電網(wǎng)無功優(yōu)化的分時(shí)段控制策略

【摘要】電力系統(tǒng)在使用的過程中由于負(fù)荷頻繁的變化，會(huì)給電力設(shè)備增添新的壓力，一定程度上減少了設(shè)備的使用壽命。為了緩解電力系統(tǒng)的工作壓力，降低電力的消耗，在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中實(shí)行電網(wǎng)無功優(yōu)化的分時(shí)段控制策略，主要從兩階段優(yōu)化和遺傳算法出發(fā)，滿足實(shí)際調(diào)度運(yùn)行的需要，為無功優(yōu)化提供有利的條件。文中會(huì)介紹電網(wǎng)無功優(yōu)化的模型，重點(diǎn)分析具體的分時(shí)段控制策略。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；無功優(yōu)化；分時(shí)段控制；模型

一、電網(wǎng)無功優(yōu)化模型的介紹

（一）負(fù)荷曲線的分段分析

負(fù)荷曲線的分段與負(fù)荷水平、負(fù)荷曲線變化趨勢以及調(diào)壓裝置的運(yùn)動(dòng)次數(shù)緊密相關(guān)，調(diào)節(jié)后的無功功率必須要低于有功功率的損耗，在調(diào)節(jié)之前要參照無功負(fù)荷曲線的分段。在大部分情況下，無功與有功的變化曲線并沒有特別大的區(qū)別，有功功率的調(diào)節(jié)工作可以完全借鑒無功曲線的分段情況。將無功設(shè)備的運(yùn)作次數(shù)固定，分段的個(gè)數(shù)只要取決于曲線的變化，分段越細(xì)，電網(wǎng)消耗的有功就越少，電網(wǎng)的工作效率也就越高。

（二）目標(biāo)函數(shù)以及約束條件

在分段與負(fù)荷點(diǎn)確定之后，需要采用科學(xué)合理的計(jì)算方式求出不同的時(shí)段電能的消耗，并針對計(jì)算的結(jié)果來制定未來電量消耗的控制策略，例如選擇典型的負(fù)荷點(diǎn)參與到優(yōu)化設(shè)計(jì)中，兩點(diǎn)之間的用電量一定要與時(shí)間的分段有直接的關(guān)系，確定好電量的目標(biāo)函數(shù)之后需要制定相應(yīng)的約束條件。不同時(shí)段的電壓、補(bǔ)償電容容量以及調(diào)節(jié)變壓器的使用等等都要符合設(shè)計(jì)的要求，特別是補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，只有處理好不同裝置之間的用電情況才能真正實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功優(yōu)化的目標(biāo)。

二、電網(wǎng)無功優(yōu)化分時(shí)段控制的具體策略

（一）兩階段優(yōu)化

針對江西省的無功電壓控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況實(shí)行了兩階段優(yōu)化策略，兩階段的優(yōu)化主要是調(diào)度前的預(yù)先優(yōu)化以及實(shí)時(shí)優(yōu)化，預(yù)先優(yōu)化是指通過預(yù)測負(fù)荷來對整個(gè)調(diào)度周期進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，并將最終的結(jié)果作為實(shí)時(shí)優(yōu)化的主要依據(jù)，實(shí)時(shí)性調(diào)度不僅能夠?qū)o功電壓系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理和控制，還能避免信息失真，滿足電網(wǎng)無功優(yōu)化的要求。

1、預(yù)先優(yōu)化的計(jì)算以及統(tǒng)計(jì)

預(yù)先優(yōu)化的計(jì)算主要依賴于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)各種數(shù)據(jù)來建立目標(biāo)函數(shù)以及約束條件。在計(jì)算的過程中不考慮工作的次數(shù)，每個(gè)調(diào)度周期為24小時(shí)。利用遺傳算法計(jì)算每個(gè)時(shí)段的無功優(yōu)化結(jié)果，預(yù)先優(yōu)化的結(jié)果作為實(shí)時(shí)優(yōu)化的基本數(shù)據(jù)，在計(jì)算各時(shí)段的無功優(yōu)化的同時(shí)還要記錄設(shè)備調(diào)控的次數(shù)以及設(shè)備的數(shù)量，綜合考慮多方面的因素才能得到最準(zhǔn)確的結(jié)果。當(dāng)調(diào)控設(shè)備為1時(shí)表示有動(dòng)作，0時(shí)沒有任何的變化，調(diào)控次數(shù)累加就是整個(gè)L數(shù)值相加，將限定次數(shù)設(shè)置為W，新設(shè)備的限動(dòng)次數(shù)與設(shè)備的使用壽命以及設(shè)備電氣工作壽命有直接的關(guān)系，應(yīng)該使用過的設(shè)備的限動(dòng)次數(shù)只需要直接減去已經(jīng)使用的年限和設(shè)備的工作次數(shù)即可。

2、惰性因子的計(jì)算

惰性因子在電網(wǎng)的使用中有重要的作用，在電網(wǎng)無功優(yōu)化中設(shè)備的靈敏度以及惰性因子都會(huì)直接影響到設(shè)備的調(diào)控次數(shù)以及電網(wǎng)的損耗，科學(xué)合理地處理好這兩個(gè)因素可以有效地控制因負(fù)荷的不穩(wěn)定而引起的調(diào)控，在計(jì)算設(shè)備中的惰性因子可以借鑒設(shè)備中的活性程度，在計(jì)算的過程中需要用到調(diào)控次數(shù)的累加數(shù)據(jù)和限動(dòng)的次數(shù)。

3、多目標(biāo)的實(shí)時(shí)無功優(yōu)化

多目標(biāo)的實(shí)施無功優(yōu)化主要通過三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)，首先是實(shí)行多目標(biāo)的決策，為了保證調(diào)控結(jié)果的準(zhǔn)確性，在計(jì)算的過程中需要使用到多個(gè)目標(biāo)，綜合各種不同的目標(biāo)來建立目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的具體情況來確定最終的決策；其次是進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，在計(jì)算實(shí)時(shí)調(diào)度綜合目標(biāo)時(shí)需要進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，比較兩個(gè)不同要素之間的差異，將要素之間的差異化通過矩形的方式呈現(xiàn)出來，分別求得矩形縱列和行列的綜合，最后的結(jié)果則為權(quán)重；最后是結(jié)果的評定以及動(dòng)作閥值的設(shè)定，江西省現(xiàn)有電網(wǎng)中的控制系統(tǒng)只會(huì)在電網(wǎng)受到嚴(yán)重?fù)p耗的時(shí)候才發(fā)出警報(bào)，要想真正提高電網(wǎng)的使用效率，在保證正常供電的條件下減少電網(wǎng)的損耗需要優(yōu)化控制系統(tǒng)，重新設(shè)置閥值。閥值的確定的步驟分為三個(gè)部分：一是確定網(wǎng)絡(luò)開啟的條件，網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)與電壓的偏差、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的受損情況以及不同時(shí)段的負(fù)荷有著直接的關(guān)聯(lián)，一旦這些數(shù)據(jù)達(dá)到一定的數(shù)值就需要立即啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化；二是調(diào)節(jié)閥值，通過計(jì)算得出優(yōu)化結(jié)果，最終確定閥值，一旦當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)控制的指令，閥值就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)到優(yōu)化值；三是計(jì)算結(jié)果的分析，當(dāng)優(yōu)化結(jié)果低于動(dòng)作閥值表示電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)作良好不需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，但是在計(jì)算的結(jié)果中也可能會(huì)存在一定的誤差，為了保證優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)行兩階段優(yōu)化的方式的同時(shí)還需要進(jìn)行遺傳算法的分段控制策略。

（二）遺傳算法的使用以及優(yōu)化

1、遺傳算法的優(yōu)化

電網(wǎng)無功優(yōu)化中遺傳算法的優(yōu)化主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是二進(jìn)制編碼的改進(jìn)，在電網(wǎng)無功優(yōu)化中的遺傳算法主要是借助于二進(jìn)制編碼，變壓器在使用的過程中有規(guī)定的次數(shù)，但是在實(shí)際的應(yīng)用中有七個(gè)不同的檔位，借助二進(jìn)制編碼來表示限定的次數(shù)，通過二進(jìn)制編碼來表示電容器的調(diào)控范圍，能夠大大提高設(shè)備工作的效率；二是變率的交叉和變異，變率的交叉和變異在設(shè)備不同的階段發(fā)揮不同的作用，要想確保無功優(yōu)化效果，需要在不同的階段來計(jì)算設(shè)備變率的交叉和變異，在設(shè)備使用的初期可以適當(dāng)?shù)卦黾咏徊娴淖饔?，減少因?yàn)樽儺惍a(chǎn)生的多次搜索，但是在使用的后期，變異發(fā)揮作用可以提高設(shè)備的性能，交叉和變異的作用大小會(huì)隨著設(shè)備的變化而不斷發(fā)生變化；三是綜合評定實(shí)時(shí)性優(yōu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)，在比較兩個(gè)不同值時(shí)只要其中的一個(gè)值達(dá)到規(guī)定的要求即可，但是一旦循環(huán)的次數(shù)超過限制應(yīng)該立即退出程序，并及時(shí)求得優(yōu)解，滿足實(shí)時(shí)優(yōu)化的要求。

2、遺傳算法的最優(yōu)解以及相關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)整

遺傳算法是一種比較隨機(jī)性的計(jì)算方法，不同情況下計(jì)算同一個(gè)數(shù)值也會(huì)有不同的結(jié)果，這種隨機(jī)性不能保證實(shí)時(shí)優(yōu)化的作用，因此如何求得最優(yōu)解來減少計(jì)算結(jié)果的隨機(jī)性是首要解決的問題。在計(jì)算中會(huì)適當(dāng)調(diào)整相關(guān)的數(shù)值來得出最優(yōu)解，當(dāng)優(yōu)化的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于閥值則表示得到了最優(yōu)解可以直接發(fā)出控制命令，但是優(yōu)化結(jié)果低于閥值時(shí)也可能說明設(shè)備處于比較優(yōu)化的狀態(tài)，為了減少計(jì)算結(jié)果的隨機(jī)性，提高設(shè)備優(yōu)化的質(zhì)量，需要修改數(shù)據(jù)以及增加循環(huán)限制的次數(shù)，當(dāng)設(shè)備返回到優(yōu)化的結(jié)果只需要再進(jìn)行一次優(yōu)化設(shè)計(jì)。遺傳算法本身具有很大的優(yōu)勢能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的無功優(yōu)化提供很大的幫助，但是在實(shí)際的應(yīng)用還有一些問題，需要在實(shí)踐中不斷地檢驗(yàn)和改善。工作人員應(yīng)該熟練掌握這種計(jì)算方法，能夠有效解決電網(wǎng)中實(shí)際存在的問題。

結(jié)束語

總而言之，隨著江西省電網(wǎng)系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)問題，實(shí)行無功優(yōu)化的分時(shí)段控制策略刻不容緩，在實(shí)時(shí)控制中實(shí)行的多目標(biāo)函數(shù)不僅能夠考慮到電網(wǎng)的受損、電壓的質(zhì)量以及運(yùn)行的規(guī)范等，更重要的是能夠根據(jù)電網(wǎng)的具體情況及時(shí)給出優(yōu)化方案，減少對電網(wǎng)的損害。工作人員在無功優(yōu)化方案之前可以直接進(jìn)行實(shí)地考察，保證方案符合實(shí)際的需要，提高方案的實(shí)用性和實(shí)時(shí)性。

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