含小水電的配電網無功優化研究

任志強，趙啟明

（1.浙江省電力公司培訓中心，浙江建德311600；2.浙江省電力公司，杭州310007）

含小水電的配電網無功優化研究

任志強1，趙啟明2

（1.浙江省電力公司培訓中心，浙江建德311600；2.浙江省電力公司，杭州310007）

針對含小水電的線路上安裝雙向調壓器（BSVR）后無功補償容量難以合理確定的問題，提出了潮流方向判定準則以及考慮分接頭調整影響的雙向調壓器等值模型重構，采用適應前推回代潮流算法的小水電數學模型，通過對遺傳算法的改進，求出最優或較優的補償方案。實例證明，該方法應用于含小水電配電網的無功優化計算是有效的。

雙向調壓器；小水電；無功優化；改進遺傳算法

0 引言

浙江水利資源豐富，部分地區水電站較多,且以徑流式水電站為主。豐水期時，小水電除滿足線路用戶用電需求外還通過變電站向主網輸送電能。由于線路阻抗產生壓降，必須將小水電的出口電壓調到很高才能將電能送向主網，從而導致10 kV配電線路上低壓用戶的電壓過高，經常燒壞用戶用電設備；枯水期時，線路上低壓用戶所需電能主要由變電站提供，由于線路較長，故線路末端用戶的電壓又很低，不能滿足用戶用電質量要求。

為解決上述問題，通常采用雙向調壓器[1]來改善電壓質量，但應用后對電壓調節和無功補償容量的優化配置將產生一定影響。本文主要對此進行分析，提出考慮上述影響的數學模型和算法。

1 含小水電的配電網無功優化

1.1 雙向調壓器及其數學模型

含小水電的線路調節電壓時，潮流方向可能發生改變。普通變壓器無法滿足潮流方向發生變化的要求，而雙向調壓器則可以自動識別潮流方向，并通過跟蹤輸入電壓的變化來自動調整三相有載分接開關的檔位，保證輸出電壓穩定。

豐水期和枯水期安裝雙向調壓器的效果如圖1、圖2所示。

雙向調壓器的數學模型如圖3所示，在精確計算變壓器參數時，選用變比k=U1/U2，其中U1和U2分別為變壓器的一次、二次側額定電壓，但因含小水電線路的潮流方向不確定，故無法確定其一次側。此時可將系統視為無窮大，電壓基本保持穩定，故U1取雙向調壓器靠近變電站側的額定電壓（簡稱一次側），U2取雙向調壓器另一側額定電壓（簡稱二次側），其計算所得參數隨變壓器分接頭調整而變化。

1.2 小水電數學模型

大部分小水電的輸出功率不恒定，負荷也不恒定，所以負荷節點潮流方向可能出現變化，因此要求潮流計算能認別潮流方向。

對于小水電的節點類型，還沒有統一的規定，一般當作PQ或PV節點來處理。本文認為小水電發出的無功功率隨有功功率的改變而改變，故可將其視為PQ節點，發出功率時為負，吸收功率時為正，由此解決了潮流方向改變對前推回代潮流算法的影響。

1.3 含小水電的配電網無功優化目標函數

含小水電的配電網無功優化目標函數為：

式（2）中，Uimax和Uimin分別表示節點的電壓上限、下限。

式（3）中，Qimax和Qimin分別表示無功出力的上限、下限。

1.4 含小水電的配電網無功優化約束條件

在配電網無功優化過程中，要考慮以下約束條件：

（1）潮流方程約束

（2）支路電流和節點電壓約束

2 含小水電的配電網無功優化的改進遺傳算法

2.1 染色體編碼

編碼的方式有很多，主要有二進制編碼、十進制編碼、實數編碼等[2]。本文采用十進制編碼方式，編碼形式為：X＝[T1，T2，…│C1，C2，…]。

Ci為第i個補償節點投切的電容器/電控器的容量，（-配變容量＜Ci＜配變容量，Ci∈Z）。

本文僅考慮變壓器隨器補償，故染色體編碼中不含補償點位置信息。

2.2 產生初始種群

按照2.1提出的染色體編碼及取值范圍，隨機生成初始種群。其中Ti的產生需要依據潮流方向判據來選擇，潮流方向判據如式（7）所示，當其成立時取Ti為0至（總調節檔位數-1）/2之間的整數，當其不成立時取其為-（總調節檔位數-1）/ 2至0之間的整數。

式中：m為雙向調壓器安裝位置之后用戶及小水電的總數。

2.3 染色體的適應值[3]

適應值指導遺傳算法的搜索方向，應保證其不為負。本文網絡重構的目的是網損最小，所以用網損的倒數作為適應值。

因線路加裝了雙向調壓器，會使線路電壓發生變化，且調壓器調壓范圍可達±20%，將對配電變壓器的電容器實際補償容量產生一定影響。

在計算染色體適應值時，需根據雙向調壓器分接頭位置更新其等值模型，再計算配網網損。

2.4 較差個體單獨成群[4]

優勢種群的產生策略一般為：產生初始種群后，按照比例選擇法淘汰適應度較差的個體，保留較好個體，但是這樣可能會淘汰掉部分初始適應度不高的優勢個體。為了保證遺傳算法能夠收斂到全局最優解，本文采用較差個體單獨成群策略，即：在產生初始種群后，按照比例選擇一部分優勢個體成群，另將較差的10%個體單獨成立1個種群進行優化，最后選擇正常種群與新成立種群優化結果較好者。

2.5 遺傳算法的基因操作

采用動態的交叉與變異操作。交叉是在1個染色體編碼中隨機選擇1位與另1個染色體中對應位交換。變異是對染色體選定某一位進行變化，在2.1節中給定的變化范圍中取值，在此過程中采用最優保留策略。交叉或變異結果為不可行解時，采用返回策略，重新進行操作。

基于改進遺傳算法的含小水電配電網無功優化計算程序流程如圖4所示。

3 算例分析

以浙江省景寧畬族自治縣電力工業局某條含4個小水電站的10 kV線路為例，應用上述算法進行分析計算。

按上文中給出的方法對線路進行優化計算，取初始種群為60，初始交叉率為0.6，初始變異率為0.1。考慮到已經配置的自動投切無功補償裝置，本次計算只考慮線路補償裝置，以某一典型日數據為依據進行全年網損計算。優化補償計算結果見表1、表2。

采用本文提出的遺傳算法與傳統遺傳算法進行計算收斂性對比，結果如圖5所示。由圖可知，采用傳統遺傳算法時，計算結果大多在14~ 16代收斂。而采用本文算法，一般在12代以內收斂。同時本文所提出的方法在降低網損及合理確定補償容量方面也具有一定優勢。

4 結語

本文綜述配電網無功優化的現狀，考慮含水電線路為改善電壓質量而采用雙向調壓器后對無功補償的影響，提出了在優化過程中依據雙向調壓器分接頭狀態來調整等值模型，并計及電壓變化對電容器實際提供補償容量影響的計算方法。

本文算法已在浙江省景寧縣電力工業局應用，實際應用和算例結果表明，配電網無功優化方法在含雙向調壓器線路上應用是有效的，能有效降低網損，提高運算效率。

[1]趙啟明，任志強.全網無功優化補償的建設及影響[J].農村電氣化，2011（1）∶34-35.

[2]蘇玲.電力系統無功優化算法綜述[J].現代電力，2004，21（6）∶40-45.

[3]LEE K Y，BAI X，PARK Y M.Optimization Method for Reactive Power Planning by Using a Modified Simple Genetical Gorithm[J].IEEE Trans.on Power Systems，1995, 10（4）∶1843-1850.

[4]王秀云，任志強.用于降低網損的配電網絡重構方法的研究[J].電力系統保護與控制，2008，19（10）∶21-24.

（本文編輯：龔皓）

Research on Reactive Power Optimization in Distribution Network with Small Hydro Power

REN Zhi-qiang1，ZHAO Qi-ming2
（1.Zhejiang Electric Power Corporation Training Centre，Jiande Zhejiang 311600，China；2.Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China）

As it is difficult to determine a reasonable reactive power compensation capacity after installing bidirection voltage regulator on line with small hydro power，this paper presents the power flow direction judgment criterion and the BSVR equivalent model considering tap adjustment effects，adopts power flow algorithm for small hydropower mathematical model.Based on the improvement of genetic algorithm，the optimal compensation scheme is developed The practice proves that this method is effective in reactive power optimization in distribution network with small hydro power.

BSVR；small hydro power；reactive power optimization；improved genetic algorithm

TM714

：A

：1007-1881（2012）10-0007-03

2012-02-22

任志強（1981-），男，河南新鄉人，講師，主要研究方向為配電自動化。