含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)無功改進(jìn)探析

譚俊

摘 要：在對含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)無功改進(jìn)的時候，可以根據(jù)對風(fēng)電阻的運行狀態(tài)來進(jìn)行有功輸出的計算，從而算出能夠替代隨機功率的輸出方式。文章針對計算的復(fù)雜性，提出了一種相對高校的計算方法，以幫助對含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)無功改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：含風(fēng)電機組；配電網(wǎng)；改進(jìn)

中圖分類號：TM761+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0043-02

Abstract： When the reactive power of the distribution network with wind turbine is improved， the active power output can be calculated according to the running state of the wind resistance， and the output mode can be calculated instead of the random power. In view of the complexity of calculation， this paper puts forward a relatively efficient calculation method， to help improve the reactive power of distribution network with wind turbine.

Keywords： wind turbine unit； distribution network； improvement

引言

風(fēng)電機組輸出的隨機性，使得傳統(tǒng)的無功優(yōu)化方式不能滿足其需求。通過將運行狀況的規(guī)劃師進(jìn)行改建，運用最大符合、一般符合以及最小負(fù)荷來進(jìn)行替代，從而建立了最大負(fù)荷運行方式下穩(wěn)定性比較高的優(yōu)化模型。在一般負(fù)荷運行模式下，將節(jié)省電能作為主要優(yōu)化目標(biāo)，這樣將三種優(yōu)化方式運行之后所節(jié)省的資金進(jìn)行比對，節(jié)省最多的就是電容器的最優(yōu)化配置。

1 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償模型

通過將配電網(wǎng)無功化問題分為三個模型來進(jìn)行計算，可以在設(shè)備投資的時候能夠按照最大優(yōu)化的方式來進(jìn)行考慮，這樣，模型不僅能夠更加接近實際情況，還簡化了問題。還可以使用于含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)無功優(yōu)化當(dāng)中，由于風(fēng)速具有隨機性以及間隙性，就使得優(yōu)化問題成為了一個隨機性問題。運用場景分析法能夠有效的解決這一問題，它是將數(shù)學(xué)模型難以表示的因素轉(zhuǎn)化成相對容易求解的多個問題來進(jìn)行解決，從而不用建立非常復(fù)雜的隨機模型[1]。

2 最大負(fù)荷方式

首先是投資成本的計算，在對大負(fù)荷運行下來計算無功補償設(shè)備的投資費用，投資費用用z表示，可得Z=■（QICI），其中Qi是各節(jié)點當(dāng)中無功補償設(shè)備的容量，CI是單位容量當(dāng)中無功補償設(shè)備童子費用的系數(shù)，N則是補償節(jié)點的個數(shù)[3]。

然后就要對補償之后配電網(wǎng)可節(jié)省的損失進(jìn)行計算，就是在最大負(fù)荷下全年補償之后可以節(jié)省的損失費用F1表示可得：F1=（PLmax-P'Lmax）tmaxKD其中PLmax是在補償前最大負(fù)荷運行下的網(wǎng)損，P'Lmax是補償之后最大負(fù)荷運行下的網(wǎng)損，tmax是在最大負(fù)荷運行下的運行時間，KD是電價。

其次就要對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的指標(biāo)進(jìn)行計算，其公式為Lij=4[（PjXij）2+（PjRij+QjXij）V2i]/V4i其中Rij和Xij分別為支路ij的電阻和電抗，Pj和Qj分別是流入到支路的末節(jié)點j的有功以及無功功率，Vi是首節(jié)點i當(dāng)中的電壓。因此就可以根據(jù)支路系統(tǒng)當(dāng)中相對最薄弱的支路與臨界值的距離來判斷出系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定程度。通過計算顯示，穩(wěn)定電壓下，配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定值是小于1的[4]。

接下來就需要計算一般以及最小負(fù)荷方式了，由于無功補償設(shè)備的投資已經(jīng)在最大符合運行方式當(dāng)中計算過了，在最小以及一般負(fù)荷方式當(dāng)中，就不能夠在考慮投資問題了，那么目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中，就只需要考慮到電能的損失就可以了。將一般負(fù)荷運行方式當(dāng)中全年補償后可以節(jié)省的損失費用用F2表示，公式為：F2=（PLnor-P'Lnor）tnorKD最小負(fù)荷運行下的可節(jié)省的電能的損失費用用F3來表示，得公式為：F3=（PLmin-P'Lmin）tminKD[2]。

3 配電網(wǎng)無功優(yōu)化的計算步驟

3.1 在對大負(fù)荷運行下計算流程

先將風(fēng)機的有功輸出通過公式計算出來，然后將最大負(fù)荷當(dāng)中的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，這樣就能夠隨機出現(xiàn)無功補償?shù)奈恢靡约霸O(shè)備的容量，將這一初始種群設(shè)置為M，無功補償位置的范圍是在0到最大節(jié)點號當(dāng)中，無功補償容量就是單位編號當(dāng)中所對應(yīng)的額定容量。然后根據(jù)個體當(dāng)中的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行快速的排序，不能夠進(jìn)行支配干預(yù)，在通過遺傳算法當(dāng)中的選擇、交叉以及變異三個基本操作從而得到第一代的子代種群。從第二代種群開始，就需要將父代種群與子代進(jìn)行結(jié)合，然后再次進(jìn)行排序，同時要對每個排序?qū)又械膫€體擁擠的程度來進(jìn)行計算，從中選擇合適的個體來組成新的父代種群。不斷的進(jìn)行遺傳算法的基本操作， 使其產(chǎn)生新的子代種群，一直到能夠滿足結(jié)束的條件出現(xiàn)，就能夠得最大負(fù)荷運轉(zhuǎn)下可以接生的費用[3]。

3.2 一般以及最小負(fù)荷運轉(zhuǎn)方式的計算流程

在最大負(fù)荷云狀計算當(dāng)中以及將無功補償設(shè)備的投資以及容量進(jìn)行了計算，那么其他運行方式就是在已經(jīng)決定了無功補償位置以及容量的限制下進(jìn)行的方式優(yōu)化，在最大負(fù)荷當(dāng)中已經(jīng)確定了最大的補償數(shù)值，在一般以及最小的負(fù)荷運轉(zhuǎn)當(dāng)中就不在進(jìn)行電容的補償了。在一般以及最小負(fù)荷優(yōu)化方式計算的時候，可以將系統(tǒng)可以節(jié)省的網(wǎng)損費用作為最大的目標(biāo)函數(shù)，那么分別就可以在最優(yōu)方式的時候，得到N個Pareto解使，采用遺傳算法來進(jìn)行方案優(yōu)化，這樣就能夠得到節(jié)省網(wǎng)費用F2和F3[2]。

4 算例

本文就以某節(jié)點配電系統(tǒng)為例，通過上面所講的方式來進(jìn)行計算規(guī)劃。在這個系統(tǒng)當(dāng)中，其電壓的等級是10kV，將節(jié)點0來當(dāng)做平衡節(jié)點，通過對其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將節(jié)點20以及節(jié)點33當(dāng)中的異步風(fēng)力發(fā)電機機端的額定設(shè)置為680V，切入風(fēng)速為5m/s，額定風(fēng)速為8m/s，切出的風(fēng)速為22m/s，Weibull分布參數(shù)C為9.0，K為2.0。風(fēng)機在額定的運行的狀態(tài)當(dāng)中，其輸出功率為0.6MW，停機狀態(tài)當(dāng)中的輸出功率為0MW，在欠額定運行狀態(tài)輸出功率為0.3MW。在進(jìn)行計算的時候，對基準(zhǔn)容量的取值為lMVA，對新增的無功補償設(shè)備的每組容量進(jìn)行取值的時候，其取值為50kVar，每組電氣的綜合投資為75元/kVar，其中是已經(jīng)包含了維護(hù)費用以管理費用。補償設(shè)備的有效使用壽命大約為19年，在對貼現(xiàn)率進(jìn)行取值的時候為0.1，電價為0.5/k Wh。在對系統(tǒng)全年運轉(zhuǎn)時間進(jìn)行取值的時候，按8750小時來計算，設(shè)在最大負(fù)荷運行下的時間是2100小時，一般時間為4300小時，最小為2100小時[1]。

在最大負(fù)荷運行方式下進(jìn)行計算之后，得到了6各優(yōu)化方案。這六個優(yōu)化方案有著不同的優(yōu)勢，能夠?qū)ν顿Y成本、節(jié)省的費用以及靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性都能夠進(jìn)行優(yōu)化，通過對其進(jìn)行綜合的計算，可以得出，第二個方案所節(jié)省的總資金最多，因此最終所選擇的優(yōu)化方案就是第二種優(yōu)化方案。這個方案能夠同時考慮到三項最優(yōu)，從而實現(xiàn)整體的最優(yōu)解。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，并不是資金的投入越大，無功優(yōu)化的效果就越好，雖然有著比較高的投資，但是對電容器的利用卻并不是非常充分，在一些投資比較低的方案當(dāng)中，電容器反而能夠得到相對充分的利用[1]。

例如：根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在方案一當(dāng)中，其總投資為7.7萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為56萬元；方案二當(dāng)中其總投資為9.8萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為75萬元；方案三當(dāng)中，其總投資為12萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為69萬元；方案四當(dāng)中，其總投資為15萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為72萬元；方案五當(dāng)中，其總投資為18萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為73萬元；方案六當(dāng)中，其總投資為22萬元，通過優(yōu)化節(jié)省的總資金為71萬元[4]。

在靜電電容器利用率上，方案一三個優(yōu)化方式全為100%；方案二在最大負(fù)荷下為100%，其余為90%；方案三在最大負(fù)荷下為100%，其余為77%；方案四在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為86%，在最小負(fù)荷下為79%；方案五在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為81%，在最小負(fù)荷下為70%；方案六在最大負(fù)荷下為100%，在一般負(fù)荷下為76%，在最小負(fù)荷下為65%[4]。

5 結(jié)束語

本文通過對含風(fēng)力發(fā)電機的配網(wǎng)無功優(yōu)化規(guī)劃問題的研究，利用風(fēng)機在各種運行狀態(tài)下所產(chǎn)生的概率，計算出了有功輸出的期望，用它來代替了隨機變化當(dāng)中的有功輸出，從而解決了隨機問題。建立了最大、一般和最小負(fù)荷方式下的優(yōu)化模型，將各項費用進(jìn)行綜合考慮，從而讓在經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化方案比較更為合理。然后利用算法進(jìn)行求解，從中找出優(yōu)化方案，再通過對方案之間的比較，找到最優(yōu)解，從而找到最為滿意的優(yōu)化方案。

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