農村有源配電網電壓無功優化控制

胡晨龍 韓宇航

（河北農業大學機電工程學院，河北 保定 071000）

近年來，隨著電力需求的增加，我國面臨的能源形勢相當嚴峻，尤其是農村地區原有的能源結構無法滿足電力增長的需求，為了有效地解決此類問題，在有些農村的有源配電網中逐步接入了分布式電源，這種分布式電源的出力具有間歇性、隨機性與波動性的特征，增加了配電網電壓無功控制的難度，如果對其控制處理不到位，容易出現配電網電壓質量低、損耗高的現象。因此，需要對農村有源配電網電壓無功優化的控制方法加以研究，實現分布式電源的無功調節，實現分布式電源與無功補償的統一。

1 農村有源配電網電壓現狀

近年來，雖然我國加強完善農村配電網，滿足農村地區日益增長的電力需求，但是，農村有源配電網依然存在著諸多的運行問題，例如，低電壓現象在很多配電網中普遍存在，為了解決此類問題，有些農村配電網進行了電網的升級與改造，如果有些農村的有源配電網無法新增布點，解決此問題的方法是挖掘已有電網調壓與無功補償設備的運行調節潛力，這種方法可以實現農村配電網電壓的協調控制。

從當前已經安裝使用的電壓無功調控設備的調節與控制來看，很多安裝的測量值具有獨立控制的特征，在這種情況下，配電網各級調壓、補償設備的電壓協調控制無法實現，導致上級電網電壓處于合格的區間范圍內，而下級電網調節手段無法實現良好的調節效果，因此，在未來農村配電網的發展中，必須充分挖掘電網的調節與控制能力，實現配電網運行中上級電網與下級電網的協調與控制，使配電網能夠達到穩定、安全的運行狀態。

2 有源配電網多目標電壓無功優化模型

在有源配電網電壓無功優化控制中，充分考慮網損、無功設備操作費用、電壓偏移等因素，將配電網未來T 時間內的運行狀態的最優化作為該模型最終的優化目標，進而構建多目標電壓無功優化模型，求出最優解。

2.1 目標函數

綜合目標函數為

在該式中，flost表示線損函數；fcost表示無功設備操作費用函數；fwaste表示分布式電源浪費函數；fvd表示電壓偏差指標函數。

根據其綜合目標函數，分別構建線損函數、無功設備操作費用函數、分布式電源浪費函數與電壓偏差指標函數。

2.2 約束條件

潮流平衡約束為：

式中，Pi、Qi分別表示節點i注入的有功與無功功率，而Bij表示節點i、j的互電納。

控制變量分別包括分布式電源的有功與無功處理、變壓器分接頭的具體位置、電容器的補償容量等，因此，其存在以下的約束條件。

狀態變量約束Uimin≦Ui≦Uimax，其中的Uimin與Uimax分別表示的是在節點i的電壓幅值的上限與下限。

在該模型中，為獲得最優解，往往通過CPSO 算法的多目標求解來實現。由于該文中的算法模型是混合非線性約束多目標的優化求解問題，在具體的求解過程中，必須優化多個目標，且優化過程是同時發生的。這種優化處理的難度較高，需要充分應用智能優化算法來實現，在智能優化算法的應用中，通過目標函數本身的特點，建立尋優方向，在此過程中不需要進行有關的數學運算等，這種求解與優化方式可以在過程中直接導入各種約束條件，在多目標、非線性優化問題的處理上具有良好的應用效果，以粒子群算法為例，此算法是智能優化算法中應用最為普遍的技術，在優化求解問題的處理上具有收斂速度快的特點，CPSO 算法以粒子群算法為基礎，實現了協同結構，其優化效果更好，得出來的最優解更為可靠。

3 農村有源配電網電壓無功優化控制策略

3.1 以電壓調整為主，降損為輔

在農村配電網電壓無功優化控制過程中，需要遵循以電壓調整為主、降損為輔的原則。在傳統的配電網無功優化中，很多電力人員將重點放在網損的減少等方面，但是，降損必須在配電網安全與穩定運行的基礎上進行，必須在滿足用戶基本用電需求的基礎上進行，否則解決降損問題沒有現實意義。對于電力用戶來說，其最為關心的是配電網是否滿足其用電需求，其電能與電壓質量等是否與其實際需求相一致，網損的大小不是用戶關注的重點問題。在配電網電壓無功優化的過程中，要保證電壓合格，必須調整控制命令，例如，可以使控制命令在1 個周期內同時完成分接頭與補償動作的調整。而如果配電網中的分接頭與補償裝置同時屬于1 個設備，可以先進行分接頭的調整，隨后再進行動作補償的調整。

3.2 電壓自下而上判斷，自上而下調整

在配電網電壓無功優化控制中，由于配電網低壓用戶端往往只包括了有關的計量裝置與電壓檢測儀，在配電網系統的運行中，這些計量裝置、電壓檢測儀等無法實現對本地電壓的有效控制，往往只能實現向區域級的調壓。當前，從我國配電網的配置來看，雖然很多地區的配電網中含有大量的電壓檢測儀，但是配電網中包括的有載調壓配變與線路調壓器的數量有限，這就使得在配電網的運行中，調壓動作往往只能依靠主變分接頭與無功補償裝置來實現，在具體的調壓過程中，調壓只能通過逐級申請來實現。

因此，在配電網的運行中，電壓是否需要調整往往通過自下而上的逐級判斷來決定。為了保持配電網的穩定與可靠運行，在配電網運行中，應盡量減少變壓器的調檔次數，否則，一旦在配電網運行中頻繁使用變壓器來進行調節，極易引發變壓器有載分接頭的開關故障，最終造成變壓器無法正常使用。在對配電網變壓器故障進行判斷時，可以通過短期負荷預測的方式來實現，通過合理分配開關在各個時間段內的動作次數來達到判斷的目的。

3.3 無功自上而下判斷，自下而上調整

在配電網電壓無功優化控制的過程中，要遵循自上而下判斷、自下而上調整的原則，在配電網的運行中，為了實現運行的穩定性與安全性，一般要避免無功功率的遠距離輸送，在無功功率的分配過程中，必須遵循就地平衡、分散補償的原則，減少從上級電網所吸收而來的無功功率，避免無功在配電網有關電力線路中的任意流動。但是，配電網運行中也要盡量避免將過多的無功功率倒送至上級電網中，因此，無功判斷要遵循自上而下的原則。

如果在配電網運行中上級電網存在無功補償需求，可以通過向下級電網申請補償的方式來實現，當下級電網滿足了其申請補償的要求以后，方可形成本地補償控制命令，因此，控制命令的執行過程中要遵循自下而上的原則。在配電網電壓無功優化控制中，這種無功判斷與調整的方式有效降低了網損，維持了配電網的穩定運行。

4 農村有源配電網無功優化控制的效益分析

農村有源配電網電壓無功優化控制方式與傳統的控制方式相比，具有更大的控制優勢，通過無功優化控制，提升了農村配電網運行的穩定性與安全性，其效果主要體現在以下方面：實現了對配電網無功設備的實時監控，使得有關的人員可以實時掌握無功設備的運行情況，為控制提供了重要的參考；無功優化控制方式還使得配電網各個節點的電壓合格率與功率因數大大提升，保證了正常的供配電服務；通過對無功設備的有效利用，降低了配電網運行中的電力損耗，具有明顯的節能效益；無功優化控制在農村配電網中的應用實現了農村配電網的“優化協調、分層控制”，與傳統的控制方式相比，該控制方式實現了農村配電網最大的經濟社會效益，使得農村的配電網覆蓋與服務區域更廣；無功優化控制方式使得在農村配電網中使用了大量的配變壓無功補償裝置等設備，這些設備的應用在配電網運行中起到了良好的協調控制作用，發揮了設備最大的價值，為農村配電網創造了更大的效益，保證了電壓合格率，滿足了農村基本的生產生活用電需求；無功優化控制方式的應用在一定程度上推動了農村配電網的自動化、現代化發展，使得當前電力行業創新發展的重要表現，推動了電力行業的發展與進步，為農村經濟社會的發展提供了基礎條件。

5 結語

農村有源配電網運行存在著諸多的問題，因此，各個配電網系統要在滿足農村供配電需求的基礎上，實現電壓無功優化控制，完善配電網的調整與優化功能，使得配電網可以始終保持穩定、安全的運行狀態，為農村經濟社會的發展創造基礎條件。