含分布式電源的西藏配電網(wǎng)多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化研究

高暢 龔康華

摘要：本文采用粒子群算法對(duì)西藏配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)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(dá)到電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化的要求，讓整個(gè)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(jì)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(wú)功優(yōu)化

一、西藏配電網(wǎng)以及分布式發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著西藏配電網(wǎng)的復(fù)雜程度越來(lái)越高，西藏電力供應(yīng)的電能質(zhì)量要求和配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的要求也被我們?cè)絹?lái)越重視。而改善西藏配電網(wǎng)諸多問(wèn)題的有效方式之一即為對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。所以對(duì)西藏電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，研究配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化有著極為重要的實(shí)際作用。

與此同時(shí)，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(diǎn)，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(guó)主要的分布式電源有：（1）光伏發(fā)電；（2）風(fēng)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?fù)碛羞@些純天然的地理環(huán)境因素來(lái)施行分布式發(fā)電，所以未來(lái)的西藏電網(wǎng)也會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)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(jiǎn)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(shí)，一系列的電能質(zhì)量問(wèn)題也將影響分布式電網(wǎng)和配電網(wǎng)的運(yùn)行，如：電壓閃變、電壓不平衡、諧波畸變等。[4]這時(shí)就需要我們對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。

二、含分布式電源的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化

（一）含分布式電源的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的基本思想

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

（二）含分布式電源的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

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

1、無(wú)功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

1）目標(biāo)函數(shù)

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

2）等式約束條件

以下是各節(jié)點(diǎn)的有功功率與無(wú)功功率平衡的約束方程式：

公式中，

Pi、Qi為節(jié)點(diǎn)i處注入的有功功率和無(wú)功功率；

Ui、Uj為該節(jié)點(diǎn)處的電壓幅值；

Gij、Bij、cos θij為節(jié)點(diǎn)間的電導(dǎo)、電納和電壓相角差。

3）不等式約束條件

各節(jié)點(diǎn)電壓不越界的狀態(tài)約束為：

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

接入無(wú)功電源容量的控制約束為：

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

2、并入分布式電源的處理

有些分布式電源需要通過(guò)變流器等裝置才能并網(wǎng)運(yùn)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(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)一般PV或PQ節(jié)點(diǎn)的方式對(duì)接入的DG進(jìn)行處理。本文將接入的DG看作PQ節(jié)點(diǎn)，并給出其有功、無(wú)功出力。

3、無(wú)功優(yōu)化的流程

粒子群遺傳混合算法在無(wú)功優(yōu)化中的計(jì)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(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，并根據(jù)適應(yīng)度值重新排列種群中個(gè)體順序；

第三步，選出種群中排列在前面的Ni個(gè)個(gè)體組成子種群一，選出種群中排列在前面的N2個(gè)個(gè)體組成子種群二；

第四步，然后對(duì)Ni種群計(jì)算適應(yīng)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(gè)個(gè)體的速度和位置；

第六步，在遺傳算法中，對(duì)N2種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉和變異計(jì)算，從而更新個(gè)體；

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

第八步，選出種群中排列在前面的Ni個(gè)個(gè)體組成子種群一，選出種群中排列在前面的N2個(gè)個(gè)體組成子種群二 ；

第九步，然后對(duì)Ni種群計(jì)算適應(yīng)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(méi)完成返回第五步，如果完成結(jié)束程序；

三、總結(jié)

通過(guò)以上研究，作者發(fā)現(xiàn)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)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(jìn)一步研究的問(wèn)題：

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

（2）研究含DG的無(wú)功優(yōu)化時(shí)，把DG作為PQ節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，沒(méi)有考慮多種類型的DG并網(wǎng)這種更為復(fù)雜的情況。

希望將來(lái)我們真正面臨這些問(wèn)題時(shí)能進(jìn)一步仔細(xì)探究問(wèn)題并使問(wèn)題得以解決，造福百姓。

參考文獻(xiàn)：

[1]李寬，李興源，陳實(shí)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(dòng)化設(shè)備，2015，35（3）：41-46.

[2]孫國(guó)棟.光伏電站并網(wǎng)對(duì)徐州電網(wǎng)無(wú)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(jiǎn)介：高暢（1995—），女，湖北咸寧人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2016級(jí)電氣工程專業(yè)碩士研究生，研究方向：電機(jī)及其控制。