地區(qū)配電網(wǎng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化研究

曾 敏

（國網(wǎng)四川省電力公司自貢供電公司，四川 自貢 643000）

在地區(qū)配電網(wǎng)中進行系統(tǒng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化的主要目的是：通過一定的優(yōu)化方式，對系統(tǒng)進行一定的優(yōu)化調(diào)整，使系統(tǒng)在滿足特定的約束條件的前提下，系統(tǒng)的多個指標工作于最優(yōu)狀態(tài)，主要的目標函數(shù)有：電容器的投切次數(shù)是否是最小值、變壓器的分接頭是否是最小值、無功補償設(shè)備投資是否是最小值、系統(tǒng)的有功損耗是否是最小值、額定電壓與電壓之差是否是最小值、電壓的質(zhì)量是否達到了最優(yōu)狀態(tài)。本文就針對此予以簡單分析。

一、地區(qū)配電網(wǎng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化中存在的問題

目前對于配電網(wǎng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化的研究主要集中在如何提高系統(tǒng)優(yōu)化的計算速度、如何改善系統(tǒng)的收斂性上，很多優(yōu)化計算方法都是在此基礎(chǔ)上提出的，但是隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，經(jīng)濟性、安全性的要求越來越高，對配電網(wǎng)無功優(yōu)化的過程的約束條件的要求越來越嚴格，目前普遍使用的優(yōu)化計算方法及應(yīng)用軟件中存在著下列問題：（1）沒有結(jié)合電力系統(tǒng)實際工作中的控制，實際控制對無功優(yōu)化的效果的因素是多種多樣的，如系統(tǒng)的實際控制對變壓器有載調(diào)壓分接頭的調(diào)整，而目前很多的優(yōu)化方法主要的優(yōu)化內(nèi)容是對靜態(tài)補償電容的補償值的調(diào)節(jié)；（2）運算過程非常繁復(fù)，要建立起有效的數(shù)學(xué)模型具有較大的難度，很多優(yōu)化計算方法中，都忽略了配電網(wǎng)絡(luò)中負荷的季節(jié)變化、日常變化等因素對優(yōu)化計算結(jié)果的影響，只是單純的考慮正常負荷、負荷低谷、負荷高峰等幾種配電網(wǎng)絡(luò)特定的運行方式來進行計算，與實際的多目標優(yōu)化有一定的偏差；（3）在計算的過程中，為了簡化計算，配電網(wǎng)絡(luò)的負載阻抗、配變、線路阻抗等參數(shù)，通常被近似或忽略，在計算中不考慮這些參數(shù)，通常會造成優(yōu)化計算中所得值，與實際值有很大的誤差。

圖1 配電網(wǎng)示意圖

由于存在以上問題，因此在配電網(wǎng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化的研究中，首先應(yīng)該建立起與實際情況相符的、精確的數(shù)學(xué)模型，在計算的過程中確定正確的多目標函數(shù)，確定出合理的無功補償?shù)攸c、電容器的投切組數(shù)、電源變壓器的分接頭位置、無功補償電容器組的最小、最大補償量等，下面介紹一種配電網(wǎng)多目標無功優(yōu)化潮流算法。

二、地區(qū)配電網(wǎng)多目標動態(tài)無功優(yōu)化的計算方法

在多目標優(yōu)化潮流計算法中，目標函數(shù)一般用下式表示：

計算中的等式約束表示為下式：

上式中，u表示控制變量，例如變壓器的有載調(diào)壓分接頭的位置等；x表示狀態(tài)變量，例如節(jié)點電壓等；y表示系統(tǒng)的輸出矢量，例如支路電流等。

在傳統(tǒng)的潮流計算時，要想得到一個滿意的設(shè)定值是需反復(fù)計算的，通常采用不同的約束條件，計算所得的值往往是截然不同的，同時在計算的過程中，控制變量的值的確定，需要工程師根據(jù)經(jīng)驗來進行選擇，包含了一定的不穩(wěn)定影響因素，因此，根據(jù)地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)的特點，提出了一種多目標無功優(yōu)化潮流計算方法。

其主要的特點表現(xiàn)為：（1）借助單線圖界面（2）系統(tǒng)設(shè)備屬性包含于數(shù)據(jù)庫中，數(shù)學(xué)建模十分方便（3）包含了多個目標函數(shù)，可以選中一個或多個目標函數(shù)進行計算，自行設(shè)定各個目標函數(shù)的比例；（4）控制變量能夠自動的調(diào)節(jié)（5）可以提供各種不同的約束條件。該計算方法能夠?qū)ο到y(tǒng)中的各種控制設(shè)置進行自動的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行條件的優(yōu)化，再通過計算，確保計算的結(jié)果符合不等式或等式的約束條件，最終得到有效的、可靠的系統(tǒng)優(yōu)化分析結(jié)果。

表1 無并聯(lián)補償?shù)那闆r下的潮流計算的結(jié)果

表2 優(yōu)化潮流計算的計算結(jié)果1

表3 優(yōu)化潮流計算的計算結(jié)果2

三、軟件計算應(yīng)用實例

配電網(wǎng)絡(luò)多目標動態(tài)無功優(yōu)化計算的過程中，所使用的軟件應(yīng)該能夠提供圖形化的用戶界面，方便操作者設(shè)定系統(tǒng)的運行狀態(tài)及系統(tǒng)中各個元件的參數(shù)，其潮流程序不僅要能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)進行潮流分析，還要實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的多目標優(yōu)化。PowerStation軟件是一種廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析的軟件，具有網(wǎng)絡(luò)嵌套、完整的設(shè)備數(shù)據(jù)庫、多維數(shù)據(jù)庫等優(yōu)點，能夠在Windows操作平臺進行操作，本次研究中選取利用PowerStation軟件建立的單電源干線式開式網(wǎng)單線圖作為實例進行分析，如圖1所示。

1 確定出補償?shù)攸c及其容量最大值

配電網(wǎng)絡(luò)線路無功優(yōu)化時，通常會進行無功補償，在計算時一般假定補償?shù)臒o功是在系統(tǒng)中均勻分布，這通常能夠有效的降低系統(tǒng)的網(wǎng)損，但在實際運行過程中，無功并不能均勻的分布，并且該種補償方法需要在線路上安裝電容器組，增加了系統(tǒng)的投資成本，而且為系統(tǒng)的維護、操作帶來了麻煩，因此，在本次實例優(yōu)化中，選擇在系統(tǒng)的配變低壓側(cè)來進行補償，將補償位置選擇在用戶配電變壓器的低壓側(cè)和公用配電變壓器側(cè)，這兩種變壓器的負荷性質(zhì)、容量等值都不相同，在每個補償點所安裝的電容器組的總?cè)萘康淖畲笾颠x擇與配電變壓器的容量值相等，也就是說，如果是400KVA的配電，選擇補償電容器組時，最小的補償量值為0，而最大的補償量值為400kvar。

2 確定出系統(tǒng)的約束條件極其優(yōu)化目標

本次研究中的優(yōu)化目標為，圖1中Linel以下的所有元件的補償容量值最小、無功損耗值最小、有功損耗值最小。

本次研究中所選擇的約束條件，需要滿足平衡等式約束條件，并且需要滿足這樣幾點條件：（1）變壓器的分接頭的約束條件為，T1變壓器低壓側(cè)電壓可以進行調(diào)節(jié)，同時變壓器的變比需滿足的條件為（2）補償容量約束表示為（3） 母 線 電 壓 約 束 表 示 為：

3 進行優(yōu)化計算

在PowerStation軟件中按下優(yōu)化潮流的按鈕，開始進行優(yōu)化計算，查看相應(yīng)的計算報告得到支路的潮流信息及相關(guān)的優(yōu)化措施，如果無法滿足相應(yīng)的約束條件，可以對某些量值進行調(diào)整，重新計算得到計算結(jié)果。

在沒有并聯(lián)補償電容的情況下，運用常規(guī)的潮流計算方法進行計算，所得計算結(jié)果如表1所示。

由上表中可以看出各個支路上具有較大的電壓降落值，支路上的損耗是比較大的。

采用并聯(lián)補償電容及帶負荷調(diào)節(jié)分接頭之后，采用優(yōu)化潮流計算法計算結(jié)果如表2：

從表2中的計算結(jié)果可以看出各個母線的電壓值的降落得到了有效的減少，其值處于約束條件之內(nèi)，有效的減少了支路的損耗。

將有載調(diào)壓分接頭LTC的值設(shè)置為215%，然后采用相應(yīng)的優(yōu)化計算方法進行計算，計算結(jié)果如表3所示。

通過對以上的計算結(jié)果進行分析，采用PowerStation軟件優(yōu)化潮流計算程序，能夠很好的解決補償點及補償量的計算問題，并且變壓器的調(diào)節(jié)分接頭對于無功補償容量具有較大的影響，將PowerStation軟件優(yōu)化潮流計算應(yīng)用于動態(tài)無功優(yōu)化中，具有很好的優(yōu)化效果。

結(jié)語

本文在對多目標動態(tài)無功優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)上，對其優(yōu)化計算方法進行了簡單分析，并提出了將系統(tǒng)控制與PowerStation優(yōu)化潮流程序結(jié)合起來的優(yōu)化計算方法，并應(yīng)用實例進行驗證，實驗表明，該計算方法能夠起到很好的優(yōu)化效果。

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