適用于分散式電網(wǎng)中無(wú)功功率最優(yōu)調(diào)度的控制算法研究

譚昱霖 李磊

摘要：為了降低微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電過(guò)程中的系統(tǒng)損耗，提高功率傳輸效率。本文對(duì)各種無(wú)功系統(tǒng)調(diào)度目標(biāo)進(jìn)行了討論，采用了粒子群算法求解最優(yōu)無(wú)功功率調(diào)度方案，并采用IEEE電網(wǎng)模型進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，采用此算法可以在有效時(shí)間內(nèi)得到收斂的優(yōu)化調(diào)度方案，為有效降低發(fā)電成本提供了參考意見。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；無(wú)功調(diào)度；粒子群算法

能源是現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，隨著化石能源的枯竭與對(duì)環(huán)境的破壞效應(yīng)，能源行業(yè)重心逐漸偏向于可再生資源利用與環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的新能源。隨之伴生的便是微電網(wǎng)這種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和發(fā)展。微電網(wǎng)可以對(duì)一定范圍內(nèi)的分布式電源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理，實(shí)現(xiàn)能源利用的合理分配。

清潔可持續(xù)再生能源的大規(guī)模利用正在研究解決2個(gè)方面的重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題：其一是低密度能量的大規(guī)模高效率的轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，我國(guó)多部委也多次立項(xiàng)支持其研究；其二是分散的、隨機(jī)的電能量的安全傳輸與可靠使用，國(guó)內(nèi)對(duì)風(fēng)能發(fā)電接入電力系統(tǒng)后帶來(lái)的運(yùn)行控制問(wèn)題研究已經(jīng)有多年的歷史[1]。

無(wú)功功率是交流系統(tǒng)中的一種具有重要用途的現(xiàn)象。由于電網(wǎng)主要阻抗大都是無(wú)功阻抗，有功功率輸電在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在一個(gè)電壓相角差，同時(shí)無(wú)功功率輸電需要在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間選擇合適的電壓差。因此，選擇合適的無(wú)功輸電有助于提高局部輸電線路的效率，減小有功損耗。

1.最優(yōu)無(wú)功功率調(diào)度目標(biāo)

最優(yōu)無(wú)功功率調(diào)度通常被視作為最優(yōu)潮流的一部分，通常來(lái)說(shuō)，在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源模型中，最優(yōu)潮流設(shè)計(jì)為最小化有功功率損耗，也可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要選擇其它模式，典型的目標(biāo)函數(shù)如下。

（1）有功功率損耗最小化

有功功率損耗（Ploss）最小化的目標(biāo)函數(shù)公式為

式中，Vi，δi分別為節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值和相角，gk為節(jié)點(diǎn)間輸電線路k的電導(dǎo)率，n為節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

（2）電壓偏差最小化

電壓偏差最小化目標(biāo)函數(shù)定義為

式中Vk為節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值，Vk為節(jié)點(diǎn)k的目標(biāo)電壓幅值，n為節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

（3）多目標(biāo)函數(shù)

最小化的目標(biāo)函數(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)需要，有復(fù)數(shù)個(gè)單目標(biāo)函數(shù)與權(quán)重因子的組合得到。多目標(biāo)函數(shù)公式如下

式中Wi為目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重因子，Tari為目標(biāo)函數(shù)i，n為考慮問(wèn)題中目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)。

2.約束條件

在無(wú)功功率調(diào)度過(guò)程中，約束條件分為兩個(gè)部分，其中一部分是有功潮流與無(wú)功潮流平衡，另一部分則是系統(tǒng)的極限能力。

（1）潮流方程

4.算例分析

在一個(gè)具有10個(gè)電源節(jié)點(diǎn)和35個(gè)消納節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)上測(cè)試配置的算法，將測(cè)試目標(biāo)簡(jiǎn)單設(shè)定為求電網(wǎng)全局有功最大化，對(duì)該問(wèn)題執(zhí)行復(fù)數(shù)次以觀察該算法的性能可以得到如圖1所示的收斂特性，根據(jù)收斂特性可知，這個(gè)算法可以在較快的迭代次數(shù)內(nèi)即得到收斂的結(jié)果，也即是在對(duì)設(shè)備的算力沒有特殊要求。

5.結(jié)語(yǔ)

本文所提供的一種算法可以在算力有限的情況下，快速求解節(jié)點(diǎn)不甚多的多節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)無(wú)功功率調(diào)度最優(yōu)解的方案。根據(jù)該算法對(duì)算例的收斂特性分析，其結(jié)果表明本文方法具有較高的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] Q/GDW- 2012.分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定.北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院新能源研究所.2012

[2]W.ongsakul and P.Jirapong，”Calculation of total transfer capability by evolutionary program m ing，”In proceedings of IEEE Region 10 Conference（TENCON2004），pp.492-495，2004