基于自動(dòng)化調(diào)度的無功電壓綜合研究

林哲敏 石磊 羅亞橋 徐斌 計(jì)長安 洪偉

【摘 要】隨著生產(chǎn)生活水平的提升，人們對(duì)電壓質(zhì)量的要求不斷提高。電壓質(zhì)量主要受電壓無功的影響，并決定了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。隨著優(yōu)化理論和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的進(jìn)步，開展基于自動(dòng)化調(diào)度的無功電壓綜合研究有著非常重要的意義。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，采取智能粒子群優(yōu)化算法對(duì)無功電壓的管理和優(yōu)化進(jìn)行相應(yīng)的探討，具有一定推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng) 自動(dòng)化調(diào)度 粒子群算法 無功電壓管理

無功電壓優(yōu)化對(duì)于降低網(wǎng)絡(luò)有功損耗、提升電壓質(zhì)量有著非常重要的意義。進(jìn)行無功電壓優(yōu)化的傳統(tǒng)手段是手工控制。但隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)張，若繼續(xù)沿用傳統(tǒng)方法將難以為繼，必須采用基于自動(dòng)化調(diào)度的新型控制方法。這種方法的運(yùn)行基礎(chǔ)是合理、有效的無功電壓計(jì)算模型。當(dāng)前，該類模型主要包括粒子群算法、遺傳算法、模糊理論、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，建立起智能粒子群優(yōu)化算法，以期起到拋磚引玉作用。

1基于自動(dòng)化調(diào)度的無功電壓綜合管理的目的和要求

由于電網(wǎng)中的相關(guān)用電設(shè)備在日常運(yùn)行中會(huì)大量吸收無功功率，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，導(dǎo)致電能損耗和線路電壓大幅下降，這一方面不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，另一方面還可能造成系統(tǒng)解列、設(shè)備損壞。無功電壓綜合管理的目的就是通過各類有效措施，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，提高電壓質(zhì)量、降低系統(tǒng)有功損耗。在目標(biāo)函數(shù)選擇上，可采用網(wǎng)損最小函數(shù)。

2關(guān)于粒子群優(yōu)化算法的闡釋

隨著電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增大，進(jìn)行電網(wǎng)計(jì)算的模型必須在速度、性能上符合要求。

2.1粒子群優(yōu)化算法的原理

該算法從隨機(jī)解出發(fā)，通過迭代選擇最優(yōu)解。較之遺傳算法而言，規(guī)則更為簡單，摒棄了遺傳算法所采取的“變異”和“交叉”操作，基于當(dāng)前獲得的最優(yōu)值來追尋全局最優(yōu)。粒子群優(yōu)化算法有著調(diào)整參數(shù)少、易于實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2.2運(yùn)算流程簡介

以對(duì)鳥群捕食行為的模擬來對(duì)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行闡釋，場(chǎng)景設(shè)想如下：①鳥群搜尋食物的過程具有隨機(jī)性。捕食區(qū)域內(nèi)僅有一處食物，每一只鳥事先都不清楚食物的方位，但清楚當(dāng)前與食物之間的距離。②獲得食物的最優(yōu)策略：對(duì)距離食物最近鳥的附近區(qū)域進(jìn)行搜尋。

以上場(chǎng)景可以從一定側(cè)面來闡釋粒子群優(yōu)化算法解決優(yōu)化問題的思路和方法：①對(duì)于算法而言，所有優(yōu)化問題的解均對(duì)應(yīng)為場(chǎng)景中的鳥，稱之為“粒子”。②每一個(gè)粒子均由被優(yōu)化的函數(shù)來賦予其相應(yīng)的適應(yīng)值，且通過對(duì)速度和方向的設(shè)定來決定其搜尋的距離和方向。③粒子根據(jù)最優(yōu)粒子來搜尋在解空間。在初始狀態(tài)下，隨機(jī)粒子基于迭代來獲取最優(yōu)解。在不斷的迭代過程中，相關(guān)粒子利用對(duì)兩個(gè)極值的追蹤來實(shí)現(xiàn)粒子本身的更新。④極值一為粒子本身所尋獲的最優(yōu)解，即個(gè)體極值PBest，極值二為粒子群在現(xiàn)階段所獲得的最優(yōu)解，即全局極值BBest。需要注意的是，可不選擇整個(gè)族群而只選擇局部粒子作為該粒子的鄰居，在鄰居粒子中的極值即獲得局部極值。

3基于自動(dòng)化調(diào)度的無功電壓優(yōu)化管理實(shí)例研究

3.1概況簡介

A區(qū)域由220KV變電站實(shí)現(xiàn)供電，含3座110KV變電站（91.5MVA），9座35KV變電站（40.6MVA），1327臺(tái)配電（96.3MVA），另外，14座中小型水電站裝配59臺(tái)機(jī)組共實(shí)現(xiàn)3365KW裝機(jī)容量，部分水電站建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，且采取的是攔河壩的形式來利用自然水資源，無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電輸出，因此對(duì)大電網(wǎng)的依賴性較大。A區(qū)域負(fù)荷電量歷史數(shù)據(jù)詳見表1。

通過上表可以發(fā)現(xiàn)，A區(qū)域供電量和最高電荷呈現(xiàn)出明顯增長的趨勢(shì)，年遞增幅度均超過6%。然而就無功電壓優(yōu)化管理而言，首先，采取單電源供電方式的35KV變電站，無法確保供電的可靠性。其次，變電站數(shù)量偏少，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)只能通過超半徑的10KV配電線路來實(shí)現(xiàn)供電。最后是變電站的主變?nèi)萘坎蛔悖l限電頻次較高，極大制約了區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.2優(yōu)化策略

（1）基于規(guī)劃容量所設(shè)定的上下限來對(duì)所有方案開展迭代計(jì)算，分析比較后找到最優(yōu)方案。（2）在設(shè)計(jì)和建設(shè)調(diào)度站時(shí)，基于現(xiàn)有負(fù)載率最高的調(diào)度站，在其附近隨機(jī)生成，直到不再新建調(diào)度站為止，以便大幅提升運(yùn)算速度。（3）將邊界控制策略引入到自動(dòng)化調(diào)度工作中，以便實(shí)現(xiàn)粒子在規(guī)劃范圍內(nèi)合理、可控運(yùn)行。（4）基于初次的最短距離來開展負(fù)荷分配工作，以有效解決負(fù)載不均衡所產(chǎn)生的問題。（5）基于擬建調(diào)度站的輻射區(qū)域，找到幾何中心，作為站址。

4結(jié)語

通過一系列的優(yōu)化改進(jìn)工作之后，全部調(diào)度站的負(fù)載率都得到了明顯的優(yōu)化，供電質(zhì)量獲得極大改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉自發(fā)，張建華.基于改進(jìn)多組織粒子群體優(yōu)化算法的配電網(wǎng)絡(luò)變電站選址定容[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（l）：105-111.

[2]牛輝，程浩忠，張焰.電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的可靠性和經(jīng)濟(jì)性研究綜述[J].

電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，24（1）：51-56.

[3]徐建亭，王秀英，李興源.電力系統(tǒng)電壓無功的序列二次規(guī)劃算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，25（23）：4-9.

[4]張鵬，劉玉田.配電系統(tǒng)電壓控制和無功優(yōu)化的簡化動(dòng)態(tài)規(guī)劃法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009，11（4）：49-54.

作者簡介：林哲敏（1985—），男，博士，主要從事電網(wǎng)分析、電能質(zhì)量相關(guān)工作。石磊（1981—），男，本科，工程師，主要研究方向：電能質(zhì)量和電壓無功在線監(jiān)測(cè)方面的研究；羅亞橋（1962—）本科，高級(jí)工程師，國網(wǎng)安徽省電力科學(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心主任，主要研究方向：從事電能質(zhì)量、繼電保護(hù)方面的研究。徐斌（1980—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：電能質(zhì)量方面的研究；計(jì)長安（1973—）男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向：電能質(zhì)量方面的研究；洪偉（1980—），男，本科，工程師，主要研究方向：電能質(zhì)量和電壓無功在線監(jiān)測(cè)方面的研究。