電力系統控制變量對其網損和電壓偏移的影響初探

田通

（沈陽工學院，遼寧 沈陽 113122）

電力系統控制變量的優化，對電力控制以及系統運行水平等會產生直接的影響。分析電力系統控制變量對其網損、電壓偏移等所產生的影響，可以為調度部門提供特定性能指標的優化程度，并對電力系統做出科學有效的調度決策。結合電力系統網損、電壓偏移的求解模型，分析發電成本模型中的目標函數選取，求解結果會產生不確定性。因此，利用粒子群算法分別獨立調度IEEE30節點系統的有功功力、電壓、變壓器功率、無功補償容量與電力網損、電壓偏移之間的關系進行檢驗，并通過控制變量的調整，提高電力系統的運行水平。

1 文獻研究

章早立（2020）是通過粒子群優化算法，對電力系統控制變量的影響因素以及性能指標變化等進行量化分析，通過電壓、控制變量與特定性能指標檢驗，提高電力系統調度變化的綜合分析水平。陳厚合、邵俊巖（2020）則是對電力系統性能指標的靈敏度與安全運行參數等進行分析，根據系統特定性能指標的影響,將電力系統調度的控制變量轉化為優化指標，以此為依據，做出科學有效的調度決策。目前，相關研究是針對無功補償容量與電力系統的網損變化進行研究。所以，在利用粒子群算法的過程中，可對不同控制變量的數據關系以及網損、電壓偏移的影響程度等指標的不確定性進行量化，系統分析電壓偏移與網損的相關指標的影響程度，并分析不同指標對電力調度所產生的影響，提高電力控制水平。

2 粒子群算法分析

2.1 目標函數

通過電力系統的網損以及電壓偏移變化分析，以最小偏移為目標函數，并通過不等式約束，將需要優化的目標值轉化為電力系統的性能指標，并利用節點功率平衡約束，對電力系統電壓、無功功率等進行檢驗與計算。

在上述公式中，Pi、Qi分別為節點i、j注入的有功與無功功率，Bij為節點i、j之間的線路電納。

電網功率平衡約束的表達方式如下：在上述公式中，PGi為第i臺發電機發出的有功功率，Pload為負荷有功功率，Ploss為電力系統的有功損耗。

2.2 不等式約束

電力系統控制變量的不等式約束包括：

在上述公式中，PG為發電機的有功功率，UG為電力系統中的電壓值，T為變壓器的功率值，Qc為并聯電容器補償容量，通過對最大值、最小值的設定，檢驗變量的動態變化。

2.3 算法流程

粒子群算法在實際應用中，引入慣性權重w，并將原始數據輸入系統中，設置粒子群算法參數。建立初始化種群，進行潮流計算，計算個體目標函數值，確定全局最優值。調整相應的控制變量，并更新個體位置，通過對比更新的個體最優值、全局最優值，進行迭代數據分析與處理，并輸出最終的計算結果，具體的操作流程如圖1。

圖1 算法流程圖

3 粒子群算法分析過程

3.1 電力系統網損分析

電力系統控制變量對其網損所產生的影響分析，以算例的方式進行檢驗。發電機6臺，電力線路41條，變壓器4臺，初始網損為5.4849MW，初始懲罰項為0。利用粒子群算法，確定迭代次數為100，分別對4個控制變量與網損之間的關系進行檢驗，可分析不同控制變量對電力系統網損所產生的影響程度。

控制變量調節中，具體調節范圍如下：5臺發電機的有功功率調節，調節區間為10～80MW；調節發電機電壓，在{0.95，1.1}范圍內連續調節；調節變壓器變化，對變壓器的功率變化進行分檔調節，通過0.125的步長，對變壓器狀態進行調節，滿足電力控制需求；調節無功補償容量，通過節點設置，按照10、12、15、17、20、21、23、24、29的標準設置并聯電容補償裝置，最大的補償容量為20Mvar，以1mvar為1檔，并進行分檔調節與控制。獨立調度相關控制變量，具體計算結果如表1。

表1 電力系統獨立調節各控制變量的網損目標值

根據電力系統控制變量變化，可對網損進行統計與計算，對網損影響程度最大的變量為發電機有功功率，最小為變壓器功率。

在電力系統控制變量分析中，節點數量不同，電力系統的運行控制也會存在一定的差異性。設定54臺發電機、186條線路，變壓器9臺。并通過1kV、11kV、33kV、138kV4個電壓等級構成，并聯無功補償裝置設置為33kV側。由于高壓側不會安裝無功補償，所以，考慮其他3種控制變量進行網損影響分析。粒子群算法可對控制變量的參數進行調整，并利用參數因子，對電力系統的網損變化、電力平衡等進行完善，通過20MW的參數控制，可對電壓變化進行調整，提高控制變量的綜合控制效果。

對54臺發電機的電壓的范圍進行設定，并在{0.95，1.1}的范圍內進行連續調節；調節變壓器，通過0.0125的步長進行分檔調節與分析。

通過調節上述3中控制變量，網損平均值的變化比較明顯。根據電力系統網損的變化規律，發電機有功功率對電力系統網損會產生直接的影響。

3.2 電壓偏移

電壓偏移分析仍然是選擇30節點電力系統與118節點系統進行研究。IEEE30節點系統在實際運行中，初始電壓會產生偏移，偏移值為0.6065，通過對有功功率、發電機電壓、電壓器變化、無功補償容量進行控制，電壓偏移分別降低到0.5737、0.1448、0.22226、0.2540。根據IEEE30節點系統的運行狀態，電壓對電力系統電壓偏移的影響最大，發電機有功功力對電力系統電壓偏移的影響最小。

從IEEE118節點系統的角度分析，在控制變量中，剔除無功補償容量這一指標，其他控制變量對電壓偏移的影響是按照30次平均值的方式計算，電壓偏移分別為1.4089、0.2966、1.3638。這說明在IEEE118節點系統調節與電壓偏移變化規律分析中，電壓對電力系統電壓偏移所產生的影響最大，發電機所產生的影響最小。

4 電力系統控制變量與網損、電壓偏移的影響分析

無功補償容量以及變壓器對網損的影響相對比較小。從電壓偏移的角度分析，在實現電力系統運行與控制的過程中，電力系統運行變化以及系統性指標變化，對系統電壓偏移過程會產生直接的影響。通過電壓偏移分析，可對電力系統的電壓變化過程進行監督，通過電力調度，實現電壓偏移分析水平的進一步提升。結合線路的網損變化，對控制變量的參數變化進行調整，可提高電壓調節的控制水平。電力系統各控制變量中，獨立調度各控制變量，可得到最優計算結果，在對控制變量進行分檔調節的基礎上，調整電容補償、電壓波動變化，通過電力系統的性能檢驗與調整，可滿足電力系統的調度與控制需求。

5 結語

通過粒子群算法，分別獨立調度發電機有功功力、電壓、變壓器功率以及無功補償容量的變量控制，對降低電壓偏移影響有調節作用。在系統負荷不變的狀態下，無功補償容量、變壓器功率對電力系統所產生的影響程度相對比較小。從電壓偏移的角度分析，電壓對電力系統控制變量的控制最大，變壓器功率與無功補償容量次之。電力系統在運行調度的過程中，綜合考慮并調節控制變量的成本代價，量化電力系統控制變量對系統性能指標的影響程度，并通過電力系統控制變量的指標調節，提高電力系統的綜合控制水平。分析電力系統控制變量與性能指標之間的關系，調整系統負荷狀態，滿足電力系統的綜合控制需求。