配電網(wǎng)無功補(bǔ)償

摘要：本文采用固定并聯(lián)電容器作為研究對象對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，并利用智能優(yōu)化方法得到使配電網(wǎng)損耗降低最大對應(yīng)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)解。并在補(bǔ)償容量的鄰域搜索方面做了改進(jìn)，采用擴(kuò)大鄰域搜索范圍以達(dá)到全局最優(yōu)的效果。用IEEE的算例得出的計(jì)算結(jié)果證明了這種方法的可行性。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 配電網(wǎng) 無功優(yōu)化 禁忌搜索

simplified skills For Distribution Networks

HeHong CaoYe

(1. School of Information Engineering Nanchang University， Jiangxi Nanchang 330031;)

Abstract：In this paper， a fixed shunt capacitor for the study of the system reactive power compensation， and intelligent optimization method to reduce the loss of the largest distribution network node corresponding to the optimal solution，and the capacity of compensation neighborhood search area has been improved by expanding the scope of neighborhood search in order to achieve the global optimum results. and develop the mathematieal model and solution algorithm.The test results for a sample systems，although preliminary，have verified the feasibility and effieiency of the developed TS based transmission network optimal planning method.

Key words：power systems，distribution system，reactive power optimization， tabu search;

配電網(wǎng)補(bǔ)償裝置的優(yōu)化主要包括規(guī)劃優(yōu)化和運(yùn)行優(yōu)化兩大類。無功補(bǔ)償優(yōu)化規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃的基本要求[1]。其任務(wù)是在已確定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中無功負(fù)荷的分布情況，用優(yōu)化方法合理地確定無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝位置和補(bǔ)償容量。為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容器的優(yōu)化規(guī)劃，根據(jù)無功功率的負(fù)荷預(yù)測曲線中的一段靜態(tài)模型，以降損收益最大為適配值函數(shù)，以節(jié)點(diǎn)電壓約束、補(bǔ)償容量不允許過補(bǔ)償?shù)葹榧s束條件，用一種改進(jìn)的禁忌搜索算法來求得電力電容器的規(guī)劃位置及各節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償容量。

1、禁忌搜索算法

由于配電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化規(guī)劃的決策變量是并聯(lián)電力電容器的安裝位置和補(bǔ)償容量，即都是離散變量[2]。因此比較適合運(yùn)用禁忌搜索算法進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃。下面介紹一下禁忌搜索算法的原理。

1.1禁忌搜索算法基本原理

禁忌搜索算法（Tabu Search或Taboo Search，簡稱TS）的思想最早由Glover（1986）提出，它是對局部鄰域搜索的一種擴(kuò)展，是一種全局逐步尋優(yōu)算法，是對人類智力過程的一種模擬[3]。TS算法通過引入一個(gè)靈活的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的禁忌準(zhǔn)則來避免迂回搜索，并通過藐視準(zhǔn)則來赦免一些被禁忌的優(yōu)良狀態(tài)，進(jìn)而保證多樣化的有效探索以最終實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。同其他現(xiàn)代啟發(fā)式方法（如遺傳算法和模擬退火法）相比，禁忌搜索算法的尋優(yōu)能力更加突出。在Tabu搜索算法中，對每一個(gè)試驗(yàn)解都定義了一個(gè)鄰域，然后在此鄰域內(nèi)搜索局部最優(yōu)解。和其他梯度類型的算法不同，Tabu法允許將搜索朝著使目標(biāo)函數(shù)退化的方向指引，這樣可以避免陷入局部最優(yōu)解。Tabu算法的最基本的特點(diǎn)是：將已經(jīng)執(zhí)行過的移動(dòng)設(shè)置為臨時(shí)禁止，這樣可以避免搜索重復(fù)的空間。禁忌準(zhǔn)則是用來檢驗(yàn)禁忌表中的各移動(dòng)是否已經(jīng)達(dá)到了釋放水平。禁忌搜索法目標(biāo)函數(shù)選取靈活，無需求導(dǎo)或求逆等復(fù)導(dǎo)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以方便的引入各種約束條件，適合于處理混合非線性和多變量的目標(biāo)優(yōu)化問題。與傳統(tǒng)的優(yōu)化算法相比，它采用了許多獨(dú)特的方法和技術(shù)，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面

（1）搜索過程中能夠跳出局部最優(yōu)解，轉(zhuǎn)向解空間的其它區(qū)域，從而增強(qiáng)獲得全局最優(yōu)解的概率。

（2）搜索過程中可以接受較差的解，新解不是在當(dāng)前解的鄰域中隨機(jī)產(chǎn)生，而是為非禁忌對象中的最佳解或優(yōu)于目前最優(yōu)的解。因此，選取優(yōu)良解的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他解，具有較強(qiáng)的爬山能力。

（3）適合解決多變量、非線性、不連續(xù)、多約束的全局優(yōu)化問題，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。

此外，在許多場合禁忌對象的被禁次數(shù)也被用于指導(dǎo)搜索，以取得更大的搜索空間。禁忌次數(shù)越高，通常可認(rèn)為出現(xiàn)循環(huán)搜索的概率越大[4]。

2、禁忌搜索算法在配電網(wǎng)無功補(bǔ)償中的具體應(yīng)用

2.1各參數(shù)的選取

電容器優(yōu)化規(guī)劃的目標(biāo)是：確定兩固定電容器的安裝位置以及容量，使得各個(gè)靜態(tài)時(shí)段內(nèi)降損收益總和最大，即配電網(wǎng)損耗最小[5]。

（1）數(shù)學(xué)模型

a)適配值的選取

以規(guī)劃期內(nèi)的降損收益最大為目標(biāo)函數(shù)，即

（3—1）

為某時(shí)段內(nèi)補(bǔ)償后損耗電量， 為該時(shí)段內(nèi)補(bǔ)償前的初始損耗電量。電能損耗包括變壓器損耗和上游輸電線路的損耗電量，可以根據(jù)各個(gè)負(fù)荷的預(yù)測曲線和解空間，由潮流計(jì)算得出。

b)約束條件：

節(jié)點(diǎn)電壓約束條件： ；

固定補(bǔ)償總?cè)萘吭诘拓?fù)荷時(shí)不允許過補(bǔ)償：

2.2約束條件的處理和初始解的選擇

約束條件的處理：

在電容器規(guī)劃過程中，會(huì)遇到不滿足電壓約束的情況，進(jìn)而影響優(yōu)化結(jié)果。遇到不滿足電壓約束的解在候選解中直接舍去[6]。

初始解的選擇：

禁忌搜索算法的初始解對優(yōu)化結(jié)果有很大的影響，因此初始解的選擇是比較困難的[7]。在初始解選取問題上嘗試多種方法，給定節(jié)點(diǎn)解的值或隨機(jī)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)解作為初始值進(jìn)行比較，并用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)算例進(jìn)行驗(yàn)證，選擇合適的方法[8]。

3、算例分析

以8節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化規(guī)劃。配電線路共有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中2個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，2個(gè)T接點(diǎn)和1個(gè)電源點(diǎn)，3個(gè)末梢節(jié)點(diǎn)。首端基準(zhǔn)電壓為10.6kV，容量基準(zhǔn)值為100MVA[9]。

3.1 算例分析結(jié)果

禁忌搜索算法的計(jì)算結(jié)果如表3-1和3-2所示。

表3-1 8節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)補(bǔ)償前后節(jié)點(diǎn)電壓幅值對比

表3-2 禁忌搜索算法計(jì)算8節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)兩組固定并聯(lián)電容器規(guī)劃

程序運(yùn)行的結(jié)果表明配電網(wǎng)原始潮流計(jì)算得出的配電網(wǎng)損耗為7.7108 kW，電網(wǎng)線損率為0.6043%。禁忌搜索算法在配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化規(guī)劃中可以較快的搜尋到較優(yōu)的解，即驗(yàn)證了禁忌搜索算法在配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化規(guī)劃中應(yīng)用的可行性[10]。

4、總結(jié)

通過對以上計(jì)算結(jié)果的比較分析，得出以下結(jié)論：禁忌搜索算法在給定經(jīng)驗(yàn)初值情況下，可以取得適配值為配電網(wǎng)損耗較小通過此種算法尋得的較優(yōu)結(jié)果，但不能保證一定可以得到該系統(tǒng)最優(yōu)的規(guī)劃結(jié)果；但是此種算法有較高的概率可以得出無功補(bǔ)償優(yōu)化規(guī)劃的最優(yōu)的解。經(jīng)過典型算例進(jìn)行測試和驗(yàn)證，結(jié)果表明禁忌搜索算法應(yīng)用在配電網(wǎng)無功補(bǔ)償是可行的。

參考文獻(xiàn):

[1]余健明，同向前，蘇文成.供電技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]閻昆.樹狀配電線路并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償優(yōu)化規(guī)劃[J].2007.：2-4

[3]董杰.配電網(wǎng)無功規(guī)劃的研究[D].2007：1—3

[4]汪劍，游大海，徐天奇.基于改進(jìn)的Tabu搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化[J].26(6)，2005:2

[5]夏道止.電力系統(tǒng)分析[M].北京：中國電力出版社：2004：23-26

[6]文福栓，韓禎祥.基于Tabu 搜索方法的輸電系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃[J].27（5）