地區配電網多目標動態無功優化研究

曾 敏

（國網四川省電力公司自貢供電公司，四川 自貢 643000）

在地區配電網中進行系統多目標動態無功優化的主要目的是：通過一定的優化方式，對系統進行一定的優化調整，使系統在滿足特定的約束條件的前提下，系統的多個指標工作于最優狀態，主要的目標函數有：電容器的投切次數是否是最小值、變壓器的分接頭是否是最小值、無功補償設備投資是否是最小值、系統的有功損耗是否是最小值、額定電壓與電壓之差是否是最小值、電壓的質量是否達到了最優狀態。本文就針對此予以簡單分析。

一、地區配電網多目標動態無功優化中存在的問題

目前對于配電網多目標動態無功優化的研究主要集中在如何提高系統優化的計算速度、如何改善系統的收斂性上，很多優化計算方法都是在此基礎上提出的，但是隨著電力系統的快速發展，經濟性、安全性的要求越來越高，對配電網無功優化的過程的約束條件的要求越來越嚴格，目前普遍使用的優化計算方法及應用軟件中存在著下列問題：（1）沒有結合電力系統實際工作中的控制，實際控制對無功優化的效果的因素是多種多樣的，如系統的實際控制對變壓器有載調壓分接頭的調整，而目前很多的優化方法主要的優化內容是對靜態補償電容的補償值的調節；（2）運算過程非常繁復，要建立起有效的數學模型具有較大的難度，很多優化計算方法中，都忽略了配電網絡中負荷的季節變化、日常變化等因素對優化計算結果的影響，只是單純的考慮正常負荷、負荷低谷、負荷高峰等幾種配電網絡特定的運行方式來進行計算，與實際的多目標優化有一定的偏差；（3）在計算的過程中，為了簡化計算，配電網絡的負載阻抗、配變、線路阻抗等參數，通常被近似或忽略，在計算中不考慮這些參數，通常會造成優化計算中所得值，與實際值有很大的誤差。

圖1 配電網示意圖

由于存在以上問題，因此在配電網多目標動態無功優化的研究中，首先應該建立起與實際情況相符的、精確的數學模型，在計算的過程中確定正確的多目標函數，確定出合理的無功補償地點、電容器的投切組數、電源變壓器的分接頭位置、無功補償電容器組的最小、最大補償量等，下面介紹一種配電網多目標無功優化潮流算法。

二、地區配電網多目標動態無功優化的計算方法

在多目標優化潮流計算法中，目標函數一般用下式表示：

計算中的等式約束表示為下式：

上式中，u表示控制變量，例如變壓器的有載調壓分接頭的位置等；x表示狀態變量，例如節點電壓等；y表示系統的輸出矢量，例如支路電流等。

在傳統的潮流計算時，要想得到一個滿意的設定值是需反復計算的，通常采用不同的約束條件，計算所得的值往往是截然不同的，同時在計算的過程中，控制變量的值的確定，需要工程師根據經驗來進行選擇，包含了一定的不穩定影響因素，因此，根據地區配電網絡的特點，提出了一種多目標無功優化潮流計算方法。

其主要的特點表現為：（1）借助單線圖界面（2）系統設備屬性包含于數據庫中，數學建模十分方便（3）包含了多個目標函數，可以選中一個或多個目標函數進行計算，自行設定各個目標函數的比例；（4）控制變量能夠自動的調節（5）可以提供各種不同的約束條件。該計算方法能夠對系統中的各種控制設置進行自動的調節，實現對系統運行條件的優化，再通過計算，確保計算的結果符合不等式或等式的約束條件，最終得到有效的、可靠的系統優化分析結果。

表1 無并聯補償的情況下的潮流計算的結果

表2 優化潮流計算的計算結果1

表3 優化潮流計算的計算結果2

三、軟件計算應用實例

配電網絡多目標動態無功優化計算的過程中，所使用的軟件應該能夠提供圖形化的用戶界面，方便操作者設定系統的運行狀態及系統中各個元件的參數，其潮流程序不僅要能夠對電力系統進行潮流分析，還要實現配電網絡的多目標優化。PowerStation軟件是一種廣泛應用于電力系統分析的軟件，具有網絡嵌套、完整的設備數據庫、多維數據庫等優點，能夠在Windows操作平臺進行操作，本次研究中選取利用PowerStation軟件建立的單電源干線式開式網單線圖作為實例進行分析，如圖1所示。

1 確定出補償地點及其容量最大值

配電網絡線路無功優化時，通常會進行無功補償，在計算時一般假定補償的無功是在系統中均勻分布，這通常能夠有效的降低系統的網損，但在實際運行過程中，無功并不能均勻的分布，并且該種補償方法需要在線路上安裝電容器組，增加了系統的投資成本，而且為系統的維護、操作帶來了麻煩，因此，在本次實例優化中，選擇在系統的配變低壓側來進行補償，將補償位置選擇在用戶配電變壓器的低壓側和公用配電變壓器側，這兩種變壓器的負荷性質、容量等值都不相同，在每個補償點所安裝的電容器組的總容量的最大值選擇與配電變壓器的容量值相等，也就是說，如果是400KVA的配電，選擇補償電容器組時，最小的補償量值為0，而最大的補償量值為400kvar。

2 確定出系統的約束條件極其優化目標

本次研究中的優化目標為，圖1中Linel以下的所有元件的補償容量值最小、無功損耗值最小、有功損耗值最小。

本次研究中所選擇的約束條件，需要滿足平衡等式約束條件，并且需要滿足這樣幾點條件：（1）變壓器的分接頭的約束條件為，T1變壓器低壓側電壓可以進行調節，同時變壓器的變比需滿足的條件為（2）補償容量約束表示為（3） 母 線 電 壓 約 束 表 示 為：

3 進行優化計算

在PowerStation軟件中按下優化潮流的按鈕，開始進行優化計算，查看相應的計算報告得到支路的潮流信息及相關的優化措施，如果無法滿足相應的約束條件，可以對某些量值進行調整，重新計算得到計算結果。

在沒有并聯補償電容的情況下，運用常規的潮流計算方法進行計算，所得計算結果如表1所示。

由上表中可以看出各個支路上具有較大的電壓降落值，支路上的損耗是比較大的。

采用并聯補償電容及帶負荷調節分接頭之后，采用優化潮流計算法計算結果如表2：

從表2中的計算結果可以看出各個母線的電壓值的降落得到了有效的減少，其值處于約束條件之內，有效的減少了支路的損耗。

將有載調壓分接頭LTC的值設置為215%，然后采用相應的優化計算方法進行計算，計算結果如表3所示。

通過對以上的計算結果進行分析，采用PowerStation軟件優化潮流計算程序，能夠很好的解決補償點及補償量的計算問題，并且變壓器的調節分接頭對于無功補償容量具有較大的影響，將PowerStation軟件優化潮流計算應用于動態無功優化中，具有很好的優化效果。

結語

本文在對多目標動態無功優化發展現狀進行分析的基礎上，對其優化計算方法進行了簡單分析，并提出了將系統控制與PowerStation優化潮流程序結合起來的優化計算方法，并應用實例進行驗證，實驗表明，該計算方法能夠起到很好的優化效果。

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