含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功改進(jìn)探析

譚俊

摘 要：在對(duì)含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功改進(jìn)的時(shí)候，可以根據(jù)對(duì)風(fēng)電阻的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)進(jìn)行有功輸出的計(jì)算，從而算出能夠替代隨機(jī)功率的輸出方式。文章針對(duì)計(jì)算的復(fù)雜性，提出了一種相對(duì)高校的計(jì)算方法，以幫助對(duì)含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：含風(fēng)電機(jī)組；配電網(wǎng)；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TM761+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）17-0043-02

Abstract： When the reactive power of the distribution network with wind turbine is improved， the active power output can be calculated according to the running state of the wind resistance， and the output mode can be calculated instead of the random power. In view of the complexity of calculation， this paper puts forward a relatively efficient calculation method， to help improve the reactive power of distribution network with wind turbine.

Keywords： wind turbine unit； distribution network； improvement

引言

風(fēng)電機(jī)組輸出的隨機(jī)性，使得傳統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化方式不能滿足其需求。通過(guò)將運(yùn)行狀況的規(guī)劃師進(jìn)行改建，運(yùn)用最大符合、一般符合以及最小負(fù)荷來(lái)進(jìn)行替代，從而建立了最大負(fù)荷運(yùn)行方式下穩(wěn)定性比較高的優(yōu)化模型。在一般負(fù)荷運(yùn)行模式下，將節(jié)省電能作為主要優(yōu)化目標(biāo)，這樣將三種優(yōu)化方式運(yùn)行之后所節(jié)省的資金進(jìn)行比對(duì)，節(jié)省最多的就是電容器的最優(yōu)化配置。

1 配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償模型

通過(guò)將配電網(wǎng)無(wú)功化問(wèn)題分為三個(gè)模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，可以在設(shè)備投資的時(shí)候能夠按照最大優(yōu)化的方式來(lái)進(jìn)行考慮，這樣，模型不僅能夠更加接近實(shí)際情況，還簡(jiǎn)化了問(wèn)題。還可以使用于含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化當(dāng)中，由于風(fēng)速具有隨機(jī)性以及間隙性，就使得優(yōu)化問(wèn)題成為了一個(gè)隨機(jī)性問(wèn)題。運(yùn)用場(chǎng)景分析法能夠有效的解決這一問(wèn)題，它是將數(shù)學(xué)模型難以表示的因素轉(zhuǎn)化成相對(duì)容易求解的多個(gè)問(wèn)題來(lái)進(jìn)行解決，從而不用建立非常復(fù)雜的隨機(jī)模型[1]。

2 最大負(fù)荷方式

首先是投資成本的計(jì)算，在對(duì)大負(fù)荷運(yùn)行下來(lái)計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資費(fèi)用，投資費(fèi)用用z表示，可得Z=■（QICI），其中Qi是各節(jié)點(diǎn)當(dāng)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的容量，CI是單位容量當(dāng)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備童子費(fèi)用的系數(shù)，N則是補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)[3]。

然后就要對(duì)補(bǔ)償之后配電網(wǎng)可節(jié)省的損失進(jìn)行計(jì)算，就是在最大負(fù)荷下全年補(bǔ)償之后可以節(jié)省的損失費(fèi)用F1表示可得：F1=（PLmax-P'Lmax）tmaxKD其中PLmax是在補(bǔ)償前最大負(fù)荷運(yùn)行下的網(wǎng)損，P'Lmax是補(bǔ)償之后最大負(fù)荷運(yùn)行下的網(wǎng)損，tmax是在最大負(fù)荷運(yùn)行下的運(yùn)行時(shí)間，KD是電價(jià)。

其次就要對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，其公式為L(zhǎng)ij=4[（PjXij）2+（PjRij+QjXij）V2i]/V4i其中Rij和Xij分別為支路ij的電阻和電抗，Pj和Qj分別是流入到支路的末節(jié)點(diǎn)j的有功以及無(wú)功功率，Vi是首節(jié)點(diǎn)i當(dāng)中的電壓。因此就可以根據(jù)支路系統(tǒng)當(dāng)中相對(duì)最薄弱的支路與臨界值的距離來(lái)判斷出系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定程度。通過(guò)計(jì)算顯示，穩(wěn)定電壓下，配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定值是小于1的[4]。

接下來(lái)就需要計(jì)算一般以及最小負(fù)荷方式了，由于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資已經(jīng)在最大符合運(yùn)行方式當(dāng)中計(jì)算過(guò)了，在最小以及一般負(fù)荷方式當(dāng)中，就不能夠在考慮投資問(wèn)題了，那么目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中，就只需要考慮到電能的損失就可以了。將一般負(fù)荷運(yùn)行方式當(dāng)中全年補(bǔ)償后可以節(jié)省的損失費(fèi)用用F2表示，公式為：F2=（PLnor-P'Lnor）tnorKD最小負(fù)荷運(yùn)行下的可節(jié)省的電能的損失費(fèi)用用F3來(lái)表示，得公式為：F3=（PLmin-P'Lmin）tminKD[2]。

3 配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的計(jì)算步驟

3.1 在對(duì)大負(fù)荷運(yùn)行下計(jì)算流程

先將風(fēng)機(jī)的有功輸出通過(guò)公式計(jì)算出來(lái)，然后將最大負(fù)荷當(dāng)中的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，這樣就能夠隨機(jī)出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈恢靡约霸O(shè)備的容量，將這一初始種群設(shè)置為M，無(wú)功補(bǔ)償位置的范圍是在0到最大節(jié)點(diǎn)號(hào)當(dāng)中，無(wú)功補(bǔ)償容量就是單位編號(hào)當(dāng)中所對(duì)應(yīng)的額定容量。然后根據(jù)個(gè)體當(dāng)中的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行快速的排序，不能夠進(jìn)行支配干預(yù)，在通過(guò)遺傳算法當(dāng)中的選擇、交叉以及變異三個(gè)基本操作從而得到第一代的子代種群。從第二代種群開(kāi)始，就需要將父代種群與子代進(jìn)行結(jié)合，然后再次進(jìn)行排序，同時(shí)要對(duì)每個(gè)排序?qū)又械膫€(gè)體擁擠的程度來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從中選擇合適的個(gè)體來(lái)組成新的父代種群。不斷的進(jìn)行遺傳算法的基本操作， 使其產(chǎn)生新的子代種群，一直到能夠滿足結(jié)束的條件出現(xiàn)，就能夠得最大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下可以接生的費(fèi)用[3]。

3.2 一般以及最小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)方式的計(jì)算流程

在最大負(fù)荷云狀計(jì)算當(dāng)中以及將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資以及容量進(jìn)行了計(jì)算，那么其他運(yùn)行方式就是在已經(jīng)決定了無(wú)功補(bǔ)償位置以及容量的限制下進(jìn)行的方式優(yōu)化，在最大負(fù)荷當(dāng)中已經(jīng)確定了最大的補(bǔ)償數(shù)值，在一般以及最小的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中就不在進(jìn)行電容的補(bǔ)償了。在一般以及最小負(fù)荷優(yōu)化方式計(jì)算的時(shí)候，可以將系統(tǒng)可以節(jié)省的網(wǎng)損費(fèi)用作為最大的目標(biāo)函數(shù)，那么分別就可以在最優(yōu)方式的時(shí)候，得到N個(gè)Pareto解使，采用遺傳算法來(lái)進(jìn)行方案優(yōu)化，這樣就能夠得到節(jié)省網(wǎng)費(fèi)用F2和F3[2]。

4 算例

本文就以某節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例，通過(guò)上面所講的方式來(lái)進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃。在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，其電壓的等級(jí)是10kV，將節(jié)點(diǎn)0來(lái)當(dāng)做平衡節(jié)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將節(jié)點(diǎn)20以及節(jié)點(diǎn)33當(dāng)中的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的額定設(shè)置為680V，切入風(fēng)速為5m/s，額定風(fēng)速為8m/s，切出的風(fēng)速為22m/s，Weibull分布參數(shù)C為9.0，K為2.0。風(fēng)機(jī)在額定的運(yùn)行的狀態(tài)當(dāng)中，其輸出功率為0.6MW，停機(jī)狀態(tài)當(dāng)中的輸出功率為0MW，在欠額定運(yùn)行狀態(tài)輸出功率為0.3MW。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，對(duì)基準(zhǔn)容量的取值為lMVA，對(duì)新增的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的每組容量進(jìn)行取值的時(shí)候，其取值為50kVar，每組電氣的綜合投資為75元/kVar，其中是已經(jīng)包含了維護(hù)費(fèi)用以管理費(fèi)用。補(bǔ)償設(shè)備的有效使用壽命大約為19年，在對(duì)貼現(xiàn)率進(jìn)行取值的時(shí)候?yàn)?.1，電價(jià)為0.5/k Wh。在對(duì)系統(tǒng)全年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行取值的時(shí)候，按8750小時(shí)來(lái)計(jì)算，設(shè)在最大負(fù)荷運(yùn)行下的時(shí)間是2100小時(shí)，一般時(shí)間為4300小時(shí)，最小為2100小時(shí)[1]。

在最大負(fù)荷運(yùn)行方式下進(jìn)行計(jì)算之后，得到了6各優(yōu)化方案。這六個(gè)優(yōu)化方案有著不同的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)ν顿Y成本、節(jié)省的費(fèi)用以及靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性都能夠進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行綜合的計(jì)算，可以得出，第二個(gè)方案所節(jié)省的總資金最多，因此最終所選擇的優(yōu)化方案就是第二種優(yōu)化方案。這個(gè)方案能夠同時(shí)考慮到三項(xiàng)最優(yōu)，從而實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)解。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，并不是資金的投入越大，無(wú)功優(yōu)化的效果就越好，雖然有著比較高的投資，但是對(duì)電容器的利用卻并不是非常充分，在一些投資比較低的方案當(dāng)中，電容器反而能夠得到相對(duì)充分的利用[1]。

例如：根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在方案一當(dāng)中，其總投資為7.7萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為56萬(wàn)元；方案二當(dāng)中其總投資為9.8萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為75萬(wàn)元；方案三當(dāng)中，其總投資為12萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為69萬(wàn)元；方案四當(dāng)中，其總投資為15萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為72萬(wàn)元；方案五當(dāng)中，其總投資為18萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為73萬(wàn)元；方案六當(dāng)中，其總投資為22萬(wàn)元，通過(guò)優(yōu)化節(jié)省的總資金為71萬(wàn)元[4]。

在靜電電容器利用率上，方案一三個(gè)優(yōu)化方式全為100%；方案二在最大負(fù)荷下為100%，其余為90%；方案三在最大負(fù)荷下為100%，其余為77%；方案四在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為86%，在最小負(fù)荷下為79%；方案五在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為81%，在最小負(fù)荷下為70%；方案六在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為76%，在最小負(fù)荷下為65%[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)含風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化規(guī)劃問(wèn)題的研究，利用風(fēng)機(jī)在各種運(yùn)行狀態(tài)下所產(chǎn)生的概率，計(jì)算出了有功輸出的期望，用它來(lái)代替了隨機(jī)變化當(dāng)中的有功輸出，從而解決了隨機(jī)問(wèn)題。建立了最大、一般和最小負(fù)荷方式下的優(yōu)化模型，將各項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行綜合考慮，從而讓在經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化方案比較更為合理。然后利用算法進(jìn)行求解，從中找出優(yōu)化方案，再通過(guò)對(duì)方案之間的比較，找到最優(yōu)解，從而找到最為滿意的優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]何禹清，彭建春，毛麗林，等.含多個(gè)風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（19）：37-41.

[2]劉學(xué)平，劉天琪，李興源.含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（20）：130-135.

[3]張沈習(xí)，程浩忠，張立波，等.含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)多目標(biāo)無(wú)功規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（1）：40-46.

[4]朱勇，楊京燕，高領(lǐng)軍，等.含異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化規(guī)劃研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（5）：80-84.

[5]祝習(xí)宇.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（29）：164.

[6]曹紅娟，張興良.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理措施探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（36）：188.

[7]秦愛(ài)民.淺談配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償及效益分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（27）：188-189.