含分布式電源的西藏配電網(wǎng)多目標無功優(yōu)化研究

高暢 龔康華

摘要：本文采用粒子群算法對西藏配電網(wǎng)進行無功優(yōu)化并將西藏配電網(wǎng)的發(fā)電變量設(shè)定為分布式電源，從而達到電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的要求，讓整個西藏配電網(wǎng)的有功損耗最小，令供電的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性得到提升，希望能為相關(guān)的研究者提供一定的參考依據(jù)

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式電源；粒子群算法；無功優(yōu)化

一、西藏配電網(wǎng)以及分布式發(fā)電技術(shù)簡介

隨著西藏配電網(wǎng)的復雜程度越來越高，西藏電力供應的電能質(zhì)量要求和配電網(wǎng)經(jīng)濟、安全運行的要求也被我們越來越重視。而改善西藏配電網(wǎng)諸多問題的有效方式之一即為對配電網(wǎng)進行無功優(yōu)化。所以對西藏電網(wǎng)來說，研究配電網(wǎng)無功優(yōu)化有著極為重要的實際作用。

與此同時，分布式電源作為一種可再生能源，它具有安裝方便、供電靈活等特點，能有效地提高供電可靠性、提高供電質(zhì)量、降低供電損耗、減少網(wǎng)損。現(xiàn)階段我國主要的分布式電源有：（1）光伏發(fā)電；（2）風力發(fā)電；（3）燃料電池發(fā)電；（4）生物質(zhì)能發(fā)電。

盡管目前我們西藏電網(wǎng)主要的發(fā)電形式依然是以集中式的發(fā)電為主，但由于西藏擁有這些純天然的地理環(huán)境因素來施行分布式發(fā)電，所以未來的西藏電網(wǎng)也會越來越多地應用到分布式發(fā)電。[1]而我們傳統(tǒng)的西藏配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為簡單的輻射型，加入了分布式電源后，使配電網(wǎng)打破了傳統(tǒng)的單電源輻射結(jié)構(gòu)，這改變了配電網(wǎng)的潮流大小和方向。與此同時，一系列的電能質(zhì)量問題也將影響分布式電網(wǎng)和配電網(wǎng)的運行，如：電壓閃變、電壓不平衡、諧波畸變等。[4]這時就需要我們對配電網(wǎng)進行無功優(yōu)化。

二、含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化

（一）含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化的基本思想

無功優(yōu)化是指，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機容量和負荷分布給定的情況下，滿足某些約束條件，調(diào)整各節(jié)點無功補償量，以達到有功損耗最小等目標。[5]分布式電源并入配電網(wǎng)中會改變整個電網(wǎng)的潮流分布，而無功電源不同，其對電網(wǎng)輸送的功率都不一樣。所以當配電網(wǎng)并入分布式電源后，不僅要重新進行無功優(yōu)化的分析，還需分析不同的分布式電源并入對無功分布的影響。[2]

（二）含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化的數(shù)學模型

本文是以網(wǎng)損最小作為單目標函數(shù)，以潮流平衡約束、電壓不越界和無功功率不倒送作為約束條件，將分布式電源并入的節(jié)點作為PV或PQ節(jié)點處理，求解配電網(wǎng)無功優(yōu)化的策略。

1、無功優(yōu)化的數(shù)學模型

1）目標函數(shù)

公式中，Ploss為網(wǎng)損；Gij為節(jié)點間的電導；Ui、Uj為各節(jié)點的電壓幅值；

2）等式約束條件

以下是各節(jié)點的有功功率與無功功率平衡的約束方程式：

公式中，

Pi、Qi為節(jié)點i處注入的有功功率和無功功率；

Ui、Uj為該節(jié)點處的電壓幅值；

Gij、Bij、cos θij為節(jié)點間的電導、電納和電壓相角差。

3）不等式約束條件

各節(jié)點電壓不越界的狀態(tài)約束為：

公式中，Ui.、節(jié)點電壓的最大幅值和最小幅值；n為電網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)目。

接入無功電源容量的控制約束為：

公式中，Qimin、Qimax為無功補償?shù)淖畲笱a償量和最小補償量；m為無功補償節(jié)點。

2、并入分布式電源的處理

有些分布式電源需要通過變流器等裝置才能并網(wǎng)運行，如光伏發(fā)電、燃料電池等。[3]以光伏發(fā)電為例，給出所述類型的含DG的模型。逆變器是光伏發(fā)電連入電網(wǎng)的主要裝置。進行潮流計算時一般PV或PQ節(jié)點的方式對接入的DG進行處理。本文將接入的DG看作PQ節(jié)點，并給出其有功、無功出力。

3、無功優(yōu)化的流程

粒子群遺傳混合算法在無功優(yōu)化中的計算程序流程如下：

第一步，初始化數(shù)據(jù)，并根據(jù)初始化數(shù)據(jù)生成初始種群；

第二步，求解種群中每個個體的適應度值，并根據(jù)適應度值重新排列種群中個體順序；

第三步，選出種群中排列在前面的Ni個個體組成子種群一，選出種群中排列在前面的N2個個體組成子種群二；

第四步，然后對Ni種群計算適應度值，從而求解出Ni種群的Pbest和Gbest；

第五步，在粒子群算法中，根據(jù)之前得出的Pbest和Gbest更新每個個體的速度和位置；

第六步，在遺傳算法中，對N2種群中每個個體進行選擇、交叉和變異計算，從而更新個體；

第七步，合并兩種算法更新后的種群，并求解適應度值，并根據(jù)適應度值重新排列種群中個體順序；

第八步，選出種群中排列在前面的Ni個個體組成子種群一，選出種群中排列在前面的N2個個體組成子種群二 ；

第九步，然后對Ni種群計算適應度值，從而求解出N1種群的Pbest和Gbest；

第十步，判斷是否迭代完成100次，如果沒完成返回第五步，如果完成結(jié)束程序；

三、總結(jié)

通過以上研究，作者發(fā)現(xiàn)分布式電源對配電網(wǎng)的無功優(yōu)化有很大幫助，本課題的研究中仍存在不足之處和需要進一步研究的問題：

（1）本文僅考慮了配電網(wǎng)網(wǎng)損最小作為目標函數(shù)，可以加入投資費用等組成多目標函數(shù)，求解相對最優(yōu)結(jié)果，使研究的實用性更強。

（2）研究含DG的無功優(yōu)化時，把DG作為PQ節(jié)點進行處理，沒有考慮多種類型的DG并網(wǎng)這種更為復雜的情況。

希望將來我們真正面臨這些問題時能進一步仔細探究問題并使問題得以解決，造福百姓。

參考文獻：

[1]李寬，李興源，陳實等.光伏并網(wǎng)抑制由直流輸電引起的次同步振蕩的可行性分析[J].電力自動化設(shè)備，2015，35（3）：41-46.

[2]孫國棟.光伏電站并網(wǎng)對徐州電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)節(jié)研究[J].城市建理論研究（電子版），2015，5（26）：1600-1601.

作者簡介：高暢（1995—），女，湖北咸寧人，沈陽工業(yè)大學電氣工程學院2016級電氣工程專業(yè)碩士研究生，研究方向：電機及其控制。