分布式電源接入下配電網電壓無功控制效果研究

李煒聰

摘 要：本文對電壓無功調節裝置進行了闡述，以最高節點電壓合格率為目標，對電壓優化數學模型進行構建，并與配電網運行中變化情況相結合，選擇收斂性較好的遺傳算法對分布式電源接入配電網電壓無功控制進行分析與求解，并提出結論，以供參考。

關鍵詞：分布式電源；配電網；電壓無功控制

一、電壓無功調節裝置

1.靜止無功補償器SVC

現階段，靜止無功補償器具有廣泛運用，其構成部分包括晶閘管控制的投切電抗器與并聯電容器，具體如圖1所示。

根據圖1，基于晶閘管導通角的控制，來對并聯電抗器的感性無功補償量進行控制，如此一來，接入點的可控快速連續無功調節就得以是吸納。據此，在電力系統中運用SVC，可以提高動態沖擊負荷無功調節的效率與穩定性，基于對負荷變化的分析，SVC能夠對無功補償量進行快速調節，進而使母線電壓穩定性得到提升。

2.自動調壓器SVR

SVR屬于三相自耦式變壓器，能夠對輸入電壓變化進行跟蹤，使輸出電壓保持穩定，該設備調節輸入電壓的范圍為20%，主要是對調壓系統加以控制，進而實現對有載調壓的控制。此外，SVR具有較大容量，但損耗并不高，能夠可靠的調節有載分接頭開關檔位，并且可以精確調整電壓，能夠使有載調壓過程中SVR動作的可靠性得到保障。

二、電壓優化數學模型

對于節點電壓而言，分布式電源接入配電網產生的影響是比較大的，因此，應將相關電壓無功調節裝置與配電網相接，基于對有載調壓變壓器分接頭、靜止無功補償器的無功出力和并聯電容器的投切組數的調整，提高其運行的安全性。為了使配電網有功損耗得到最大限度的控制，提高節點電壓合格率，本文對其目標函數及約束條件進行分析，并表示如下：

1.目標函數

[Fmin=Ploss+λi=1nUirf-UiUimax-Uimin] （1）

根據上式，Uirf表示第i個節點的電壓目標值；Ui表示第i個節點電壓；λ表示電壓越界罰因子；Uimin和Uimax則分別表示第i個節點電壓的最小值與最大值；N表示配電網節點數。

2.約束條件

電壓無功優化的約束條件涉及到兩個方面，即等式約束條件與不等式約束條件，前者對于負荷節點的無功功率具有平衡約束的作用，表示如下：

[Qi=Uii=1nUj（Gijsinδij-Bijcosδij）] （2）

根據上式，節點i的注入無功功率由Qi表示；節點i與節點i之間的電導為Gij；Bij表示的是節點i與節點j之間的電納；δij則表示節點i與j之間的相角差；節點j的電壓則是Uj。

不等式約束條件則又分為兩個部分，即控制變量與狀態變量，其中有載調壓變壓器檔位約束、節點電壓約束、電容器補償容量約束以及靜止無功補償器無功約束分別如（3）、（4）、（5）式表示表示為：

[tmin≤t≤tmax] （3）

[0≤Qci≤Qcimax] （4）

[-QLmax≤QiSVC≤QCmax] （5）

（3）式中：tmin、tmax分別表示有載調壓變壓器的最小值與最大值。

（4）式中：Qci表示節點i電容器投入容量、Qcimax則表示最大容量。

（5）式中：QiSVC表示靜止無功補償器發出的容性無功功率；QCmax表示靜止無功補償器能夠發出的最大容性無功，QLmax表示的則是最大感性無功。

三、算例仿真

本文以某含分布式電源的配電網為例，對電壓無功控制進行分析，其結構圖與系統線路參數、并聯電容器與靜止無功補償器容量分別如圖2所示。

根據圖，配電網第2、4、6、8、10、12節點安裝并聯電容器，第20節點則對靜止無功補償器并聯。假設將光伏發電作為配電網接入的分布式電源。光照強度會影響到光伏發電輸出功率，如下圖為某日光伏電源容量系數特性曲線。

而該日配網的負荷變化曲線則如下所示。

根據上述圖表，本文對遺傳算法加以運用進行求解，該方法在收斂性方面具有突出優勢，具體涉及到編碼、保留最優個體、懲罰因子自適應調整、交叉操作、變異運算等流程，受限于篇幅，本文不做詳盡闡述。根據計算結果，得出結論：根據無功優化裝置組合的不同，配網電壓得到不同程度的改善。然而，在分布式電源處理與負荷水平變化的情況下，部分組合方案與配網電壓要求并不相符；其次，與配網要求電壓相符合的優化方案，還需要對無功優化裝置的經濟性問題予以考慮，如此才能夠使組合方案最優化，最大限度的改善配網運行效果。

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