基于電壓控制目標追蹤的配電網無功優化方法分析

羅仕俊

摘要：配電網無功優化問題就是研究如何使無功功率在配電網中分布更為合理，從而有效地降低目標配電系統的有功損耗、改善系統的電壓質量。傳統的配電網無功優化方法大多是以降低目標配電系統的有功損耗為目標。本文旨在從優先保障目標配電系統的運行電壓質量出發，探索一種更加貼近電力系統實際應用的計及DG接入的配電網無功優化方法。

關鍵詞：電壓控制；配電網；無功優化；目標追蹤

隨著電力法的頒布實施和電網商業化運行的深入，保障目標配電系統的運行電壓質量日益顯示出其重要性。因而，探討以保障目標配電系統的運行電壓質量為首要目標，同時兼顧降低網絡有功損耗的配電網無功優化方法具有重要的理論價值和現實意義。另外，分布式電源（DG）的大量接入使得配電網無功優化問題變得更加復雜。因此，研究計及DG接入的配電網無功優化問題勢在必行。

一、配電網無功優化的意義

配電網中無功功率的分布會直接影響系統的有功損耗和電壓質量，關系著系統的安全經濟運行。當無功功率不足時，系統的有功損耗增大，電壓降低，甚至局部電壓會低至臨界值以下，引起系統電壓崩潰，導致大面積停電。相反，當無功功率過剩時，系統的電壓升高，也會對系統和用電設備產生不利的影響。例如，系統電壓升高會增大線路和設備的損耗，降低設備的使用壽命，加快線路和設備的絕緣老化等。配電網無功優化問題就是研究如何使無功功率在配電網中分布更為合理，從而降低系統的有功損耗、提高系統的電壓質量等。自20世紀60年代初法國學者提出最優潮流問題后，無功優化問題就受到了國內外專家學者的廣泛關注，而且已經取得了眾多研究成果。但是，隨著配電網規模的不斷擴大，對無功優化問題中諸如最優解的質量、算法的收斂性、無功優化的實時性等的要求越來越高。因此，進一步研究配電網無功優化問題，合理配置無功補償裝置，提高系統運行的安全性和經濟性，具有重要的理論研究價值和現實際意義。

二、基于電壓控制目標追蹤的配電網無功優化方法

近年來國際間對資源耗竭的危機及意識、環保意識的不斷進步，使得能源應用早已成為?手可熱的議題，提高分布式電源占總發電量的百分比在許多國家已成為趨勢。隨著經濟的成長，開源及節流早已變的?可忽視；由于人們對于環境保護及自我意識的提升，造成大型集中式發電廠和輸配電設施的投資金額越來越高，建設也越?越困難，為提高電能的使用效率解決配電系統有功損耗問題，除使用傳統增設輸電線、變電所外，另可考慮在適當的地點裝設分布式電源，以達成降低配電系統有功損耗、減少負載端用電量需求及?低電能在輸送過程中的損耗。此外，于尖峰負載時段實施需量反應計劃亦可抑制負載量，進而達到降低輸配電網絡壅塞的目標。配電網是電力系統的重要組成部分之一，在電力系統的各環節中，配電網處于末端直接與用戶相聯系。長期以來，重視有功調度而忽視無功功率的分布，導致大量無功功率在配電網中流動，既增加了配電網有功損耗，又影響了電壓質量，降低了配電網運行效率。因而對于如何利用和配置無功資源進一步降低配電網損耗，提高電壓合格率，提高配電網運行經濟性的研究，無論是從運行實際還是從研究現狀來看都表現出很強的迫切性。

配電網無功優化就是建立在已有綜合自動化基礎之上，在保證配電網安全可靠運行的前提下，根據不同的負荷水平，控制配電網中已有無功補償控制設備（如同步發電機、有載調壓變壓器、無功補償器等），合理調整配電網中無功功率分布，一方面使配電網滿足一定安全約束，使各節點電壓滿足要求；另一方面使配電網的有功損耗最小，無功補償設備的投資最小。電力公司發生線路壅塞情況，只會決定投資新建輸配電設備來舒緩壅塞問題，因此提出結合降低尖峰負載量與此尖峰負載量所需投資新增輸配電設備成本的觀念，利用現值法估算如果能夠利用負載端管理措施、發電廠及分布式能源支持此尖峰負載量用電后，可以避免投資新的輸配電設備成本。由于環保意識的提倡，也促使再生能源的技術發展更有效率，越來越多的分布式能源并聯到配電網絡上，對配電網絡的長期規劃而言，被動控制的分布式能源會導致嚴厲的電網操作問題；相反的，主動式的操作管理能為分布式能源的系統商與電力公司帶來互利。過度負載成長會使電壓落入不可接受范圍區間，政府與電力公司應提供獎勵方案整合分布式能源并聯及輔助服務，提出多目標最佳化算法估算電力公司與分布式能源的成本與效益，結果顯示在典型的配電網絡中，影響分布式能源效益最大的是政府政策上的補助價格，必須制訂合適的章程法規鼓勵整合分布式能源與配電網絡增強設備。

結論

配電網無功優化問題是一個多約束、多變量的非線性混合規劃問題，具有非線性、不連續、不確定因素較多等特點。這些都給配電網無功優化問題的求解增加了困難。選擇一種合適的無功優化算法會對求解配電網無功優化問題產生直接的影響。如果選擇的優化算法不合適，不但可能得不到較優的解，甚至算法可能最終無法收斂。因此，無功優化算法一直都是國內外專家學者致力于研究的重點。

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