電力電子變壓器有源配電網無功優化應用

劉永康

（中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031）

電子電力變壓器的出現，實際上是為了配合整體的電力網絡的發展和建設而出現的一種更具有先進性和在應用性能方面綜合性更高的變壓器類型。這種變壓器的出現，主要是為了取得更好的電壓控制效果。在實際應用中，為了提高應用效率，需要通過建立模型的方式分析其優化作用的效果。

1 電力電子變壓器的總體概述

（1）內涵闡述。本文探討的電力電子變壓器，其命名主要是由于其變壓器內部有一個獨立的電力電子變換器結構。這一結構通過高頻變壓器，達到磁耦合的效果，從而發揮變電作用，在這一裝置中，發揮核心作用的是電力電子變換技術，在這種技術的支持下，再融合應用高頻變壓器，即可實現電壓和相應能量的轉換過程。

（2）變壓器運行原理。關于具體的運行原理，這種變壓器在運行中通過將工頻信號交流電轉換為高頻信號的交流電，首先完成電壓頻率的轉換，隨后再通過高頻隔離變壓器的耦合作用，將其傳遞到副邊，隨后完成二次轉換的過程，即二次降低電壓的頻率，恢復為工頻電壓。此時，所供應的電力資源就可以供用戶正常應用。在整個的運行過程中，如果電壓轉換的環節中含有直流環節，則可以以此為區分依據將其進行進一步細分，即含直流環節的過程和不含直流環節的PET過程。而且從性質上來說，PET屬于一種拓撲結構。

2 無功優化背景下的約束條件分析

（1）功率平衡條件。這方面的條件，主要是針對配電網絡中的不同節點而言的，關于不同階段的約束條件要求，主要是要求所有的有功功率和無功功率應當在一種平衡的條件下完成約束作用。從數學表達的維度上來講，這種約束效果可以通過函數表達式的方式呈現。其中包含的函數參數有，節點電壓，注入節點的有功功率和無功功率。

（2）無電力電子變壓器時的約束條件。當整個有源配電網系統中不存在電力電子變壓器時，則需要通過斷開電容組和調節變壓器的方式來實施電壓控制，其中，電容組主要是指與電網運行規模匹配的電容組，而變壓器則主要是指一種有載的調壓變壓器。且在應用中需要引入分接頭實現對于電壓的控制，對于具體的控制工作而言，相應的參數主要包括了電容額度、接頭位置。

（3）無功吸收與產生條件下的約束。這一點主要是針對當存在電力電子變壓器的情況下，變壓器本身不僅可以完成對無功的吸收，其自身也可以產生無功。因此，如果要應用電力電子變壓器，則需要控制的約束條件應當調整為變壓器的原邊調制系數和調制角度。另外，還包括了副邊的這兩項調制系數和角度。

（4）不計內部損耗的條件下的約束條件。這種情況主要是指，將電力電子變壓器中的內部損耗忽略不計，假設滿足這個條件，則需要考慮的約束條件則應當為原邊的有功功率以及無功功率，另外還包括了副邊的無功和有功功率。

3 基于粒子群算法的應用分析

（1）粒子群算法的概念。所謂的粒子群算法，具體來講，是一種一群智能啟發為主要動力模式的計算方法，從算法的性質上來講，其取數計算的原則是隨機取數。這種算法在具體應用中，主要的參照物是在群體中處于最佳位置的個體和曾經到達過最后一位置的個體，來為進一步的搜索和計算方向提供參考。

（2）粒子群算法的組織結構。這種算法的群體是由一定數量的例子組成一個群體，不同的粒子的位置在計算中都可以以一個獨立的字母代表，且不同的位置的內涵，代表其在優化問題中的空間潛在解。不同的解的具體數值，實際上都可以被視為存在于統一個搜索空間中的個體點。在實際的計算數學表達式中，包含了反映粒子當前速度和狀態的參數，這一參數的主要作用是平衡全局和局部的搜索狀態和能力。第二部分是反應粒子本身所帶有的信息對速度向量指標的影響。這部分參數的主要作用是體現粒子搜索的層次的深度。最后一部分是從群體的角度上反映信息所帶來的影響，主要的體現功能在于體現不同粒子之間的信息共享效果。

（3）粒子群優化應用的具體分析。在應用粒子群算法進行無功優化的過程中，其主要分為以下幾部分應用流程。第一，系統的初始化過程，這一階段，需要對粒子群計算的原始參數進行確認，其中包括了固定維度空間內所有粒子的初始速度和位置（隨機）。第二，粒子質量評價過程。這一過程主要是指，通過計算的方法確定固定數量的粒子的目標值，確定時需要注意數值的適應度。第三，優化過程。這一過程中，優化的精細程度具體到每一個不同的粒子上，優化方法，按照其當前的目標值與其歷史運動軌跡中的最佳位置進行對比，對比指標，目標值結果。結果如果顯示當前的目標值數值更高，則當前位置即轉換為歷史最佳位置。如果當前的目標值同時高于全局最佳位置，則也可以將當前位置定位新的最佳位置，也就是說，最佳當前位置和最佳歷史位置可以在通過計算進行比對確認后發生重合。第四，粒子的更新過程。關于更新過程的實現，其具體功能的發揮需要依托專業的數學表達式進行，更新的數值指標，主要包括粒子的速度以及粒子的位置。第五，停止狀態的條件。停止狀態，主要的判別區域集中在迭代計算區域，需要對迭代計算的條件進行檢驗，檢驗其迭代次數是否達到了允許的范圍和數值。當達到一定的迭代次數額度時，即可視為計算結果達到了最優狀態，關于最優狀態的另一個判別方法，則主要是通過對粒子自身的速度和位置是否發生變化進行判斷，當兩項指標的數值均不再發生變化，則意味著迭代的操作可以停止。

4 基于粒子算法的仿真計算分析

關于仿真計算的進行，需要設置不同的仿真條件類型，即在不同的條件情景下，計算應用電力電子變壓器的無功優化效果。下文分別選取幾種比較典型的情況，針對其仿真計算結果進行分析。

（1）不存在無功優化情景。首先，這種情況下，需要先假設變壓器的變比和內部損耗情況，隨后在系統處在正常負荷條件的情況下，針對不同的變壓器裝置融入情況進行數據計算，可知在沒有無功優化的條件下，無論是應用有載調壓變壓器海慧寺電力電子變壓器，其基于配電網絡的潮流計算結果是一致的。而且在這種情況下，節點雖然自身存在差異，但所有的節點電壓值，均處在合理的范圍內。

（2）有在變壓器和電力電子變壓器的應用對比。其次，在有載變壓器的應用條件下，電網的無功優化仿真分析結果呈現出一定的優化效果，從具體數值進行計算和分析可知，經過優化作用，全部的節點處電壓，在偏差值方面都有所減小。而應用電力電子變壓器進行無功優化的結果顯示，其也取得了相應的縮減優化效果，且最大的縮減幅度接近40%。在同步的優化效果基礎上，可見電力電子變壓器的優化幅度更大，這也顯示出了其在電壓調節的環節中有更為顯著的作用。而且，從網絡損耗的角度分析，可知潮流計算結果中，網損功率得到了縮減。另外，也能縮減對于電容器組裝置應用的成本。從這個角度上來說，電力電子變壓器的在有源電網的無功優化中的應用效果在綜合性能上高。

5 結語

總的來講，電力電子變壓器在實際應用中屬于一種在裝置本身的先進性上都更好的裝置。具體的體現在于，變壓器的精確度、調節功能效果以及應用中的誤差率、電網損耗率上，都是相對較小的，且其能夠從經濟成本的節約角度達到一定的優化效果。可見，這種變壓器在有源配電網絡中的應用是一種進步和完善的體現，技術人員應當積極掌握此種變壓器應用中的仿真計算方法和算法原理，從而通過更為精確的分析和計算，提高其在實際應用中的效果。