多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)研究

張保健，張桂婷，連 貫

（國網(wǎng)天津武清供電公司，天津301700）

0 引言

在配電網(wǎng)節(jié)能供電技術(shù)發(fā)展中，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)節(jié)能降損方法主要有基于阻抗特征增益調(diào)節(jié)的配電網(wǎng)節(jié)能降損控制方法、基于三相并網(wǎng)特征分析的配電網(wǎng)節(jié)能降損方法、基于輸出頻率參數(shù)分析的配電網(wǎng)節(jié)能降損方法等，因為傳統(tǒng)方法的自適應(yīng)性較差，所以減損輸出增益不高。為了提高配電網(wǎng)節(jié)能降損能力，不少專家學(xué)者進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1]通過構(gòu)建多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損控制模型，分析配電網(wǎng)節(jié)能降損的約束指標(biāo)參數(shù)，采用多功率控制和多維參數(shù)指標(biāo)控制方法，建立配電網(wǎng)節(jié)能降損的聯(lián)合控制模型，結(jié)合對配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)工況特征分析，構(gòu)建負(fù)荷節(jié)能降損需求的配電網(wǎng)優(yōu)化組網(wǎng)模型，滿足配電網(wǎng)的動態(tài)交互控制能力，提高配電網(wǎng)輸出功率增益的穩(wěn)態(tài)性。文獻(xiàn)[2]在對配電網(wǎng)節(jié)能降損穩(wěn)態(tài)特征參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損的節(jié)能規(guī)劃參數(shù)分析模型，通過單輸入單輸出的電能參數(shù)以及電能質(zhì)量分析，進(jìn)行配電網(wǎng)的節(jié)能控制。雖然這些研究成果在應(yīng)用中也有效果，但總是存在一些缺陷?；诖?，本文提出了多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)。此技術(shù)采用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)方法，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的聯(lián)合穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析模型，根據(jù)網(wǎng)側(cè)電感的輸出增益調(diào)節(jié)，結(jié)合頻率特性曲線分析技術(shù)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)節(jié)能降損分析和優(yōu)化控制。測試結(jié)果顯示，本文所提方法對配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的節(jié)能性較好，輸出穩(wěn)態(tài)性較強(qiáng)。

1 配電網(wǎng)節(jié)能降損控制約束指標(biāo)及其對象模型

1.1 指標(biāo)參數(shù)分析

為實現(xiàn)多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損，需要構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制約束指標(biāo)參數(shù)分析模型，以諧振峰附近相頻特性、阻抗特性以及諧振參數(shù)等為約束指標(biāo)系數(shù)，采用多約束指標(biāo)聯(lián)合控制方法進(jìn)行配電網(wǎng)節(jié)能降損控制對象模型設(shè)計，構(gòu)建功率放大模塊、諧振控制模塊、穩(wěn)態(tài)控制模塊等，再以主流三相并網(wǎng)參數(shù)、阻抗參數(shù)、幅值相位、鎖相環(huán)、功率幅值等為二級指標(biāo)參數(shù)[3]，所得到的配電網(wǎng)節(jié)能降損控制約束指標(biāo)參數(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)節(jié)能降損控制約束指標(biāo)參數(shù)結(jié)構(gòu)

采用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)方法，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的聯(lián)合穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析模型[4]，得到的網(wǎng)側(cè)諧波電壓穩(wěn)態(tài)增益為

其中，W為配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的電壓穩(wěn)態(tài)系數(shù)，Z為網(wǎng)側(cè)諧波參量，L為聯(lián)合穩(wěn)態(tài)增量。

在單位功率因數(shù)工況下，在明確初判穩(wěn)定前提下，在欠阻尼穩(wěn)定、負(fù)阻尼失穩(wěn)的狀態(tài)下，得到負(fù)阻尼失穩(wěn)參量[5]。約束指標(biāo)參數(shù)動態(tài)分量為

其中，a為約束指標(biāo)。

采用多目標(biāo)優(yōu)化方法，建立配電網(wǎng)節(jié)能降損的穩(wěn)定模糊動態(tài)值為

其中，A為配電網(wǎng)節(jié)能降損的穩(wěn)定模糊系數(shù)。

根據(jù)穩(wěn)定性再判環(huán)節(jié)比較阻尼，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的二自由度特征量滿足式（4）。

根據(jù)上述分析，采用多約束指標(biāo)聯(lián)合控制方法進(jìn)行配電網(wǎng)節(jié)能降損控制對象模型設(shè)計。

1.2 配電網(wǎng)節(jié)能降損控制對象模型

根據(jù)臨界穩(wěn)定性特征分析方法，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的三階統(tǒng)計參數(shù)為

其中，ωij為三階特征量，在Logisticsc映射下，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的收斂條件滿足式（6）。

若C（x）＜0，則可壓縮Navier-Stokes方程三階梯度分布模型為

其中，η為配電網(wǎng)節(jié)能降損控制分布系數(shù)，若C（x）=0，則得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的穩(wěn)定性快速初判特征量為

其中，Q為配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的約束分量，β為穩(wěn)定性快速初判系數(shù)。

采用時滯分量約束和功率增益調(diào)節(jié)方法，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制對象模型[6]，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損的融合特征量為

其中，u為配電網(wǎng)節(jié)能降損的融合系數(shù)。

在穩(wěn)定性再判環(huán)節(jié)下，得到的Middlebrook判據(jù)為

在并網(wǎng)系統(tǒng)諧波諧振阻尼控制下，配電網(wǎng)節(jié)能降損的自導(dǎo)納與互導(dǎo)納為?i∈Ss，?s∈S，配電網(wǎng)節(jié)能降損的相位穩(wěn)定裕度展開式為

其中，b為配電網(wǎng)節(jié)能降損的相位參量。

采用并網(wǎng)系統(tǒng)諧波諧振阻尼識別方法，構(gòu)建優(yōu)化配電網(wǎng)節(jié)能降損約束特征解f（x），配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的聯(lián)合特征分量為?x1，x2∈R，由此可得到式（12）

采用幅頻特性曲線峰值響應(yīng)分析方法，得到的配電網(wǎng)節(jié)能降損控制等效電路如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)節(jié)能降損控制等效電路

在二階振蕩環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的模糊狀態(tài)參數(shù)滿足f（x2）＜f（x1），得到

根據(jù)幅頻特性曲線峰值分布，得到N配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的三階自相關(guān)特征量f（x）為嚴(yán)格凸函數(shù)。

2 配電網(wǎng)節(jié)能降損控制優(yōu)化

2.1 配電網(wǎng)節(jié)能降損等效控制增益調(diào)節(jié)

根據(jù)濾波電感右側(cè)的并網(wǎng)點分布，所得到的N配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的振蕩特性提取輸出滿足式（14）。

根據(jù)阻感分量慣性參數(shù)滿足?ζ∈?ζ（x），采用多項式階次融合方法，得到阻網(wǎng)側(cè)集總電感為

f（x）為嚴(yán)格凸函數(shù)，由此構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損的穩(wěn)定性等效控制模型。根據(jù)網(wǎng)側(cè)電感的輸出增益調(diào)節(jié)[7]，結(jié)合頻率特性曲線分析技術(shù)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)節(jié)能降損分析和對配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的增益調(diào)節(jié)，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的狀態(tài)初始值x0為

λ∈（0，1），由于f（x2）＞f（x1），f（x）是配電網(wǎng)的節(jié)能降損的三階自相關(guān)嚴(yán)格凸函數(shù)，則有

其中，m為三階自相關(guān)系數(shù)。

采用聯(lián)合穩(wěn)定性判決，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的電感等效分析模型，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損的動態(tài)誤差調(diào)節(jié)參數(shù)為

由于x1-x0=（l-0）（x1-x0）/λ，采用負(fù)阻尼失穩(wěn)調(diào)節(jié)，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損的層級迭代結(jié)果為

其中，M為阻尼系數(shù)。

根據(jù)上述分析，基于概率密度特征分析和功率增益調(diào)節(jié)方法，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的模糊動態(tài)增益控制函數(shù)為

采用多供電指標(biāo)參數(shù)約束，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的適定概率分布為

其中，B為配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的多供電指標(biāo)參數(shù)。

在邊界?Ω的鄰域內(nèi)，通過概率密度尋優(yōu)，得到配電網(wǎng)節(jié)能降損等效控制增益調(diào)節(jié)模型[8-10]。

2.2 配電網(wǎng)節(jié)能降損最優(yōu)約束解

建立多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損的尋優(yōu)方程，根據(jù)最優(yōu)約束解向量分析，實現(xiàn)多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損。多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)的慣性參數(shù)滿足A（x）＞0，則

其中，Φ（t）為配電網(wǎng)的慣性函數(shù)。

采用多約束指標(biāo)聯(lián)合特征分析的方法，得到電網(wǎng)節(jié)能降損的平衡點為

其中，σ1為電網(wǎng)節(jié)能降損的臨界點，σ2為電網(wǎng)節(jié)能降損的振蕩點，N為節(jié)能供電約束。

采用并網(wǎng)系統(tǒng)初判穩(wěn)定分析方法，得到供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損的控制優(yōu)化解為

配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的穩(wěn)定性充分條件為

建立多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損的尋優(yōu)方程，根據(jù)最優(yōu)約束解向量分析[11-13]，實現(xiàn)多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損，得到的動態(tài)解析方程為

根據(jù)上述算法設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)能降損算法優(yōu)化的流程如圖3所示。

圖3 節(jié)能降損算法優(yōu)化實現(xiàn)流程

3 實驗測試分析

通過仿真測試驗證本文方法在實現(xiàn)配電網(wǎng)節(jié)能降損中的應(yīng)用性能。設(shè)定配電網(wǎng)節(jié)能降損的并網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)納為12 mL，曲線幅頻特性諧振參數(shù)為0.34，電網(wǎng)阻抗感性分量為415 μH，負(fù)阻尼發(fā)散系數(shù)為0.31。根據(jù)這些參數(shù)設(shè)定，得到的電能損耗系數(shù)檢測結(jié)果如圖4所示。

圖4 電能損耗系數(shù)

由圖4可知，采用本文方法能有效實現(xiàn)對配電網(wǎng)的節(jié)能降損，降低了電能開銷。相比傳統(tǒng)方法，多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損方法下的輸出穩(wěn)定性較好，節(jié)能降損輸出增益較大，提高了配電網(wǎng)的節(jié)能控制能力。

4 結(jié)束語

近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)放緩，能源危機(jī)的出現(xiàn)以及環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，加上電力深化改革的繼續(xù)推進(jìn)，使得電力行業(yè)及電力企業(yè)的發(fā)展面臨著新形勢和新挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)節(jié)能降損工作是一項復(fù)雜而艱巨的工程，涉及的不確定因素很多，不少專家和學(xué)者都在進(jìn)行不懈的研究。為了提高配電網(wǎng)的節(jié)能控制能力，我們僅針對傳統(tǒng)配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)存在的一些缺陷，以諧振峰附近相頻特性、阻抗特性以及諧振參數(shù)等為約束指標(biāo)系數(shù)，采用多約束指標(biāo)聯(lián)合控制方法構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損控制對象模型；根據(jù)臨界穩(wěn)定性特征分析，建立配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的聯(lián)合決策變量，構(gòu)建配電網(wǎng)節(jié)能降損的穩(wěn)定性等效控制模型；根據(jù)網(wǎng)側(cè)電感的輸出增益調(diào)節(jié)，結(jié)合頻率特性曲線技術(shù)，建立多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損的尋優(yōu)方程，根據(jù)最優(yōu)約束解向量分析，實現(xiàn)多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損。實驗測試結(jié)果表明，多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)實現(xiàn)了對配電網(wǎng)節(jié)能降損的優(yōu)化控制，使配電網(wǎng)節(jié)能降損控制的節(jié)能性更好，輸出穩(wěn)定性更強(qiáng)。未來的路還很長，配電網(wǎng)的節(jié)能降損相關(guān)技術(shù)研究還需要深入下去，本文所提出的多供電指標(biāo)約束下配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)方法也有不足之處，希望同行多提意見及建議，進(jìn)一步完善此技術(shù)，使其更好地服務(wù)于電力行業(yè)及電力企業(yè)。