淺談煤礦配電網(wǎng)兩階段無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配制方法

趙景春

摘 要： 煤礦配電網(wǎng)通常存在著電壓較低的情況，而傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置存在著某些缺點(diǎn)，因此本篇文章針對(duì)煤礦配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化存在的問(wèn)題，提出新型的優(yōu)化補(bǔ)償方案，就是運(yùn)用靜止無(wú)功發(fā)生器以及電容器組來(lái)配合實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)兩階段無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化。通過(guò)研究結(jié)果表明，配電網(wǎng)的有功損耗顯著下降，電壓水平也得到了明顯的改善。

關(guān)鍵詞： 煤礦配電網(wǎng)；兩階段；無(wú)功補(bǔ)償

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TM727 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）14-0281-01

前言：

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，隨著開(kāi)采深度的不斷增加，機(jī)械化應(yīng)用程度也逐漸加大，因此使用的大功率用電設(shè)備也隨之增加，帶來(lái)的結(jié)果就是煤礦用電的負(fù)荷不斷增加，煤礦供配電系統(tǒng)的整體電壓偏低的情況出現(xiàn)。而且煤礦的供配電系統(tǒng)往往在配電網(wǎng)后端，很容易出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此對(duì)煤礦配電網(wǎng)實(shí)行無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償便非常有必要。一方面能夠顯著的降低供電網(wǎng)系統(tǒng)中的損耗提高電壓，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，另一方面能夠有效的節(jié)約用電，節(jié)省煤礦采集成本。

不過(guò)傳統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償方案計(jì)算得出的電壓往往偏高，這會(huì)對(duì)電網(wǎng)中設(shè)備的使用壽命造成顯著的影響，而且電容器組的調(diào)節(jié)不能連續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致在投切的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償或者欠補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。

因此本篇文章考慮到無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償以及綜合考慮煤礦的效益前提下，嘗試?yán)渺o止無(wú)功發(fā)生器SVG以及電容器組來(lái)配合實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化兩階段無(wú)功優(yōu)化方法，并且使用改進(jìn)的粒子群算法來(lái)解答無(wú)功補(bǔ)償容量。

第一階段將有功網(wǎng)損作為無(wú)功優(yōu)化配置電容器組的目標(biāo)，第二階段則將電壓偏離作為目標(biāo)，保證節(jié)點(diǎn)電壓在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定。

一、補(bǔ)償裝置的地點(diǎn)選擇

煤礦的整個(gè)電力系統(tǒng)具有規(guī)模較大的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，并且具有眾多的節(jié)點(diǎn)，不能夠?qū)γ恳粋€(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行補(bǔ)償，因此需要首先對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的地址進(jìn)行選擇確定，也就是要選擇出能夠最大限度的、最有效的提升電壓和系統(tǒng)電能質(zhì)量的補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。本篇文章中采用靈敏度法來(lái)確定無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓?jié)點(diǎn)。

二、建立兩階段補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化模型

確定好補(bǔ)償位置之后需要對(duì)補(bǔ)償容量進(jìn)行優(yōu)化配置來(lái)達(dá)到最優(yōu)的補(bǔ)償效果。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化結(jié)果節(jié)點(diǎn)電壓通常較高，會(huì)損傷電網(wǎng)中用電設(shè)備的使用壽命，因此本篇文章采用兩階段優(yōu)化模型。第一階段配置電容器組，第二階段克服第一階段中電壓偏高的缺陷，利用SVG進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，提高優(yōu)化后電網(wǎng)中設(shè)備的電壓質(zhì)量。

（一）電容器組優(yōu)化配置模型。

輸電網(wǎng)中的常用控制變量為發(fā)電機(jī)斷電壓、變壓器分接頭位置和補(bǔ)償電容器組數(shù)量。煤礦配電系統(tǒng)中通常使用單個(gè)電源，因此在配置無(wú)功優(yōu)化模型的時(shí)候不將發(fā)電機(jī)考慮在內(nèi)。

（二）SVG優(yōu)化配置模型。

運(yùn)用SVG無(wú)功補(bǔ)償能夠?yàn)V除諧波的特點(diǎn)，選擇適合的位置來(lái)安裝從而抑制電壓的大幅度變化，從而將電壓穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。在第一階段優(yōu)化配置的基礎(chǔ)之上，通過(guò)安裝SVG優(yōu)化裝置來(lái)保證電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定。第二階段將電壓諧波總畸變率作為目標(biāo)，力求總畸變率最小值。

三、補(bǔ)償容量的優(yōu)化算法

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多學(xué)者提出了關(guān)于無(wú)功優(yōu)化的計(jì)算方法，包括傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，不過(guò)這種方法杜宇初始值的選取要求比較高，而且要求目標(biāo)函數(shù)要足夠連續(xù)并且可微性要求也比較高。第二類(lèi)便是通過(guò)人工智能方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這類(lèi)方法的應(yīng)用效果比較好。本篇文章通過(guò)PSO算法進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。

（一）共享適應(yīng)度技術(shù)。

共享適應(yīng)度技術(shù)就是指更新粒子適應(yīng)度的時(shí)候，減小相似度高的粒子適應(yīng)度，從而保證粒子種群的多樣性。

（二）學(xué)習(xí)因子的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

學(xué)習(xí)因子表現(xiàn)的是粒子的社會(huì)學(xué)習(xí)能力和自我學(xué)習(xí)能力，如果社會(huì)學(xué)習(xí)能力較大，說(shuō)明能夠利于種群的局部搜索，而自我學(xué)習(xí)能力較大的時(shí)候，有助于粒子跳出局部最優(yōu)解，搜索全局最優(yōu)解。采用動(dòng)態(tài)調(diào)整策略來(lái)控制粒子的飛行速度和方向，提高解的收斂速度和精度。

（三）兩階段無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化配置過(guò)程。

兩階段無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置的計(jì)算流程需要首先對(duì)網(wǎng)略各支路的參數(shù)進(jìn)行確定，然后計(jì)算得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的靈敏度值，選擇各個(gè)節(jié)點(diǎn)中靈敏度最高的節(jié)點(diǎn)做為最終確定的電容器組的補(bǔ)償位置，然后計(jì)算確定出第一階段的初始化種群中，每個(gè)例子包含控制變量電容器組的補(bǔ)償容量以及調(diào)壓變壓器的檔位，計(jì)算得到相應(yīng)的種群狀態(tài)，通過(guò)得到的有功網(wǎng)損最小作為標(biāo)準(zhǔn)。第二個(gè)階段中，種群的每個(gè)粒子控制變量是SVG的補(bǔ)償容量，通過(guò)計(jì)算優(yōu)化保證電網(wǎng)中的電壓偏差最小。

四、案例

將某煤礦中10kV礦井供電系統(tǒng)簡(jiǎn)化的節(jié)點(diǎn)圖為案例。

上圖的電網(wǎng)中共存在二十八的節(jié)點(diǎn)。

（一）補(bǔ)償結(jié)果

第一階段配置電容器組時(shí)根據(jù)靈敏度法選取補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)2、5、9、11四個(gè)節(jié)點(diǎn)。

第二階段中，節(jié)點(diǎn)11符合變化較大且呈現(xiàn)不確定性的要求，因此將其作為SVG補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。

（二）補(bǔ)償結(jié)果的分析

通過(guò)對(duì)無(wú)功優(yōu)化前和無(wú)功優(yōu)化之后兩個(gè)階段的有功損耗進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，實(shí)施無(wú)功優(yōu)化之后兩個(gè)階段的電網(wǎng)系統(tǒng)中的有功損耗減少，而且第二階段的有功損耗下降的更為明顯。

利用改進(jìn)的PSO方法對(duì)SVG進(jìn)行優(yōu)化配置之后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓的最大畸變率也得到了控制，改善了系統(tǒng)的運(yùn)行條件。特別是節(jié)點(diǎn)11安裝了SVG后改善效果最為明顯，不僅降低了電壓最大畸變率，還一直了系統(tǒng)和電容器之間的諧波。

小結(jié)：

和傳統(tǒng)的投切電容器組進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)男Ч啾容^，靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的兩階段無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償方法更能夠保證煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓穩(wěn)定性，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備壽命不會(huì)受到影響。在計(jì)算優(yōu)化效果的過(guò)程中，首先通過(guò)靈敏度法確定補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)并且采用PSO計(jì)算進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化，提高煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓的質(zhì)量，有效的減少電網(wǎng)系統(tǒng)中的有功損耗。通過(guò)對(duì)煤礦系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償配置計(jì)算，可以看到優(yōu)化效果明顯，可以經(jīng)得起大力推行使用。

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