基于電壓控制目標(biāo)追蹤的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法分析

羅仕俊

摘要：配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題就是研究如何使無功功率在配電網(wǎng)中分布更為合理，從而有效地降低目標(biāo)配電系統(tǒng)的有功損耗、改善系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法大多是以降低目標(biāo)配電系統(tǒng)的有功損耗為目標(biāo)。本文旨在從優(yōu)先保障目標(biāo)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓質(zhì)量出發(fā)，探索一種更加貼近電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的計及DG接入的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：電壓控制；配電網(wǎng)；無功優(yōu)化；目標(biāo)追蹤

隨著電力法的頒布實(shí)施和電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)行的深入，保障目標(biāo)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓質(zhì)量日益顯示出其重要性。因而，探討以保障目標(biāo)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓質(zhì)量為首要目標(biāo)，同時兼顧降低網(wǎng)絡(luò)有功損耗的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。另外，分布式電源（DG）的大量接入使得配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題變得更加復(fù)雜。因此，研究計及DG接入的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題勢在必行。

一、配電網(wǎng)無功優(yōu)化的意義

配電網(wǎng)中無功功率的分布會直接影響系統(tǒng)的有功損耗和電壓質(zhì)量，關(guān)系著系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)無功功率不足時，系統(tǒng)的有功損耗增大，電壓降低，甚至局部電壓會低至臨界值以下，引起系統(tǒng)電壓崩潰，導(dǎo)致大面積停電。相反，當(dāng)無功功率過剩時，系統(tǒng)的電壓升高，也會對系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。例如，系統(tǒng)電壓升高會增大線路和設(shè)備的損耗，降低設(shè)備的使用壽命，加快線路和設(shè)備的絕緣老化等。配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題就是研究如何使無功功率在配電網(wǎng)中分布更為合理，從而降低系統(tǒng)的有功損耗、提高系統(tǒng)的電壓質(zhì)量等。自20世紀(jì)60年代初法國學(xué)者提出最優(yōu)潮流問題后，無功優(yōu)化問題就受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，而且已經(jīng)取得了眾多研究成果。但是，隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對無功優(yōu)化問題中諸如最優(yōu)解的質(zhì)量、算法的收斂性、無功優(yōu)化的實(shí)時性等的要求越來越高。因此，進(jìn)一步研究配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題，合理配置無功補(bǔ)償裝置，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要的理論研究價值和現(xiàn)實(shí)際意義。

二、基于電壓控制目標(biāo)追蹤的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法

近年來國際間對資源耗竭的危機(jī)及意識、環(huán)保意識的不斷進(jìn)步，使得能源應(yīng)用早已成為?手可熱的議題，提高分布式電源占總發(fā)電量的百分比在許多國家已成為趨勢。隨著經(jīng)濟(jì)的成長，開源及節(jié)流早已變的?可忽視；由于人們對于環(huán)境保護(hù)及自我意識的提升，造成大型集中式發(fā)電廠和輸配電設(shè)施的投資金額越來越高，建設(shè)也越?越困難，為提高電能的使用效率解決配電系統(tǒng)有功損耗問題，除使用傳統(tǒng)增設(shè)輸電線、變電所外，另可考慮在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)裝設(shè)分布式電源，以達(dá)成降低配電系統(tǒng)有功損耗、減少負(fù)載端用電量需求及?低電能在輸送過程中的損耗。此外，于尖峰負(fù)載時段實(shí)施需量反應(yīng)計劃亦可抑制負(fù)載量，進(jìn)而達(dá)到降低輸配電網(wǎng)絡(luò)壅塞的目標(biāo)。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，在電力系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)中，配電網(wǎng)處于末端直接與用戶相聯(lián)系。長期以來，重視有功調(diào)度而忽視無功功率的分布，導(dǎo)致大量無功功率在配電網(wǎng)中流動，既增加了配電網(wǎng)有功損耗，又影響了電壓質(zhì)量，降低了配電網(wǎng)運(yùn)行效率。因而對于如何利用和配置無功資源進(jìn)一步降低配電網(wǎng)損耗，提高電壓合格率，提高配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的研究，無論是從運(yùn)行實(shí)際還是從研究現(xiàn)狀來看都表現(xiàn)出很強(qiáng)的迫切性。

配電網(wǎng)無功優(yōu)化就是建立在已有綜合自動化基礎(chǔ)之上，在保證配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的前提下，根據(jù)不同的負(fù)荷水平，控制配電網(wǎng)中已有無功補(bǔ)償控制設(shè)備（如同步發(fā)電機(jī)、有載調(diào)壓變壓器、無功補(bǔ)償器等），合理調(diào)整配電網(wǎng)中無功功率分布，一方面使配電網(wǎng)滿足一定安全約束，使各節(jié)點(diǎn)電壓滿足要求；另一方面使配電網(wǎng)的有功損耗最小，無功補(bǔ)償設(shè)備的投資最小。電力公司發(fā)生線路壅塞情況，只會決定投資新建輸配電設(shè)備來舒緩壅塞問題，因此提出結(jié)合降低尖峰負(fù)載量與此尖峰負(fù)載量所需投資新增輸配電設(shè)備成本的觀念，利用現(xiàn)值法估算如果能夠利用負(fù)載端管理措施、發(fā)電廠及分布式能源支持此尖峰負(fù)載量用電后，可以避免投資新的輸配電設(shè)備成本。由于環(huán)保意識的提倡，也促使再生能源的技術(shù)發(fā)展更有效率，越來越多的分布式能源并聯(lián)到配電網(wǎng)絡(luò)上，對配電網(wǎng)絡(luò)的長期規(guī)劃而言，被動控制的分布式能源會導(dǎo)致嚴(yán)厲的電網(wǎng)操作問題；相反的，主動式的操作管理能為分布式能源的系統(tǒng)商與電力公司帶來互利。過度負(fù)載成長會使電壓落入不可接受范圍區(qū)間，政府與電力公司應(yīng)提供獎勵方案整合分布式能源并聯(lián)及輔助服務(wù)，提出多目標(biāo)最佳化算法估算電力公司與分布式能源的成本與效益，結(jié)果顯示在典型的配電網(wǎng)絡(luò)中，影響分布式能源效益最大的是政府政策上的補(bǔ)助價格，必須制訂合適的章程法規(guī)鼓勵整合分布式能源與配電網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)設(shè)備。

結(jié)論

配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題是一個多約束、多變量的非線性混合規(guī)劃問題，具有非線性、不連續(xù)、不確定因素較多等特點(diǎn)。這些都給配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題的求解增加了困難。選擇一種合適的無功優(yōu)化算法會對求解配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題產(chǎn)生直接的影響。如果選擇的優(yōu)化算法不合適，不但可能得不到較優(yōu)的解，甚至算法可能最終無法收斂。因此，無功優(yōu)化算法一直都是國內(nèi)外專家學(xué)者致力于研究的重點(diǎn)。

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