分布式電源接入下配電網(wǎng)電壓無功控制效果研究

李煒聰

摘 要：本文對電壓無功調(diào)節(jié)裝置進行了闡述，以最高節(jié)點電壓合格率為目標，對電壓優(yōu)化數(shù)學模型進行構(gòu)建，并與配電網(wǎng)運行中變化情況相結(jié)合，選擇收斂性較好的遺傳算法對分布式電源接入配電網(wǎng)電壓無功控制進行分析與求解，并提出結(jié)論，以供參考。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；電壓無功控制

一、電壓無功調(diào)節(jié)裝置

1.靜止無功補償器SVC

現(xiàn)階段，靜止無功補償器具有廣泛運用，其構(gòu)成部分包括晶閘管控制的投切電抗器與并聯(lián)電容器，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1，基于晶閘管導通角的控制，來對并聯(lián)電抗器的感性無功補償量進行控制，如此一來，接入點的可控快速連續(xù)無功調(diào)節(jié)就得以是吸納。據(jù)此，在電力系統(tǒng)中運用SVC，可以提高動態(tài)沖擊負荷無功調(diào)節(jié)的效率與穩(wěn)定性，基于對負荷變化的分析，SVC能夠?qū)o功補償量進行快速調(diào)節(jié)，進而使母線電壓穩(wěn)定性得到提升。

2.自動調(diào)壓器SVR

SVR屬于三相自耦式變壓器，能夠?qū)斎腚妷鹤兓M行跟蹤，使輸出電壓保持穩(wěn)定，該設(shè)備調(diào)節(jié)輸入電壓的范圍為20%，主要是對調(diào)壓系統(tǒng)加以控制，進而實現(xiàn)對有載調(diào)壓的控制。此外，SVR具有較大容量，但損耗并不高，能夠可靠的調(diào)節(jié)有載分接頭開關(guān)檔位，并且可以精確調(diào)整電壓，能夠使有載調(diào)壓過程中SVR動作的可靠性得到保障。

二、電壓優(yōu)化數(shù)學模型

對于節(jié)點電壓而言，分布式電源接入配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響是比較大的，因此，應將相關(guān)電壓無功調(diào)節(jié)裝置與配電網(wǎng)相接，基于對有載調(diào)壓變壓器分接頭、靜止無功補償器的無功出力和并聯(lián)電容器的投切組數(shù)的調(diào)整，提高其運行的安全性。為了使配電網(wǎng)有功損耗得到最大限度的控制，提高節(jié)點電壓合格率，本文對其目標函數(shù)及約束條件進行分析，并表示如下：

1.目標函數(shù)

[Fmin=Ploss+λi=1nUirf-UiUimax-Uimin] （1）

根據(jù)上式，Uirf表示第i個節(jié)點的電壓目標值；Ui表示第i個節(jié)點電壓；λ表示電壓越界罰因子；Uimin和Uimax則分別表示第i個節(jié)點電壓的最小值與最大值；N表示配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)。

2.約束條件

電壓無功優(yōu)化的約束條件涉及到兩個方面，即等式約束條件與不等式約束條件，前者對于負荷節(jié)點的無功功率具有平衡約束的作用，表示如下：

[Qi=Uii=1nUj（Gijsinδij-Bijcosδij）] （2）

根據(jù)上式，節(jié)點i的注入無功功率由Qi表示；節(jié)點i與節(jié)點i之間的電導為Gij；Bij表示的是節(jié)點i與節(jié)點j之間的電納；δij則表示節(jié)點i與j之間的相角差；節(jié)點j的電壓則是Uj。

不等式約束條件則又分為兩個部分，即控制變量與狀態(tài)變量，其中有載調(diào)壓變壓器檔位約束、節(jié)點電壓約束、電容器補償容量約束以及靜止無功補償器無功約束分別如（3）、（4）、（5）式表示表示為：

[tmin≤t≤tmax] （3）

[0≤Qci≤Qcimax] （4）

[-QLmax≤QiSVC≤QCmax] （5）

（3）式中：tmin、tmax分別表示有載調(diào)壓變壓器的最小值與最大值。

（4）式中：Qci表示節(jié)點i電容器投入容量、Qcimax則表示最大容量。

（5）式中：QiSVC表示靜止無功補償器發(fā)出的容性無功功率；QCmax表示靜止無功補償器能夠發(fā)出的最大容性無功，QLmax表示的則是最大感性無功。

三、算例仿真

本文以某含分布式電源的配電網(wǎng)為例，對電壓無功控制進行分析，其結(jié)構(gòu)圖與系統(tǒng)線路參數(shù)、并聯(lián)電容器與靜止無功補償器容量分別如圖2所示。

根據(jù)圖，配電網(wǎng)第2、4、6、8、10、12節(jié)點安裝并聯(lián)電容器，第20節(jié)點則對靜止無功補償器并聯(lián)。假設(shè)將光伏發(fā)電作為配電網(wǎng)接入的分布式電源。光照強度會影響到光伏發(fā)電輸出功率，如下圖為某日光伏電源容量系數(shù)特性曲線。

而該日配網(wǎng)的負荷變化曲線則如下所示。

根據(jù)上述圖表，本文對遺傳算法加以運用進行求解，該方法在收斂性方面具有突出優(yōu)勢，具體涉及到編碼、保留最優(yōu)個體、懲罰因子自適應調(diào)整、交叉操作、變異運算等流程，受限于篇幅，本文不做詳盡闡述。根據(jù)計算結(jié)果，得出結(jié)論：根據(jù)無功優(yōu)化裝置組合的不同，配網(wǎng)電壓得到不同程度的改善。然而，在分布式電源處理與負荷水平變化的情況下，部分組合方案與配網(wǎng)電壓要求并不相符；其次，與配網(wǎng)要求電壓相符合的優(yōu)化方案，還需要對無功優(yōu)化裝置的經(jīng)濟性問題予以考慮，如此才能夠使組合方案最優(yōu)化，最大限度的改善配網(wǎng)運行效果。

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