適用于分散式電網中無功功率最優(yōu)調度的控制算法研究

譚昱霖 李磊

摘要：為了降低微電網系統發(fā)電過程中的系統損耗，提高功率傳輸效率。本文對各種無功系統調度目標進行了討論，采用了粒子群算法求解最優(yōu)無功功率調度方案，并采用IEEE電網模型進行了仿真。仿真結果表明，采用此算法可以在有效時間內得到收斂的優(yōu)化調度方案，為有效降低發(fā)電成本提供了參考意見。

關鍵詞：微電網；無功調度；粒子群算法

能源是現代社會和經濟發(fā)展的動力，隨著化石能源的枯竭與對環(huán)境的破壞效應，能源行業(yè)重心逐漸偏向于可再生資源利用與環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展的新能源。隨之伴生的便是微電網這種新型網絡結構的產生和發(fā)展。微電網可以對一定范圍內的分布式電源進行網絡化的綜合管理，實現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個方面的重大科學技術問題：其一是低密度能量的大規(guī)模高效率的轉換為電能的技術，我國多部委也多次立項支持其研究；其二是分散的、隨機的電能量的安全傳輸與可靠使用，國內對風能發(fā)電接入電力系統后帶來的運行控制問題研究已經有多年的歷史[1]。

無功功率是交流系統中的一種具有重要用途的現象。由于電網主要阻抗大都是無功阻抗，有功功率輸電在各個節(jié)點之間存在一個電壓相角差，同時無功功率輸電需要在多個節(jié)點之間選擇合適的電壓差。因此，選擇合適的無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)無功功率調度目標

最優(yōu)無功功率調度通常被視作為最優(yōu)潮流的一部分，通常來說，在多個節(jié)點的電源模型中，最優(yōu)潮流設計為最小化有功功率損耗，也可以根據生產實際需要選擇其它模式，典型的目標函數如下。

（1）有功功率損耗最小化

有功功率損耗（Ploss）最小化的目標函數公式為

式中，Vi，δi分別為節(jié)點i的電壓幅值和相角，gk為節(jié)點間輸電線路k的電導率，n為節(jié)點的個數。

（2）電壓偏差最小化

電壓偏差最小化目標函數定義為

式中Vk為節(jié)點k的電壓幅值，Vk為節(jié)點k的目標電壓幅值，n為節(jié)點的個數。

（3）多目標函數

最小化的目標函數可以根據生產需要，有復數個單目標函數與權重因子的組合得到。多目標函數公式如下

式中Wi為目標函數的權重因子，Tari為目標函數i，n為考慮問題中目標函數的個數。

2.約束條件

在無功功率調度過程中，約束條件分為兩個部分，其中一部分是有功潮流與無功潮流平衡，另一部分則是系統的極限能力。

（1）潮流方程

4.算例分析

在一個具有10個電源節(jié)點和35個消納節(jié)點的系統上測試配置的算法，將測試目標簡單設定為求電網全局有功最大化，對該問題執(zhí)行復數次以觀察該算法的性能可以得到如圖1所示的收斂特性，根據收斂特性可知，這個算法可以在較快的迭代次數內即得到收斂的結果，也即是在對設備的算力沒有特殊要求。

5.結語

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)點不甚多的多節(jié)點電力系統無功功率調度最優(yōu)解的方案。根據該算法對算例的收斂特性分析，其結果表明本文方法具有較高的可行性。

參考文獻

[1] Q/GDW- 2012.分散式風電接入電網技術規(guī)定.北京：中國電力科學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