無(wú)功補(bǔ)償裝置位置優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 "要：無(wú)功補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用可以有效解決電網(wǎng)電能供電不平穩(wěn)和損耗問(wèn)題，是目前電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的裝置。本文的最終目標(biāo)就是在裝設(shè)了無(wú)功補(bǔ)償裝置后，配電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，配電網(wǎng)需要滿足前面提到的各項(xiàng)約束條件。采用改進(jìn)的遺傳算法獲得低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最佳容量分配和安裝位置。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償裝置;位置優(yōu)化;模型;

中圖分類號(hào)：TE3 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " "文章編號(hào)：1674-3520（2015）-10-00-02

配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償不但是為了要確保整個(gè)電力系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行以及電能質(zhì)量滿足規(guī)定，還應(yīng)該考慮降低陳本消耗與節(jié)能問(wèn)題之間的平衡，就是能夠承擔(dān)電力系統(tǒng)負(fù)荷所需容量以及所有節(jié)點(diǎn)都能在規(guī)定的電壓范圍，同時(shí)還得滿足有功無(wú)功潮流運(yùn)算的約束條件。然而，在裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的具體容量以及安裝地點(diǎn)以后，在什么情況下能夠使配電網(wǎng)的全年運(yùn)行費(fèi)用和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投資費(fèi)用為最小，這是本文所要研究的問(wèn)題。

一、建立無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

綜合考慮電網(wǎng)中電能損失費(fèi)用最低，電壓不合格率最低、折算后設(shè)備投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最小，變壓器分接頭和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切次數(shù)最少等因素為目標(biāo)函數(shù)，以多目標(biāo)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。

（一）變量

全年電能損失;折合成最大負(fù)荷損耗表示時(shí)間;全年運(yùn)行最小費(fèi)用;（、、表示在大、中、小三種負(fù)荷下電能損失，表示相應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間）。新增補(bǔ)償容量所需的全部費(fèi)用;（為單位容量補(bǔ)償設(shè)備投資費(fèi)用系數(shù)，表示在節(jié)點(diǎn)裝設(shè)的無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘浚?。根?jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的原理，用現(xiàn)值P和等年值C來(lái)闡述資金的時(shí)間價(jià)值。即，（P為現(xiàn)值，把不同時(shí)間的資金折算到同一時(shí)刻;C為等年值，把資金折算成分期等額支付的資金;γ為資金的利率。），（n為設(shè)備的經(jīng)濟(jì)使用壽命;A為現(xiàn)值和等年值之間變換系數(shù)。）

（二）目標(biāo)函數(shù)為：;（分別表示年運(yùn)行網(wǎng)損費(fèi)用、無(wú)功補(bǔ)償投資費(fèi)用等年值和電能質(zhì)量;分別表示年運(yùn)行電網(wǎng)損失費(fèi)用、無(wú)功補(bǔ)償投資費(fèi)用等年值和電能質(zhì)量的罰因子）。

（三）約束條件

約束條件一般分為約束變量和狀態(tài)變量，狀態(tài)變量是指對(duì)變量的函數(shù)控制，通過(guò)潮流計(jì)算得到了狀態(tài)變量，控制變量得以確定。通過(guò)遺傳算法進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化，手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)變量，狀態(tài)變量一般包括：變壓器變比能否調(diào)節(jié)，對(duì)接分接頭的位置;發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓能否保證;投切容量是否滿足需要等。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)要滿足有功以及無(wú)功的平衡，所以各節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為一個(gè)約束條件。另外要對(duì)新增無(wú)功補(bǔ)償容量進(jìn)行限制，在進(jìn)行補(bǔ)償以后，絕對(duì)要在電壓下限與電壓上限之間。

當(dāng)年的電能損失費(fèi)用、設(shè)備的投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用是構(gòu)成模型的幾個(gè)主要方面。首先在最小負(fù)荷運(yùn)行方式下考慮系統(tǒng)新增無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資費(fèi)用。在另外兩種模型下，通過(guò)最大負(fù)荷損耗時(shí)間來(lái)決定。通過(guò)這樣的考慮能夠讓模型更加從實(shí)際的情況出發(fā)，把問(wèn)題簡(jiǎn)單化了。

（四）算法改進(jìn)

在無(wú)功優(yōu)化的實(shí)際操作中，簡(jiǎn)單遺傳算法存在著一定的缺陷。主要表現(xiàn)是早熟現(xiàn)象很容易出現(xiàn)，收斂的速度相對(duì)較慢。因此針對(duì)這些缺陷做出改進(jìn)，才能夠更好的達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化目的。

1、編碼操作的優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行混合編碼的時(shí)候，引入了整數(shù)和實(shí)數(shù)。根據(jù)控制變量的特點(diǎn)，先用實(shí)數(shù)表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的實(shí)際值，再用整數(shù)表示變壓器的分接頭檔位，接著用整數(shù)表示無(wú)功補(bǔ)償投入組數(shù)。在實(shí)際中，針對(duì)可調(diào)型變壓器，一般檔位數(shù)是8位，可以取0-8中的任一整數(shù);最多投入5組電容器，可以取0-5之間的任一整數(shù);機(jī)端電壓的選擇范圍收到上下限的約束，用任意實(shí)數(shù)表示。

2、選擇操作的優(yōu)化設(shè)計(jì)。編碼工作完成后，就要開(kāi)始進(jìn)行遺傳操作。首先進(jìn)行的是選擇操作，選擇操作的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，選擇適應(yīng)度相對(duì)比較高的算子。選擇算子不滿足條件的話，將會(huì)引起很嚴(yán)重的后果。父輩與個(gè)體之間相似度比較高的情況發(fā)生的話，群體的多樣性將會(huì)遭到破壞。種群的進(jìn)化將會(huì)停滯以及發(fā)生早熟等現(xiàn)象等很多不良的后果。發(fā)生這樣的情況，遺傳算法的全局尋優(yōu)能力肯定會(huì)下降。

3、交叉算子的優(yōu)化設(shè)計(jì)。交叉算子會(huì)受到不同因素的影響，交叉方式和交叉率是其中兩個(gè)最主要的因素。進(jìn)化的過(guò)程不停地進(jìn)行，以群體來(lái)進(jìn)行要求，交叉概率逐漸減小，慢慢趨于穩(wěn)定。交叉概率可以對(duì)計(jì)算結(jié)果和迭代次數(shù)產(chǎn)生比較大的影響。當(dāng)開(kāi)始進(jìn)化時(shí)，函數(shù)cP為較大值，遺傳算法的搜索能力得到了極大的加強(qiáng)，搜索區(qū)域范圍得到擴(kuò)大。這樣，也會(huì)產(chǎn)生不利的影響，可能使基因破壞。

二、應(yīng)用舉例

含有12個(gè)節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)

假設(shè)：（1）初始點(diǎn)（電源節(jié)點(diǎn)）的電壓限定為10.5kV;（2）在正常情況下，系統(tǒng)年運(yùn)行時(shí)間為8760小時(shí)，最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間2910小時(shí)，一般負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間4380小時(shí)，最小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間2190小時(shí)。（3）無(wú)功補(bǔ)償中使用的電容器為固定電容器和投切電容器，價(jià)格分別為8萬(wàn)元每萬(wàn)伏安和12萬(wàn)元每萬(wàn)伏安，使用壽命都設(shè)定成25年，補(bǔ)償點(diǎn)最多裝設(shè)15套補(bǔ)償設(shè)備，補(bǔ)償容量5kvar，目標(biāo)函數(shù)中限定的電壓值在9.7—10.5之間。

各節(jié)點(diǎn)線路參數(shù)見(jiàn)表1。通過(guò)計(jì)算配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的無(wú)功變化對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響決定節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的靈敏度。在所有節(jié)點(diǎn)中選取 " " " " " " " " " 表1線路中個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)

絕對(duì)值較大的為進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益，考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素，不能選太多。由表4-3可知，節(jié)點(diǎn)2、5、6、7靈敏度最高，故在2、5、6、7點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。由表4.4可以求出電壓監(jiān)視點(diǎn)的電壓范圍取9.7kV-10.5第71011次補(bǔ)償前電壓分別為9.694、9.601、9.679kV不合格節(jié)點(diǎn)，補(bǔ)償后電壓分別為9.811、9.713、9.857kV合格節(jié)點(diǎn)。其余節(jié)點(diǎn)也都得到了不同程度的改善。由表4.5可求出配電網(wǎng)補(bǔ)償前的所有費(fèi)用為3362.43萬(wàn)元，補(bǔ)償后電能損失費(fèi)用與投資費(fèi)用之和為3154.64萬(wàn)元，規(guī)劃后節(jié)省資金207.79萬(wàn)。一般、最小、最大負(fù)荷方式分別從97.8、81.7、126.4kW降到84.4、78.4、121.1kW。根據(jù)靈敏度的測(cè)算，在2、5、6、7補(bǔ)償點(diǎn)靈敏度最高，所以決定在2、5、6、7對(duì)12補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)加裝自動(dòng)投切型的無(wú)功補(bǔ)償電容器。由表4-6可知：最終各節(jié)點(diǎn)新增的補(bǔ)償容量：2號(hào)節(jié)點(diǎn)為86Kvar;5號(hào)節(jié)點(diǎn)為63Kvar;6號(hào)節(jié)點(diǎn)為79Kvar;7號(hào)節(jié)點(diǎn)為94Kvar，同時(shí)節(jié)省費(fèi)用207.79萬(wàn)元。

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