基于遺傳算法的電網(wǎng)降損技術(shù)研究

籍向兵

摘 要：電網(wǎng)的節(jié)能減耗對提升電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益占很在比重，然而目前存在的各種因素導(dǎo)致如今的電網(wǎng)設(shè)計(jì)中基本上忽視降損或節(jié)能降損補(bǔ)償設(shè)備的使用從而導(dǎo)致電網(wǎng)的能耗相當(dāng)高，因此，針對現(xiàn)有電網(wǎng)如何降低各種損耗是一個非常重要的研究內(nèi)容。本文針對目前電網(wǎng)節(jié)能減耗問題的原理提出了使用遺傳算法來對其進(jìn)行優(yōu)化和研究，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)辦法和措施，比如針對10 kV電網(wǎng)要最大限度提高其功率因子并達(dá)到0.96以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的優(yōu)化手段和技術(shù)可行而且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：遺傳算法 節(jié)能減耗 降損技術(shù)

中圖分類號：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0094-02

1 配電網(wǎng)節(jié)能減耗技術(shù)的現(xiàn)狀

由于節(jié)能降損補(bǔ)償所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益并不直接，因此，供配電部門在進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃時，只考慮增加電源點(diǎn)和變壓器容量，而對節(jié)能降損補(bǔ)償設(shè)備的考慮較少，這種情況在國內(nèi)非常普遍。然而整個電網(wǎng)采用集中配變的缺點(diǎn)是就是容量太大，負(fù)荷較重，然而由于居民用電時間相對集中而且持續(xù)時間較短，這樣導(dǎo)致變壓器空載和輕載運(yùn)行時間較長。因此，變壓器功率因子相對較低，而且損耗較大。針對安順地區(qū)供電使用情況統(tǒng)計(jì)分析可知，供電部門管理的10 kV農(nóng)網(wǎng)和城網(wǎng)線路功率因子大都在0.62～0.83之間，即使是企業(yè)用戶，其內(nèi)部10 kV配網(wǎng)功率因子也只在0.84左右。另外，由于大部分380 V用電線路動力設(shè)備實(shí)際出力比額定容量較小，而且一般的工業(yè)電器的功率特性都決定了整個電網(wǎng)的功率因子偏低，電網(wǎng)線損偏高。這主要是因?yàn)樵谡麄€10 kV和380 V的電網(wǎng)中節(jié)能降損補(bǔ)償設(shè)備主要是集中在變電站10 kV側(cè)，而且是只對10 kV以上電網(wǎng)具有補(bǔ)償作用，而對電壓比較低的380 V電網(wǎng)端并沒有針對節(jié)能降損實(shí)行就地補(bǔ)償，所以造成了目前380 V配電網(wǎng)中節(jié)能降損投入不足，并且缺乏可靠實(shí)用的節(jié)能降損補(bǔ)償設(shè)備以及合理的補(bǔ)償方式的現(xiàn)狀。由此可見，在該類型的電網(wǎng)中節(jié)能降損功率不足是功率因子低的主要原因并導(dǎo)致10 kV及以下配網(wǎng)有功功率損失較大。同樣基于安順地區(qū)2010年的電力運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，10 kV公用線路線損率10.8%，節(jié)能降損補(bǔ)償量基本上是0.2左右，平均功率因子約為0.8，由此可見，節(jié)能降損的潛力非常大。另外，以安順市區(qū)2010年底統(tǒng)計(jì)，擁有公用配變電器大約是400臺左右，其總?cè)萘考s在52341 kV·安培左右。那么按上述方法計(jì)算，就能實(shí)現(xiàn)降低損耗約7000 kV，每年無功損失電量為338萬kW·h，根據(jù)目前貴州省電網(wǎng)階梯電價基礎(chǔ)價格為0.4556元/（kW·h），直接經(jīng)濟(jì)損失176.773萬元。

2 電網(wǎng)節(jié)能減耗優(yōu)化原理

電網(wǎng)節(jié)能減耗優(yōu)化問題研究的是一段時間內(nèi)（通常是2年）新增節(jié)能降損補(bǔ)償設(shè)備的最合理的位置、最合適的容量及最佳投入運(yùn)營時間。節(jié)能減耗規(guī)劃主要包含以下問題：如何對供配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降損功率使得有功損耗最小，而且整個供配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最好。由于在供配電統(tǒng)中新增節(jié)能降損設(shè)備就會使得費(fèi)用增加，這樣就會形成投資決策優(yōu)化問題，也就是電網(wǎng)節(jié)能減耗配置經(jīng)濟(jì)效益問題。在數(shù)學(xué)上可用一個目標(biāo)函數(shù)和一組約束條件來描述。通過優(yōu)化算法，不僅可以計(jì)算出補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)和補(bǔ)償容量外，還可以得到使優(yōu)化目標(biāo)達(dá)到最小的各發(fā)電機(jī)的負(fù)荷大小，已有的節(jié)能降損補(bǔ)償裝置的功率大小和變壓器分接頭的位置情況。所以該優(yōu)化問題可以歸約為一個非線性的整數(shù)規(guī)劃問題。節(jié)能降損補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型建的立就是為了計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)在符合調(diào)壓要求的前提下并在運(yùn)行限制條件下使得節(jié)能降損補(bǔ)償負(fù)荷最小經(jīng)濟(jì)效益最高。因此，該優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)定為配電網(wǎng)整個系統(tǒng)的年總支出花費(fèi)最小，也就是：

（1）

其中：是補(bǔ)償負(fù)荷后的配電網(wǎng)絡(luò)中有功損耗（kW）；是補(bǔ)償容量（KVar）；對應(yīng)的是補(bǔ)償設(shè)備的年維護(hù)費(fèi)用率；是補(bǔ)償設(shè)備的年維護(hù)費(fèi)用率；是配備單位補(bǔ)償容量的綜合費(fèi)用（元/KVar）；是電費(fèi)價格（元/kWh）；是節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償容量（KVar）；是每年度的損耗小時數(shù)量（h）。由此知，上述（1）式的實(shí)際意義是：當(dāng)在整個配電網(wǎng)中所有補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量分別為時，該配電網(wǎng)的年總支出費(fèi)用最小，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益最大。

3 基于遺傳算法的節(jié)能減耗優(yōu)化算法求解

3.1 遺傳算法的基本原理和簡要概述

遺傳算法針對自然系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和模擬而提出的一種優(yōu)化算法Holland在《自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)的適配》中論述了遺傳算法的基本原理和使用策略，并提出了模式理論對其理論研究進(jìn)行了深入分析。鑒于遺傳算法作為一種搜索算法在解決很大量問題上都體現(xiàn)出了強(qiáng)大的搜索能力和優(yōu)勢，它很快在各種應(yīng)用領(lǐng)域上得到應(yīng)用，比如函數(shù)優(yōu)化，工程設(shè)計(jì)等。遺傳算法是一種群型優(yōu)化算法，該算法以群體中的個體為研究對象，而且使用基因或染色體編碼個體，并模擬自然進(jìn)化中適者生存，優(yōu)勝劣汰的思想對個體使用選擇（selection）、交叉（crossover）和變異（mutation）等三個算子來提高搜索能力和精度。整個遺傳算法的設(shè)計(jì)主要包含以下幾步：第一是個體編碼設(shè)計(jì)；第二是初始群體的生成策略；第三是個體好壞也就是適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)；第四是遺傳算子的設(shè)計(jì)；第五是算法中參數(shù)的確定（比如群體大小，交叉概率，突變概率等）。遺傳算法通常采用二進(jìn)制編碼（有的時候也使用十進(jìn)制編碼）來組成初始種群，然后就是執(zhí)行遺傳算子，其任務(wù)就是對種群中的個體根據(jù)它們的適應(yīng)程度執(zhí)行各自的運(yùn)算，比如交叉和突變以模擬自然界中優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化過程來逼近最優(yōu)解。也就是說遺傳算法可使問題的解不斷的逼近最優(yōu)解。

3.2 基本遺傳算法的電網(wǎng)節(jié)能減耗優(yōu)化求解的過程

結(jié)合上述思路和具體實(shí)際問題，并設(shè)計(jì)求解問題的過程如下：

（1）原始數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行初始化：主要包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的輸入，相關(guān)電壓負(fù)載的讀入，而且根據(jù)程序要求保存各種類型的數(shù)據(jù)。

（2）配電網(wǎng)中初始潮流的計(jì)算：進(jìn)行優(yōu)化前電網(wǎng)中潮流、各段的網(wǎng)損、電壓合格率計(jì)算。endprint

（3）隨機(jī)生成初始種群：在隨機(jī)種群中根據(jù)適應(yīng)度選出N個個體構(gòu)成初始種群。

（4）解碼并修正參數(shù)：將群體中每個體對應(yīng)為變量值，并按確定修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變量。

（5）計(jì)算潮流：按修正后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算該個體在當(dāng)前狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)潮流值。

（6）計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值：根據(jù)上述潮流計(jì)算結(jié)果來計(jì)算該個體的適應(yīng)度大小。

（7）選擇優(yōu)個體：對種群中個體都執(zhí)行上述第三，四和五步操作后，對當(dāng)前種群中所有個體進(jìn)行錦標(biāo)賽選擇產(chǎn)生出優(yōu)良父代個體準(zhǔn)備生成子代個體，并計(jì)算出每代種群中最優(yōu)個體。

（8）停止條件判斷件：如果滿足停止條件則執(zhí)行過程11，否則就執(zhí)行過程（9）。

（9）繁殖種群：對選擇出來的最優(yōu)父代個體通過使用交叉和變異算子來產(chǎn)生子代群體。

（10）新種群產(chǎn)生：從子代群體中根據(jù)適應(yīng)度大小選擇新當(dāng)前種群準(zhǔn)備進(jìn)行解碼。

（11）對最優(yōu)計(jì)算出結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證：將選出的最優(yōu)個體進(jìn)行解碼并計(jì)算其相應(yīng)在的變量值，并以此來修正配電網(wǎng)絡(luò)中各個參數(shù)的值，并以此計(jì)算潮流，線路網(wǎng)損和電壓合格率。

4 優(yōu)化結(jié)果及相應(yīng)的對策

4.1 針對10 kV配電線路節(jié)能減耗應(yīng)用

10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償主要原則是：（1）在技術(shù)可行上和經(jīng)濟(jì)性全面比較的基礎(chǔ)上，并設(shè)計(jì)整個配電網(wǎng)中公用配變的最好補(bǔ)償方案，使得整個網(wǎng)絡(luò)的損耗控制在發(fā)盡可能最小的范圍內(nèi)，其主要策略是將節(jié)能降損盡量集中在高壓端。（2）最大限度提高10 kV配網(wǎng)的功率因子，并使其達(dá)到0.96以上從而使得節(jié)能降損最大。因此，針對10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償相應(yīng)的也要考慮二個問題：第一是補(bǔ)償容量的確定。根據(jù)我國電力管理?xiàng)l例的相關(guān)規(guī)定，可以按配電網(wǎng)絡(luò)中使用的變壓器的功率和負(fù)荷容量的10%左右來確定。第二是節(jié)能減損裝置的安裝位置確定，由于線路出口段的電壓比較高，所以無需進(jìn)行補(bǔ)償，然而線路末端電壓比較低且相應(yīng)的電容器運(yùn)行效率不高，所以最好將自動補(bǔ)償裝置安裝在距末端線路電源一端約2/3處的位置上?，F(xiàn)在新型的節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置可以根據(jù)配電網(wǎng)中潮流分布情況進(jìn)行實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償調(diào)節(jié)以達(dá)到最好的效果。但是如果線路比較長，那么根據(jù)負(fù)荷情況可以使用兩處補(bǔ)償?shù)姆椒?，也就是說節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置分別安在線路2/5處和4/5處。

通過遺傳算法對上述目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化后，我們采取了相應(yīng)的措施后取得了比較好的效益。以10 kV線路補(bǔ)償量可按公用變壓器裝接容量的15%來確定，可知安順地區(qū)公用變壓器容量為65896 kV·A，補(bǔ)償容量經(jīng)計(jì)算后定為6800 var。節(jié)能降損經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.05，電容設(shè)備按每年運(yùn)行3200 h計(jì)，每年可減少電量損失120萬kW·h，按0.5元/kW·h的電價計(jì)算，每年可有60萬元的收益。

4.2 配電變壓器的節(jié)能降損補(bǔ)償

考慮到配電變壓器的負(fù)荷特點(diǎn)，在進(jìn)行低壓配網(wǎng)的節(jié)能設(shè)計(jì)時，首先要滿足最大負(fù)荷，但又要經(jīng)濟(jì)效益最大化，所以合理地補(bǔ)償輕載時變壓器的損耗是最為關(guān)鍵。因此為了提高變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，盡可能的減少變壓器的各種損耗，所以在100 kV·A以上變壓器上應(yīng)該采用低壓端進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)牟呗裕溲a(bǔ)償容量要視實(shí)際情況來確定，目前通用的方法是按變壓器容量的20%到30%來進(jìn)行配置，但隨負(fù)荷變化后也會自動切換并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。不過針對100 kV·A以下相對較小的變壓器通常都采用恒定補(bǔ)償法，其補(bǔ)償容量根據(jù)變壓器容量的10%到15%來設(shè)計(jì)。

針對相對簡單的農(nóng)用電網(wǎng)，50 kV·A以下配變比如變壓器可采用加裝固定補(bǔ)償電容器的方案來解決，其容量計(jì)算公式為：Qc=Se·I0/100（KVar），其中，高壓端的損變率I0可以是7%，低壓端的損變率I0大約是3%。這樣做的理由是農(nóng)網(wǎng)配變較小而且大多數(shù)非常分散，其最大利用時間只有1600 h左右，這樣其固定端的能量損耗主要是由于空載電流導(dǎo)致的。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，在農(nóng)網(wǎng)中配變電網(wǎng)功率損耗主要是由于節(jié)能裝備導(dǎo)致的，其比例也已經(jīng)占到整個配電網(wǎng)絡(luò)中電量損耗的一半以上。所以在這種情況下進(jìn)行二次側(cè)固定補(bǔ)償可以有效降低無功損耗，從而達(dá)到能量損耗降低、電壓增加和負(fù)荷增加的多重作用。

上述方案同樣經(jīng)遺傳算法優(yōu)化后，取得了比較明顯的效果。在變壓器低壓側(cè)出口裝設(shè)節(jié)能降損補(bǔ)償裝置后，假定補(bǔ)償容量按照變壓器容量的60%計(jì)算，那么補(bǔ)償效果的低壓側(cè)補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損當(dāng)量值如果取0.12。根據(jù)安順市區(qū)具體情況，對容量100 kV·A及以上公用變壓器采用動態(tài)切換補(bǔ)償方案，其需要補(bǔ)償?shù)娜萘渴?8600 kV·A。如果電容設(shè)備運(yùn)行時間如果是4000 h/a，那么每年可節(jié)電760萬kW·h，獲得收益288萬元。由此可見，在整個配電網(wǎng)絡(luò)中對變壓器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損技術(shù)的空間很大效益也很高。

5 結(jié)語

總之，配電網(wǎng)的節(jié)能降損補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，其市場潛力非常大。不過由于節(jié)能降損補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益分析涉及很多技術(shù)方案，其計(jì)算量也比較大，計(jì)算過程也比較復(fù)雜。因此，本文在在對節(jié)能降損的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析，并為了簡化計(jì)算過程采用遺傳算法來對其經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)施方案進(jìn)行了優(yōu)化，并采用了每補(bǔ)償1 KVar的節(jié)能降損功率來計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益。針對貴州省安順地區(qū)的實(shí)際電網(wǎng)的進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文提出的優(yōu)化方案和策略及相應(yīng)的參數(shù)使得該地區(qū)的節(jié)能降損不僅在技術(shù)可行而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

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[3] 田宏杰.線損分析預(yù)測在供電管理中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（7）.endprint

（3）隨機(jī)生成初始種群：在隨機(jī)種群中根據(jù)適應(yīng)度選出N個個體構(gòu)成初始種群。

（4）解碼并修正參數(shù)：將群體中每個體對應(yīng)為變量值，并按確定修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變量。

（5）計(jì)算潮流：按修正后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算該個體在當(dāng)前狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)潮流值。

（6）計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值：根據(jù)上述潮流計(jì)算結(jié)果來計(jì)算該個體的適應(yīng)度大小。

（7）選擇優(yōu)個體：對種群中個體都執(zhí)行上述第三，四和五步操作后，對當(dāng)前種群中所有個體進(jìn)行錦標(biāo)賽選擇產(chǎn)生出優(yōu)良父代個體準(zhǔn)備生成子代個體，并計(jì)算出每代種群中最優(yōu)個體。

（8）停止條件判斷件：如果滿足停止條件則執(zhí)行過程11，否則就執(zhí)行過程（9）。

（9）繁殖種群：對選擇出來的最優(yōu)父代個體通過使用交叉和變異算子來產(chǎn)生子代群體。

（10）新種群產(chǎn)生：從子代群體中根據(jù)適應(yīng)度大小選擇新當(dāng)前種群準(zhǔn)備進(jìn)行解碼。

（11）對最優(yōu)計(jì)算出結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證：將選出的最優(yōu)個體進(jìn)行解碼并計(jì)算其相應(yīng)在的變量值，并以此來修正配電網(wǎng)絡(luò)中各個參數(shù)的值，并以此計(jì)算潮流，線路網(wǎng)損和電壓合格率。

4 優(yōu)化結(jié)果及相應(yīng)的對策

4.1 針對10 kV配電線路節(jié)能減耗應(yīng)用

10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償主要原則是：（1）在技術(shù)可行上和經(jīng)濟(jì)性全面比較的基礎(chǔ)上，并設(shè)計(jì)整個配電網(wǎng)中公用配變的最好補(bǔ)償方案，使得整個網(wǎng)絡(luò)的損耗控制在發(fā)盡可能最小的范圍內(nèi)，其主要策略是將節(jié)能降損盡量集中在高壓端。（2）最大限度提高10 kV配網(wǎng)的功率因子，并使其達(dá)到0.96以上從而使得節(jié)能降損最大。因此，針對10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償相應(yīng)的也要考慮二個問題：第一是補(bǔ)償容量的確定。根據(jù)我國電力管理?xiàng)l例的相關(guān)規(guī)定，可以按配電網(wǎng)絡(luò)中使用的變壓器的功率和負(fù)荷容量的10%左右來確定。第二是節(jié)能減損裝置的安裝位置確定，由于線路出口段的電壓比較高，所以無需進(jìn)行補(bǔ)償，然而線路末端電壓比較低且相應(yīng)的電容器運(yùn)行效率不高，所以最好將自動補(bǔ)償裝置安裝在距末端線路電源一端約2/3處的位置上?，F(xiàn)在新型的節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置可以根據(jù)配電網(wǎng)中潮流分布情況進(jìn)行實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償調(diào)節(jié)以達(dá)到最好的效果。但是如果線路比較長，那么根據(jù)負(fù)荷情況可以使用兩處補(bǔ)償?shù)姆椒?，也就是說節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置分別安在線路2/5處和4/5處。

通過遺傳算法對上述目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化后，我們采取了相應(yīng)的措施后取得了比較好的效益。以10 kV線路補(bǔ)償量可按公用變壓器裝接容量的15%來確定，可知安順地區(qū)公用變壓器容量為65896 kV·A，補(bǔ)償容量經(jīng)計(jì)算后定為6800 var。節(jié)能降損經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.05，電容設(shè)備按每年運(yùn)行3200 h計(jì)，每年可減少電量損失120萬kW·h，按0.5元/kW·h的電價計(jì)算，每年可有60萬元的收益。

4.2 配電變壓器的節(jié)能降損補(bǔ)償

考慮到配電變壓器的負(fù)荷特點(diǎn)，在進(jìn)行低壓配網(wǎng)的節(jié)能設(shè)計(jì)時，首先要滿足最大負(fù)荷，但又要經(jīng)濟(jì)效益最大化，所以合理地補(bǔ)償輕載時變壓器的損耗是最為關(guān)鍵。因此為了提高變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，盡可能的減少變壓器的各種損耗，所以在100 kV·A以上變壓器上應(yīng)該采用低壓端進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)牟呗裕溲a(bǔ)償容量要視實(shí)際情況來確定，目前通用的方法是按變壓器容量的20%到30%來進(jìn)行配置，但隨負(fù)荷變化后也會自動切換并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。不過針對100 kV·A以下相對較小的變壓器通常都采用恒定補(bǔ)償法，其補(bǔ)償容量根據(jù)變壓器容量的10%到15%來設(shè)計(jì)。

針對相對簡單的農(nóng)用電網(wǎng)，50 kV·A以下配變比如變壓器可采用加裝固定補(bǔ)償電容器的方案來解決，其容量計(jì)算公式為：Qc=Se·I0/100（KVar），其中，高壓端的損變率I0可以是7%，低壓端的損變率I0大約是3%。這樣做的理由是農(nóng)網(wǎng)配變較小而且大多數(shù)非常分散，其最大利用時間只有1600 h左右，這樣其固定端的能量損耗主要是由于空載電流導(dǎo)致的。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，在農(nóng)網(wǎng)中配變電網(wǎng)功率損耗主要是由于節(jié)能裝備導(dǎo)致的，其比例也已經(jīng)占到整個配電網(wǎng)絡(luò)中電量損耗的一半以上。所以在這種情況下進(jìn)行二次側(cè)固定補(bǔ)償可以有效降低無功損耗，從而達(dá)到能量損耗降低、電壓增加和負(fù)荷增加的多重作用。

上述方案同樣經(jīng)遺傳算法優(yōu)化后，取得了比較明顯的效果。在變壓器低壓側(cè)出口裝設(shè)節(jié)能降損補(bǔ)償裝置后，假定補(bǔ)償容量按照變壓器容量的60%計(jì)算，那么補(bǔ)償效果的低壓側(cè)補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損當(dāng)量值如果取0.12。根據(jù)安順市區(qū)具體情況，對容量100 kV·A及以上公用變壓器采用動態(tài)切換補(bǔ)償方案，其需要補(bǔ)償?shù)娜萘渴?8600 kV·A。如果電容設(shè)備運(yùn)行時間如果是4000 h/a，那么每年可節(jié)電760萬kW·h，獲得收益288萬元。由此可見，在整個配電網(wǎng)絡(luò)中對變壓器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損技術(shù)的空間很大效益也很高。

5 結(jié)語

總之，配電網(wǎng)的節(jié)能降損補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，其市場潛力非常大。不過由于節(jié)能降損補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益分析涉及很多技術(shù)方案，其計(jì)算量也比較大，計(jì)算過程也比較復(fù)雜。因此，本文在在對節(jié)能降損的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析，并為了簡化計(jì)算過程采用遺傳算法來對其經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)施方案進(jìn)行了優(yōu)化，并采用了每補(bǔ)償1 KVar的節(jié)能降損功率來計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益。針對貴州省安順地區(qū)的實(shí)際電網(wǎng)的進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文提出的優(yōu)化方案和策略及相應(yīng)的參數(shù)使得該地區(qū)的節(jié)能降損不僅在技術(shù)可行而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧志剛，魏國華，鮑鋒.基于網(wǎng)損靈敏度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的線路改造選型[J].電力系統(tǒng)自動化，2010（17）.

[2] 葛江北，黃偉，李樂，等.配電網(wǎng)節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性風(fēng)險的量化評估[J].現(xiàn)代電力，2010（4）.

[3] 田宏杰.線損分析預(yù)測在供電管理中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（7）.endprint

（3）隨機(jī)生成初始種群：在隨機(jī)種群中根據(jù)適應(yīng)度選出N個個體構(gòu)成初始種群。

（4）解碼并修正參數(shù)：將群體中每個體對應(yīng)為變量值，并按確定修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變量。

（5）計(jì)算潮流：按修正后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算該個體在當(dāng)前狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)潮流值。

（6）計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值：根據(jù)上述潮流計(jì)算結(jié)果來計(jì)算該個體的適應(yīng)度大小。

（7）選擇優(yōu)個體：對種群中個體都執(zhí)行上述第三，四和五步操作后，對當(dāng)前種群中所有個體進(jìn)行錦標(biāo)賽選擇產(chǎn)生出優(yōu)良父代個體準(zhǔn)備生成子代個體，并計(jì)算出每代種群中最優(yōu)個體。

（8）停止條件判斷件：如果滿足停止條件則執(zhí)行過程11，否則就執(zhí)行過程（9）。

（9）繁殖種群：對選擇出來的最優(yōu)父代個體通過使用交叉和變異算子來產(chǎn)生子代群體。

（10）新種群產(chǎn)生：從子代群體中根據(jù)適應(yīng)度大小選擇新當(dāng)前種群準(zhǔn)備進(jìn)行解碼。

（11）對最優(yōu)計(jì)算出結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證：將選出的最優(yōu)個體進(jìn)行解碼并計(jì)算其相應(yīng)在的變量值，并以此來修正配電網(wǎng)絡(luò)中各個參數(shù)的值，并以此計(jì)算潮流，線路網(wǎng)損和電壓合格率。

4 優(yōu)化結(jié)果及相應(yīng)的對策

4.1 針對10 kV配電線路節(jié)能減耗應(yīng)用

10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償主要原則是：（1）在技術(shù)可行上和經(jīng)濟(jì)性全面比較的基礎(chǔ)上，并設(shè)計(jì)整個配電網(wǎng)中公用配變的最好補(bǔ)償方案，使得整個網(wǎng)絡(luò)的損耗控制在發(fā)盡可能最小的范圍內(nèi)，其主要策略是將節(jié)能降損盡量集中在高壓端。（2）最大限度提高10 kV配網(wǎng)的功率因子，并使其達(dá)到0.96以上從而使得節(jié)能降損最大。因此，針對10 kV配電線路節(jié)能降損補(bǔ)償相應(yīng)的也要考慮二個問題：第一是補(bǔ)償容量的確定。根據(jù)我國電力管理?xiàng)l例的相關(guān)規(guī)定，可以按配電網(wǎng)絡(luò)中使用的變壓器的功率和負(fù)荷容量的10%左右來確定。第二是節(jié)能減損裝置的安裝位置確定，由于線路出口段的電壓比較高，所以無需進(jìn)行補(bǔ)償，然而線路末端電壓比較低且相應(yīng)的電容器運(yùn)行效率不高，所以最好將自動補(bǔ)償裝置安裝在距末端線路電源一端約2/3處的位置上。現(xiàn)在新型的節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置可以根據(jù)配電網(wǎng)中潮流分布情況進(jìn)行實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償調(diào)節(jié)以達(dá)到最好的效果。但是如果線路比較長，那么根據(jù)負(fù)荷情況可以使用兩處補(bǔ)償?shù)姆椒?，也就是說節(jié)能降損自動補(bǔ)償裝置分別安在線路2/5處和4/5處。

通過遺傳算法對上述目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化后，我們采取了相應(yīng)的措施后取得了比較好的效益。以10 kV線路補(bǔ)償量可按公用變壓器裝接容量的15%來確定，可知安順地區(qū)公用變壓器容量為65896 kV·A，補(bǔ)償容量經(jīng)計(jì)算后定為6800 var。節(jié)能降損經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.05，電容設(shè)備按每年運(yùn)行3200 h計(jì)，每年可減少電量損失120萬kW·h，按0.5元/kW·h的電價計(jì)算，每年可有60萬元的收益。

4.2 配電變壓器的節(jié)能降損補(bǔ)償

考慮到配電變壓器的負(fù)荷特點(diǎn)，在進(jìn)行低壓配網(wǎng)的節(jié)能設(shè)計(jì)時，首先要滿足最大負(fù)荷，但又要經(jīng)濟(jì)效益最大化，所以合理地補(bǔ)償輕載時變壓器的損耗是最為關(guān)鍵。因此為了提高變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，盡可能的減少變壓器的各種損耗，所以在100 kV·A以上變壓器上應(yīng)該采用低壓端進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)牟呗裕溲a(bǔ)償容量要視實(shí)際情況來確定，目前通用的方法是按變壓器容量的20%到30%來進(jìn)行配置，但隨負(fù)荷變化后也會自動切換并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。不過針對100 kV·A以下相對較小的變壓器通常都采用恒定補(bǔ)償法，其補(bǔ)償容量根據(jù)變壓器容量的10%到15%來設(shè)計(jì)。

針對相對簡單的農(nóng)用電網(wǎng)，50 kV·A以下配變比如變壓器可采用加裝固定補(bǔ)償電容器的方案來解決，其容量計(jì)算公式為：Qc=Se·I0/100（KVar），其中，高壓端的損變率I0可以是7%，低壓端的損變率I0大約是3%。這樣做的理由是農(nóng)網(wǎng)配變較小而且大多數(shù)非常分散，其最大利用時間只有1600 h左右，這樣其固定端的能量損耗主要是由于空載電流導(dǎo)致的。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，在農(nóng)網(wǎng)中配變電網(wǎng)功率損耗主要是由于節(jié)能裝備導(dǎo)致的，其比例也已經(jīng)占到整個配電網(wǎng)絡(luò)中電量損耗的一半以上。所以在這種情況下進(jìn)行二次側(cè)固定補(bǔ)償可以有效降低無功損耗，從而達(dá)到能量損耗降低、電壓增加和負(fù)荷增加的多重作用。

上述方案同樣經(jīng)遺傳算法優(yōu)化后，取得了比較明顯的效果。在變壓器低壓側(cè)出口裝設(shè)節(jié)能降損補(bǔ)償裝置后，假定補(bǔ)償容量按照變壓器容量的60%計(jì)算，那么補(bǔ)償效果的低壓側(cè)補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損當(dāng)量值如果取0.12。根據(jù)安順市區(qū)具體情況，對容量100 kV·A及以上公用變壓器采用動態(tài)切換補(bǔ)償方案，其需要補(bǔ)償?shù)娜萘渴?8600 kV·A。如果電容設(shè)備運(yùn)行時間如果是4000 h/a，那么每年可節(jié)電760萬kW·h，獲得收益288萬元。由此可見，在整個配電網(wǎng)絡(luò)中對變壓器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能降損技術(shù)的空間很大效益也很高。

5 結(jié)語

總之，配電網(wǎng)的節(jié)能降損補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，其市場潛力非常大。不過由于節(jié)能降損補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益分析涉及很多技術(shù)方案，其計(jì)算量也比較大，計(jì)算過程也比較復(fù)雜。因此，本文在在對節(jié)能降損的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析，并為了簡化計(jì)算過程采用遺傳算法來對其經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)施方案進(jìn)行了優(yōu)化，并采用了每補(bǔ)償1 KVar的節(jié)能降損功率來計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益。針對貴州省安順地區(qū)的實(shí)際電網(wǎng)的進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文提出的優(yōu)化方案和策略及相應(yīng)的參數(shù)使得該地區(qū)的節(jié)能降損不僅在技術(shù)可行而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

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[3] 田宏杰.線損分析預(yù)測在供電管理中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（7）.endprint