考慮風(fēng)光出力波動(dòng)性的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化策略

董躍哲 馬平 丁哲 陳寬

摘要：針對(duì)風(fēng)機(jī)及光伏出力的波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)損和電壓的影響，本文以全天有功網(wǎng)損和電壓偏移最小為目標(biāo)，建立兼顧電壓安全穩(wěn)定和配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化模型。利用三點(diǎn)估計(jì)法原理計(jì)算風(fēng)光出力和負(fù)荷值，通過(guò)概率潮流判斷狀態(tài)變量是否滿足概率約束，利用權(quán)重法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，同時(shí)結(jié)合粒子群優(yōu)化算法對(duì)所建模型進(jìn)行求解，最后利用改進(jìn)的IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。仿真結(jié)果表明，本文所建模型對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化，有效降低了網(wǎng)損，改善了節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量。該研究為含高比例可再生能源配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化提供了有效方法。

關(guān)鍵詞：概率模型; 三點(diǎn)估計(jì)法; 概率潮流; 無(wú)功優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TM761+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)： 10069798（2019）01004707; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.008

隨著能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益加重，世界各國(guó)都在大力發(fā)展可再生能源，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)可再生能源的發(fā)電量將占30%以上[1]。然而高比例可再生能源（如風(fēng)電、光電）的并網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致潮流雙向流動(dòng)、電壓波動(dòng)、電壓越限以及網(wǎng)損偏高等問(wèn)題。因此，研究高比例可再生能源并網(wǎng)后的無(wú)功功率優(yōu)化，能夠有效降低網(wǎng)損、改善節(jié)點(diǎn)電壓的質(zhì)量，從而保證可再生能源并網(wǎng)后配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電壓的安全穩(wěn)定。在配電網(wǎng)的無(wú)功功率優(yōu)化作為電壓優(yōu)化控制的一種方法，在降低網(wǎng)損和提高電壓質(zhì)量等方面起著重要的作用。無(wú)功功率優(yōu)化不僅要處理連續(xù)變量，如可再生能源的有功出力、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（static vargenerator，SVG）的無(wú)功功率輸出，還要處理離散變量，如有載調(diào)壓變壓器（onload tapchanger，OLTC）分接頭位置、并聯(lián)電容器（shunt capacitor，SC）的投切數(shù)量。其中，由于可再生能源的出力具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，在配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的模型中，如何處理可再生能源出力的波動(dòng)性給無(wú)功優(yōu)化提出了新的挑戰(zhàn)。在配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化中，處理風(fēng)機(jī)及光伏出力波動(dòng)性的方法有多場(chǎng)景法[24]、魯棒優(yōu)化法[5]和概率潮流法[67]。與多場(chǎng)景法、魯棒優(yōu)化法相比，概率潮流法可以根據(jù)輸入隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特征，得到輸出變量的統(tǒng)計(jì)特征（如概率密度函數(shù)、均值和標(biāo)準(zhǔn)差等），從而更好地體現(xiàn)風(fēng)機(jī)及光伏出力的波動(dòng)性。目前，概率潮流的計(jì)算方法有模擬法、解析法和近似法[811]。模擬法一般指基于隨機(jī)抽樣的蒙特卡洛法，該方法的計(jì)算精度很高，需要海量的輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算量比較大，一般只是作為檢驗(yàn)其他方法的標(biāo)準(zhǔn);解析法的求解效率很高，但在使用時(shí)需要在滿足一定數(shù)學(xué)條件的前提下，對(duì)模型進(jìn)行大量簡(jiǎn)化，因此，該方法未得到廣泛使用;近似法概率潮流計(jì)算的代表方法為點(diǎn)估計(jì)法，它既可以處理多種概率分布的隨機(jī)變量，同時(shí)還具有計(jì)算量小和精確度高等優(yōu)點(diǎn)，從而為考慮風(fēng)機(jī)及光伏出力的波動(dòng)性提供了一種有效的方法[1215]。基于此，本文在多目標(biāo)配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，首次提出利用三點(diǎn)估計(jì)法，將風(fēng)光出力、負(fù)荷的概率模型與無(wú)功優(yōu)化模型相結(jié)合。該方法能夠充分體現(xiàn)風(fēng)光出力和負(fù)荷的波動(dòng)性，且具有計(jì)算量適中、計(jì)算結(jié)果精確度高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)改進(jìn)的IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的仿真計(jì)算，仿真結(jié)果表明本文的無(wú)功優(yōu)化模型是正確有效的。

由圖3和圖4可以看出，白天各組電容器投切容量和SVG補(bǔ)償容量的變化較小，夜間變化較大。這是由于當(dāng)天白天風(fēng)光出力的變化與負(fù)荷變化相對(duì)一致，所以變化較穩(wěn)定;夜間僅有風(fēng)機(jī)工作，且當(dāng)天風(fēng)速和負(fù)荷波動(dòng)較大，為了滿足系統(tǒng)的無(wú)功需求，電容器投切容量和SVG補(bǔ)償容量的變化較大。但總體來(lái)看，本文電容器投切和SVG容量補(bǔ)償?shù)牟呗阅軌驖M足風(fēng)光出力和負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的無(wú)功需求變化，且各組電容器的投切次數(shù)和OLTC分接頭的動(dòng)作次數(shù)均在安全范圍內(nèi)。

5結(jié)束語(yǔ)

考慮風(fēng)光出力和負(fù)荷的波動(dòng)性，本文采用三點(diǎn)估計(jì)法，將風(fēng)光出力和負(fù)荷的概率模型與無(wú)功優(yōu)化模型相結(jié)合，建立兼顧電壓安全穩(wěn)定和配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化模型，利用權(quán)重法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，采用粒子群算法進(jìn)行迭代求解。仿真結(jié)果表明，本文建立的優(yōu)化模型優(yōu)化效果較好，適用于含高比例可再生能源的配電網(wǎng)，能為高比例可再生能源并網(wǎng)提供合理的建議。由于目前配電網(wǎng)中的儲(chǔ)能設(shè)備也是影響配電網(wǎng)電壓的重要因素，因此挖掘儲(chǔ)能的調(diào)壓能力將是下一步研究的重點(diǎn)。

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