關于分布式電源并網動態無功優化調度的研究

向盼 張歡歡

摘 要：隨著智能電網的迅速發展，加快了分布式電源在電力系統中的應用程度，給從而不同程度地影響了原來的系統運行狀態。因此，有效發揮分布式電源的輔助性作用與無功優化的調度策略已成為當前電網運行優化控制的熱點話題。本文基于分布式電源并網的控制特點，建立以降低區域電網的損耗、遏制電壓變化為目標的模糊動態式無功優化的調度模型。采用改進算法得到無功優化的調度策略。

關鍵詞：分布式電源；并網運行；動態無功優化；調度數學模型

不同的分布式電源并網結構，在正常運行期間會對原系統造成一定的技術問題。例如：分接頭與電容器發生振蕩，或電壓發生波動等。本文把分布式電源劃分兩種類型，即無功補償式與電壓控制式，有效發揮電源的功能，結合了以往的電壓控制方法，通過建立相應的數學模型的形式，提出了分布式電源并網動態無功優化調度的方法。

一、數學模型

（一）和無功優化調度相關的DG

第一，電壓控制式（PV）DG。這種DG在并網運行期間，可以等值成PV節點，主要借助對勵磁電壓的調節，達到對DG側電壓參與區域電網中動態無功的優化調度的控制，通常指的是電壓控制式逆變設備并網的DG，例如：小水電、微小的燃氣輪機、電壓式逆變器并網的光伏電力系統等。第二，無功補償式（CPQ）DG。這種DG在并網運行期間，可以視為PQ節點，一般借助對DG無功輸出或者功率因數的控制，達到對無功出力參與電網動態無功的優化調度的控制。通常指的是電流式逆變器并網的光伏發電系統等。

（二）目標函數

第一，可對分布式電源的電網其動態無功的調度方法劃為不同的優化周期N，再對各周期進行再次劃分，成為不同的階段，最后針對各階段加以優化。定義這個研究系統的第N階段的控制變量狀態為Xn，則有

其中，UQmDG（n）表示第n階段第m個DG的輸出量；Tapr（n）代表第n階段第r個變電器其分接頭的方位；Ck（n）代表第n階段第k個電容器的運行狀態。本文主要從網損與電壓變化方面評價動態無功的優化調度方法的效果，通過建立相應的隸屬度的函數，把目標值進行轉化，成為對此目標滿意度的評價。第一，網損函數。網損指的是區域電網運行優化的關鍵性經濟指標，借助有效的無功電壓的控制方法，能確保節點處的電壓質量，同時，降低功率傳輸過程的有功損耗。第二，電壓變化函數。在一個優化調度的周期中，因DG負荷與出力屬于變量，難免存在電壓的波動。分析目前運行模式下DG的出力情況對節點處電壓帶來的影響，按照電壓最大的波動值，實現對整個網絡電壓波動的模糊性評估。

二、算法求解

（一）遺傳操作

因為交叉點處對交叉性的操作產生較大影響，本文應用了均勻交叉方法。并且，為控制變異率、交叉率選擇的錯誤，提升算法的效率，堅持二者存在最佳組合的思路進行選擇，能夠不同程度地優化求解質量。

（二）權重系數的設定

此次的遺傳算法里，隸屬度的函數為適應度的函數對個體優劣情況進行評價。其優化目標主要分為兩個子目標，在計算中必須選擇合理的權重系數。本文應用自適應的權重法，歸一處理總目標。

隸屬度值；優化策略相應的網損共隸屬度值越大、電壓變化的隸屬度值越大，總指標F則會越大，表明優化策略具有極大的滿意度，取得明顯的效果。

三、算例分析

本文應用某個微小區域電力系統進行仿真計算，精簡后的等值圖參見下圖：

節點4接通DG，依次以PV式DG與PQ式DG的形式并連在此區域的電網中，展開了一系列的計算；6/35kV的有載調壓的變壓器分接頭7檔，電壓是35±3 X 2.5% kV； 6/lO kV有載調壓的變壓器，分接頭9檔，電壓是10±4 X 2.5% kV；而節點6并聯的電容設備分4組進行投切，各組的容量是0.3 Mvar；如果優化的周期是一天，則可以將周期平均劃分24個時間段。電容器在一個調度周期中最大程度的允許動作為十次，變壓器在一個調度周期中最大允許的動作也是十次，負荷節點電壓數一般取（0.95，1.05）區間，發電機的節點電壓取（0.9，1.1）區間。通過改進遺傳的算法，求出區域電網的動態無功的優化調度方法。

實際上，DG參與區域電網其動態無功的優化調度具有較大的提升。從上表了解到：優化以前，在DG負荷與出力持續變化、在優化周期中控制設備動作次數的條件下，電容器C1、C4、6/10kV的變壓器其動作次數皆得到最大程度的限制。DG參與區域電網無功優化的調度，其控制設備的動作次數有了顯著降低，特別PV式DG參與無功優化的調度，變壓器的分接頭與電容器組沒有發生振蕩。因此，有效發揮了DG電壓的無功調節作用，對于延長控制設備的應用壽命，提升電網運行的的經濟性具有重要意義。

四、結語

總之，分布式的電源并網在正常運行中會給原系統帶來較大影響，本文按照這種并網的控制特點，結合了以往的電壓無功控制方法，建立了以控制電網電壓變化與網損為最終目標的動態式的數學模型，通過相應算法分時段解出調度的方法。通過實踐表明，網損得到有效地控制，控制設備震蕩、電壓越限的現象有了較大的改善，特別提升了電壓控制式DG參與區域電網的動態無功優化調節水平，極大地發揮了分布式電源的作用，促進電網性能更加經濟、安全。