mixed Programming Using MATLAB and C# based on COM
and Its Application on Reactive Power Optimization[C]. International Conference on Energy and Environment,
Shenzhen, 27-28, January. 2011.
[7]Chen Aibin, Qian Xia, Chen Xuju, Cao Yuhua, Zhou Bin, Cheng Xingong, Zong Xiju. Design of ARM-based Reactive Power Compensator with Time Variable Limits[C].International Conference on Electric Information and Control Engineering, Jiujiang, 6-8, April.2012.Vol. 1, pp.310-313.