基于粒子群算法的中低壓配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化方法

林巧紅，翁知穎，張國星

（國網(wǎng)浙江麗水市蓮都區(qū)供電有限公司，浙江麗水 323000）

粒子群算法也叫微粒群算法、粒子群優(yōu)化算法或微粒群優(yōu)化算法，以模擬鳥群覓食行為作為基本應(yīng)用原理，是一種基于群體協(xié)作的隨機性搜索算法[1]。通常情況下，在實際應(yīng)用過程中，該算法的所有數(shù)值解都保持隨機分布的排列形式，通過多次信息迭代處理，找尋其中隱藏的最優(yōu)解。每一次迭代過程中，一個最優(yōu)數(shù)值可通過跟蹤兩個相關(guān)“極值”的方式，實現(xiàn)對自身所屬信息數(shù)據(jù)的更新[2-3]。在中低壓配電網(wǎng)環(huán)境中，單波電子補償控制模型可直接記錄耗電容易的投切組數(shù)，并可以根據(jù)傳輸電子之間的負(fù)荷聚合作用，確定與之相關(guān)的電量協(xié)同調(diào)度策略[4]。

然而，此方法很難保障電子傳輸流失效率始終保持在較低應(yīng)用水平，基于此，引入粒子群算法，設(shè)計一種新型的中低壓配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化方法，并通過對比實驗的方式，突出兩種補償調(diào)試策略之間的實用差異性。

1 配電網(wǎng)模糊性規(guī)劃

配電網(wǎng)模糊性規(guī)劃包含電壓偏移量計算、中低壓配電約束條件確定、目標(biāo)模糊函數(shù)建立3 個處理流程。

1.1 電壓偏移量

電壓偏移是一種電子轉(zhuǎn)移行為，在中低壓配電網(wǎng)環(huán)境中，實際應(yīng)用電子總量不斷增大，待處理的電子連接軌跡也會隨之不斷延長，直至處于最末端位置的應(yīng)用電子與處于初始位置的應(yīng)用電子完全重合[5]。在粒子群算法中，所有傳輸電子可被認(rèn)為是一個獨立的數(shù)值解，而最終偏移量結(jié)果的篩查，則在多重處置原則的支持下，借助電壓與電流之間的數(shù)值限定關(guān)系，確定實際電壓量的實際數(shù)值偏差結(jié)果。

設(shè)U代表實際運行環(huán)境下中低場電壓均值，在不考慮其他外界干擾的情況下，該項物理值具備較強的應(yīng)用穩(wěn)定性。I代表配電網(wǎng)環(huán)境中的直行電流均值，與應(yīng)用電壓相比，該項物理量的可變性較強，但由于電流值始終屬于跟隨性變量，故其實值范圍依然受到不同電網(wǎng)設(shè)備的電阻數(shù)值影響，可將基于粒子群算法的電壓偏移量表示為：

式中，R代表核心電阻數(shù)值，R′代表既定電網(wǎng)設(shè)備的電阻數(shù)值，β代表電壓量取值系數(shù)。

1.2 中低壓配電約束條件

中低壓配電約束條件包含上限影響參量和下限影響參量。上限影響參量也叫最高電壓輸出條件，常表示為χ↑，在一個電子傳輸周期內(nèi)，該項物理量的實際表現(xiàn)狀態(tài)基本呈現(xiàn)明顯的兩級分化狀態(tài)，即電壓偏移量越大，配電約束條件的上限影響參量值越大，反之則越小。下限影響參量也叫最低電壓輸出條件，常表示為χ↓，在一個電子傳輸周期內(nèi)，該項物理量的實際表現(xiàn)狀態(tài)始終受到上限變動參量的影響，即上限影響參量越大，下限影響參量越大，反之則越小。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將基于粒子群算法的中低壓配電約束條件表示為：

式中，α1、α2分別代表兩個不同的電壓應(yīng)用系數(shù)，y′代表配電網(wǎng)電壓的最大補償系數(shù)，yˉ代表配電網(wǎng)電壓的平均補償系數(shù)。

1.3 目標(biāo)模糊函數(shù)

目標(biāo)模糊函數(shù)是與中低壓配電約束條件直接相關(guān)的電子傳輸限定函數(shù)，在已知傳輸電子量數(shù)值的情況下，兩個隨機電壓量之間的物理差值越大，模糊函數(shù)應(yīng)用等級越高，反之則越低[6-7]。在不考慮其他干擾條件的情況下，目標(biāo)模糊函數(shù)受到電壓量最大值、電壓量最小值兩項物理量的直接影響[8]。其中，電壓量最大值表示為q～，在固定電子傳輸周期內(nèi)，該項物理量具備較強的應(yīng)用穩(wěn)定性，且隨著傳輸電流總量的不斷提升，該項物理系數(shù)也會產(chǎn)生明顯的應(yīng)用坡度極值。電壓量最小值表示為q～，在固定電子傳輸周期內(nèi)，該項物理量始終與電壓量最大值保持相同的變化趨勢，且隨著傳輸電流總量的不斷提升，該項物理系數(shù)雖會產(chǎn)生應(yīng)用坡度極值，但平均變化幅度相對較小。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將中低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)哪繕?biāo)模糊函數(shù)定義為：

式中，lmax代表中低壓環(huán)境下最大配電量數(shù)值，lmin代表中低壓環(huán)境下最小配電量數(shù)值，u1、u0分別代表兩個不同的粒子群應(yīng)用系數(shù)，uˉ代表u1與u0的平均數(shù)值。

2 中低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)膮f(xié)同優(yōu)化

在配電網(wǎng)模糊性規(guī)劃的支持下，按照主要元件諧波域確定、無功諧波潮流計算、電子量協(xié)同優(yōu)化配置的處理流程，完成中低壓配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化。

2.1 主要元件諧波域

在中低壓配電網(wǎng)環(huán)境中，主要無功補償元件的分布始終滿足諧波域的劃分原理。在粒子群算法作用下，整個公用配電網(wǎng)始終保持相對穩(wěn)定的執(zhí)行狀態(tài)，隨著公共補償連接點被逐漸占用，所有配電網(wǎng)用戶都能得到足量的傳輸電子，直至將所有極限電子參量完全串聯(lián)在一起[9-10]。主要元件諧波域是一個呈發(fā)射狀覆蓋的物理電子區(qū)間，理論電子量從一個域節(jié)點傳輸至另一個域節(jié)點所需的應(yīng)用時間是諧波電子覆蓋整個配電網(wǎng)空間所需的物理時間[11]。

設(shè)k0代表電子傳輸域節(jié)點的起始位置，k1代表電子傳輸域節(jié)點的終止位置，聯(lián)立式（3），可將中低壓配電網(wǎng)環(huán)境中的主要元件諧波域計算式定義為：

式中，h代表既定配電系數(shù)，d、j分別代表兩個不同的電子諧波輸出條件，fˉ代表中低壓應(yīng)用電子的協(xié)同傳輸均值。

2.2 無功諧波潮流

無功諧波潮流是中低壓配電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化處理的基礎(chǔ)條件，可在主要元件諧波域空間的支持下，確定電子量在電網(wǎng)環(huán)境中的平均傳輸權(quán)限。造成無功諧波潮流情況的影響因素相對較多，且每種潮流主體所對應(yīng)的電量負(fù)載類型也均不相同，為使電子潮流的非線性負(fù)載系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，在既定配網(wǎng)傳輸環(huán)境下，時刻監(jiān)測諧波電子的平均分布情況[12-13]。

以最小電網(wǎng)無功差異量g0、最大電網(wǎng)無功差異量g1作為基礎(chǔ)判別條件，在整個中低壓配電網(wǎng)空間內(nèi)，令Ω實值始終大于物理數(shù)值1，聯(lián)立式（4），可將中低壓配電網(wǎng)的無功諧波潮流表示為：

式中，ΔL代表電網(wǎng)粒子系數(shù)在單位時間內(nèi)的實際變化量，ΔS代表協(xié)同優(yōu)化系數(shù)在單位時間內(nèi)的實際變化量。

2.3 電子量的協(xié)同優(yōu)化配置

電子量協(xié)同優(yōu)化配置是實現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化方法應(yīng)用的末尾處理環(huán)節(jié)，在粒子群算法的支持下，待傳輸?shù)碾娮涌偭吭酱螅a(chǎn)生的干預(yù)電壓數(shù)值也就越高，物理傳輸電流不斷增大，反之則引起物理傳輸電流的不斷減小[14]。為使中低壓配電網(wǎng)無功補償機制得到完善，在電子量系數(shù)保持不變的情況下，協(xié)同優(yōu)化配置處理手段將直接影響電子流量的實際輸出數(shù)值，通常情況下，前者應(yīng)用等級越高，后者數(shù)值水平越高，反之則越低[15-16]。

設(shè)c代表電網(wǎng)無功補償量的平均作用邊界條件，聯(lián)立式（5），可將電子量的協(xié)同優(yōu)化配置結(jié)果表示為：

式中，δ0、δ1分別代表兩個不同的配電傳輸應(yīng)用條件，m^ 代表電子流量的無功配置系數(shù)，D代表中低壓配網(wǎng)環(huán)境中的電量應(yīng)用均值，?代表定向化協(xié)同優(yōu)化處置權(quán)限。至此，完成各項應(yīng)用系數(shù)的計算與處理，在粒子群算法的支持下，完成中低壓配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化。

3 實驗分析

為驗證所提方法的實際應(yīng)用價值，設(shè)計對比實驗。將中低壓配電網(wǎng)輸出主機調(diào)試至最佳執(zhí)行狀態(tài)，在無功補償型斷路控制器的作用下，控制應(yīng)用電子在電網(wǎng)環(huán)境中的基本傳輸環(huán)境，其中，實驗組主機搭載新型協(xié)同優(yōu)化方法，對照組主機搭載單波電子補償控制模型，在相同實驗環(huán)境下，記錄各項實驗指標(biāo)，具體實驗環(huán)境如圖1 所示。

圖1 實驗環(huán)境

中壓傳輸環(huán)境下電子傳輸流失效率的具體變化情況如表1 所示。

分析表1 可知，在中壓傳輸環(huán)境下，實驗組電子傳輸流失效率的變化趨勢相對較為平緩，全局最大值24.7%與全局最小值23.2%之間的差值僅為1.5%。對照組電子傳輸流失效率始終保持不斷上升的變化趨勢，全局最大值達(dá)到48.7%，與實驗組極值相比，上升了25.5%。綜上可知，在中壓傳輸環(huán)境下，應(yīng)用新型配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對電子傳輸流失效率的有效控制。

表1 中壓傳輸環(huán)境下的電子傳輸流失效率

表2 反映低壓傳輸環(huán)境下電子傳輸流失效率的具體變化情況。

分析表2 可知，在低壓傳輸環(huán)境下，實驗組電子傳輸流失效率保持先上升、再穩(wěn)定的變化趨勢，全局最大值可達(dá)到21.9%。對照組電子傳輸流失效率則基本保持階梯狀上升的變化趨勢，全局最大值達(dá)到42.7%，與實驗組極值相比上升了20.8%，驗證了所提方法的有效性。

表2 低壓傳輸環(huán)境下的電子傳輸流失效率

4 結(jié)束語

在粒子群算法的支持下，新型配電網(wǎng)無功補償協(xié)同優(yōu)化方法針對單波電子補償控制模型電子傳輸流失效率過高的問題進(jìn)行改進(jìn)，在無功諧波潮流系數(shù)的作用下，實現(xiàn)對電子量與諧波域的同步調(diào)節(jié)。從實用性角度來看，中低壓環(huán)境下的電子傳輸流失效率均得到了有效控制，滿足集中性配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的實際處理需求。