電力電子變壓器有源配電網(wǎng)無功優(yōu)化應(yīng)用

劉永康

（中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031）

電子電力變壓器的出現(xiàn)，實際上是為了配合整體的電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和建設(shè)而出現(xiàn)的一種更具有先進性和在應(yīng)用性能方面綜合性更高的變壓器類型。這種變壓器的出現(xiàn)，主要是為了取得更好的電壓控制效果。在實際應(yīng)用中，為了提高應(yīng)用效率，需要通過建立模型的方式分析其優(yōu)化作用的效果。

1 電力電子變壓器的總體概述

（1）內(nèi)涵闡述。本文探討的電力電子變壓器，其命名主要是由于其變壓器內(nèi)部有一個獨立的電力電子變換器結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)通過高頻變壓器，達到磁耦合的效果，從而發(fā)揮變電作用，在這一裝置中，發(fā)揮核心作用的是電力電子變換技術(shù)，在這種技術(shù)的支持下，再融合應(yīng)用高頻變壓器，即可實現(xiàn)電壓和相應(yīng)能量的轉(zhuǎn)換過程。

（2）變壓器運行原理。關(guān)于具體的運行原理，這種變壓器在運行中通過將工頻信號交流電轉(zhuǎn)換為高頻信號的交流電，首先完成電壓頻率的轉(zhuǎn)換，隨后再通過高頻隔離變壓器的耦合作用，將其傳遞到副邊，隨后完成二次轉(zhuǎn)換的過程，即二次降低電壓的頻率，恢復(fù)為工頻電壓。此時，所供應(yīng)的電力資源就可以供用戶正常應(yīng)用。在整個的運行過程中，如果電壓轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)中含有直流環(huán)節(jié)，則可以以此為區(qū)分依據(jù)將其進行進一步細分，即含直流環(huán)節(jié)的過程和不含直流環(huán)節(jié)的PET過程。而且從性質(zhì)上來說，PET屬于一種拓撲結(jié)構(gòu)。

2 無功優(yōu)化背景下的約束條件分析

（1）功率平衡條件。這方面的條件，主要是針對配電網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點而言的，關(guān)于不同階段的約束條件要求，主要是要求所有的有功功率和無功功率應(yīng)當(dāng)在一種平衡的條件下完成約束作用。從數(shù)學(xué)表達的維度上來講，這種約束效果可以通過函數(shù)表達式的方式呈現(xiàn)。其中包含的函數(shù)參數(shù)有，節(jié)點電壓，注入節(jié)點的有功功率和無功功率。

（2）無電力電子變壓器時的約束條件。當(dāng)整個有源配電網(wǎng)系統(tǒng)中不存在電力電子變壓器時，則需要通過斷開電容組和調(diào)節(jié)變壓器的方式來實施電壓控制，其中，電容組主要是指與電網(wǎng)運行規(guī)模匹配的電容組，而變壓器則主要是指一種有載的調(diào)壓變壓器。且在應(yīng)用中需要引入分接頭實現(xiàn)對于電壓的控制，對于具體的控制工作而言，相應(yīng)的參數(shù)主要包括了電容額度、接頭位置。

（3）無功吸收與產(chǎn)生條件下的約束。這一點主要是針對當(dāng)存在電力電子變壓器的情況下，變壓器本身不僅可以完成對無功的吸收，其自身也可以產(chǎn)生無功。因此，如果要應(yīng)用電力電子變壓器，則需要控制的約束條件應(yīng)當(dāng)調(diào)整為變壓器的原邊調(diào)制系數(shù)和調(diào)制角度。另外，還包括了副邊的這兩項調(diào)制系數(shù)和角度。

（4）不計內(nèi)部損耗的條件下的約束條件。這種情況主要是指，將電力電子變壓器中的內(nèi)部損耗忽略不計，假設(shè)滿足這個條件，則需要考慮的約束條件則應(yīng)當(dāng)為原邊的有功功率以及無功功率，另外還包括了副邊的無功和有功功率。

3 基于粒子群算法的應(yīng)用分析

（1）粒子群算法的概念。所謂的粒子群算法，具體來講，是一種一群智能啟發(fā)為主要動力模式的計算方法，從算法的性質(zhì)上來講，其取數(shù)計算的原則是隨機取數(shù)。這種算法在具體應(yīng)用中，主要的參照物是在群體中處于最佳位置的個體和曾經(jīng)到達過最后一位置的個體，來為進一步的搜索和計算方向提供參考。

（2）粒子群算法的組織結(jié)構(gòu)。這種算法的群體是由一定數(shù)量的例子組成一個群體，不同的粒子的位置在計算中都可以以一個獨立的字母代表，且不同的位置的內(nèi)涵，代表其在優(yōu)化問題中的空間潛在解。不同的解的具體數(shù)值，實際上都可以被視為存在于統(tǒng)一個搜索空間中的個體點。在實際的計算數(shù)學(xué)表達式中，包含了反映粒子當(dāng)前速度和狀態(tài)的參數(shù)，這一參數(shù)的主要作用是平衡全局和局部的搜索狀態(tài)和能力。第二部分是反應(yīng)粒子本身所帶有的信息對速度向量指標(biāo)的影響。這部分參數(shù)的主要作用是體現(xiàn)粒子搜索的層次的深度。最后一部分是從群體的角度上反映信息所帶來的影響，主要的體現(xiàn)功能在于體現(xiàn)不同粒子之間的信息共享效果。

（3）粒子群優(yōu)化應(yīng)用的具體分析。在應(yīng)用粒子群算法進行無功優(yōu)化的過程中，其主要分為以下幾部分應(yīng)用流程。第一，系統(tǒng)的初始化過程，這一階段，需要對粒子群計算的原始參數(shù)進行確認，其中包括了固定維度空間內(nèi)所有粒子的初始速度和位置（隨機）。第二，粒子質(zhì)量評價過程。這一過程主要是指，通過計算的方法確定固定數(shù)量的粒子的目標(biāo)值，確定時需要注意數(shù)值的適應(yīng)度。第三，優(yōu)化過程。這一過程中，優(yōu)化的精細程度具體到每一個不同的粒子上，優(yōu)化方法，按照其當(dāng)前的目標(biāo)值與其歷史運動軌跡中的最佳位置進行對比，對比指標(biāo)，目標(biāo)值結(jié)果。結(jié)果如果顯示當(dāng)前的目標(biāo)值數(shù)值更高，則當(dāng)前位置即轉(zhuǎn)換為歷史最佳位置。如果當(dāng)前的目標(biāo)值同時高于全局最佳位置，則也可以將當(dāng)前位置定位新的最佳位置，也就是說，最佳當(dāng)前位置和最佳歷史位置可以在通過計算進行比對確認后發(fā)生重合。第四，粒子的更新過程。關(guān)于更新過程的實現(xiàn)，其具體功能的發(fā)揮需要依托專業(yè)的數(shù)學(xué)表達式進行，更新的數(shù)值指標(biāo)，主要包括粒子的速度以及粒子的位置。第五，停止?fàn)顟B(tài)的條件。停止?fàn)顟B(tài)，主要的判別區(qū)域集中在迭代計算區(qū)域，需要對迭代計算的條件進行檢驗，檢驗其迭代次數(shù)是否達到了允許的范圍和數(shù)值。當(dāng)達到一定的迭代次數(shù)額度時，即可視為計算結(jié)果達到了最優(yōu)狀態(tài)，關(guān)于最優(yōu)狀態(tài)的另一個判別方法，則主要是通過對粒子自身的速度和位置是否發(fā)生變化進行判斷，當(dāng)兩項指標(biāo)的數(shù)值均不再發(fā)生變化，則意味著迭代的操作可以停止。

4 基于粒子算法的仿真計算分析

關(guān)于仿真計算的進行，需要設(shè)置不同的仿真條件類型，即在不同的條件情景下，計算應(yīng)用電力電子變壓器的無功優(yōu)化效果。下文分別選取幾種比較典型的情況，針對其仿真計算結(jié)果進行分析。

（1）不存在無功優(yōu)化情景。首先，這種情況下，需要先假設(shè)變壓器的變比和內(nèi)部損耗情況，隨后在系統(tǒng)處在正常負荷條件的情況下，針對不同的變壓器裝置融入情況進行數(shù)據(jù)計算，可知在沒有無功優(yōu)化的條件下，無論是應(yīng)用有載調(diào)壓變壓器?；鬯码娏﹄娮幼儔浩鳎浠谂潆娋W(wǎng)絡(luò)的潮流計算結(jié)果是一致的。而且在這種情況下，節(jié)點雖然自身存在差異，但所有的節(jié)點電壓值，均處在合理的范圍內(nèi)。

（2）有在變壓器和電力電子變壓器的應(yīng)用對比。其次，在有載變壓器的應(yīng)用條件下，電網(wǎng)的無功優(yōu)化仿真分析結(jié)果呈現(xiàn)出一定的優(yōu)化效果，從具體數(shù)值進行計算和分析可知，經(jīng)過優(yōu)化作用，全部的節(jié)點處電壓，在偏差值方面都有所減小。而應(yīng)用電力電子變壓器進行無功優(yōu)化的結(jié)果顯示，其也取得了相應(yīng)的縮減優(yōu)化效果，且最大的縮減幅度接近40%。在同步的優(yōu)化效果基礎(chǔ)上，可見電力電子變壓器的優(yōu)化幅度更大，這也顯示出了其在電壓調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)中有更為顯著的作用。而且，從網(wǎng)絡(luò)損耗的角度分析，可知潮流計算結(jié)果中，網(wǎng)損功率得到了縮減。另外，也能縮減對于電容器組裝置應(yīng)用的成本。從這個角度上來說，電力電子變壓器的在有源電網(wǎng)的無功優(yōu)化中的應(yīng)用效果在綜合性能上高。

5 結(jié)語

總的來講，電力電子變壓器在實際應(yīng)用中屬于一種在裝置本身的先進性上都更好的裝置。具體的體現(xiàn)在于，變壓器的精確度、調(diào)節(jié)功能效果以及應(yīng)用中的誤差率、電網(wǎng)損耗率上，都是相對較小的，且其能夠從經(jīng)濟成本的節(jié)約角度達到一定的優(yōu)化效果?？梢?，這種變壓器在有源配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用是一種進步和完善的體現(xiàn)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極掌握此種變壓器應(yīng)用中的仿真計算方法和算法原理，從而通過更為精確的分析和計算，提高其在實際應(yīng)用中的效果。