關(guān)于分布式電源并網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)度的研究

向盼 張歡歡

摘 要：隨著智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展，加快了分布式電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用程度，給從而不同程度地影響了原來的系統(tǒng)運行狀態(tài)。因此，有效發(fā)揮分布式電源的輔助性作用與無功優(yōu)化的調(diào)度策略已成為當前電網(wǎng)運行優(yōu)化控制的熱點話題。本文基于分布式電源并網(wǎng)的控制特點，建立以降低區(qū)域電網(wǎng)的損耗、遏制電壓變化為目標的模糊動態(tài)式無功優(yōu)化的調(diào)度模型。采用改進算法得到無功優(yōu)化的調(diào)度策略。

關(guān)鍵詞：分布式電源；并網(wǎng)運行；動態(tài)無功優(yōu)化；調(diào)度數(shù)學模型

不同的分布式電源并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在正常運行期間會對原系統(tǒng)造成一定的技術(shù)問題。例如：分接頭與電容器發(fā)生振蕩，或電壓發(fā)生波動等。本文把分布式電源劃分兩種類型，即無功補償式與電壓控制式，有效發(fā)揮電源的功能，結(jié)合了以往的電壓控制方法，通過建立相應(yīng)的數(shù)學模型的形式，提出了分布式電源并網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)度的方法。

一、數(shù)學模型

（一）和無功優(yōu)化調(diào)度相關(guān)的DG

第一，電壓控制式（PV）DG。這種DG在并網(wǎng)運行期間，可以等值成PV節(jié)點，主要借助對勵磁電壓的調(diào)節(jié)，達到對DG側(cè)電壓參與區(qū)域電網(wǎng)中動態(tài)無功的優(yōu)化調(diào)度的控制，通常指的是電壓控制式逆變設(shè)備并網(wǎng)的DG，例如：小水電、微小的燃氣輪機、電壓式逆變器并網(wǎng)的光伏電力系統(tǒng)等。第二，無功補償式（CPQ）DG。這種DG在并網(wǎng)運行期間，可以視為PQ節(jié)點，一般借助對DG無功輸出或者功率因數(shù)的控制，達到對無功出力參與電網(wǎng)動態(tài)無功的優(yōu)化調(diào)度的控制。通常指的是電流式逆變器并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)等。

（二）目標函數(shù)

第一，可對分布式電源的電網(wǎng)其動態(tài)無功的調(diào)度方法劃為不同的優(yōu)化周期N，再對各周期進行再次劃分，成為不同的階段，最后針對各階段加以優(yōu)化。定義這個研究系統(tǒng)的第N階段的控制變量狀態(tài)為Xn，則有

其中，UQmDG（n）表示第n階段第m個DG的輸出量；Tapr（n）代表第n階段第r個變電器其分接頭的方位；Ck（n）代表第n階段第k個電容器的運行狀態(tài)。本文主要從網(wǎng)損與電壓變化方面評價動態(tài)無功的優(yōu)化調(diào)度方法的效果，通過建立相應(yīng)的隸屬度的函數(shù)，把目標值進行轉(zhuǎn)化，成為對此目標滿意度的評價。第一，網(wǎng)損函數(shù)。網(wǎng)損指的是區(qū)域電網(wǎng)運行優(yōu)化的關(guān)鍵性經(jīng)濟指標，借助有效的無功電壓的控制方法，能確保節(jié)點處的電壓質(zhì)量，同時，降低功率傳輸過程的有功損耗。第二，電壓變化函數(shù)。在一個優(yōu)化調(diào)度的周期中，因DG負荷與出力屬于變量，難免存在電壓的波動。分析目前運行模式下DG的出力情況對節(jié)點處電壓帶來的影響，按照電壓最大的波動值，實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)電壓波動的模糊性評估。

二、算法求解

（一）遺傳操作

因為交叉點處對交叉性的操作產(chǎn)生較大影響，本文應(yīng)用了均勻交叉方法。并且，為控制變異率、交叉率選擇的錯誤，提升算法的效率，堅持二者存在最佳組合的思路進行選擇，能夠不同程度地優(yōu)化求解質(zhì)量。

（二）權(quán)重系數(shù)的設(shè)定

此次的遺傳算法里，隸屬度的函數(shù)為適應(yīng)度的函數(shù)對個體優(yōu)劣情況進行評價。其優(yōu)化目標主要分為兩個子目標，在計算中必須選擇合理的權(quán)重系數(shù)。本文應(yīng)用自適應(yīng)的權(quán)重法，歸一處理總目標。

隸屬度值；優(yōu)化策略相應(yīng)的網(wǎng)損共隸屬度值越大、電壓變化的隸屬度值越大，總指標F則會越大，表明優(yōu)化策略具有極大的滿意度，取得明顯的效果。

三、算例分析

本文應(yīng)用某個微小區(qū)域電力系統(tǒng)進行仿真計算，精簡后的等值圖參見下圖：

節(jié)點4接通DG，依次以PV式DG與PQ式DG的形式并連在此區(qū)域的電網(wǎng)中，展開了一系列的計算；6/35kV的有載調(diào)壓的變壓器分接頭7檔，電壓是35±3 X 2.5% kV； 6/lO kV有載調(diào)壓的變壓器，分接頭9檔，電壓是10±4 X 2.5% kV；而節(jié)點6并聯(lián)的電容設(shè)備分4組進行投切，各組的容量是0.3 Mvar；如果優(yōu)化的周期是一天，則可以將周期平均劃分24個時間段。電容器在一個調(diào)度周期中最大程度的允許動作為十次，變壓器在一個調(diào)度周期中最大允許的動作也是十次，負荷節(jié)點電壓數(shù)一般取（0.95，1.05）區(qū)間，發(fā)電機的節(jié)點電壓取（0.9，1.1）區(qū)間。通過改進遺傳的算法，求出區(qū)域電網(wǎng)的動態(tài)無功的優(yōu)化調(diào)度方法。

實際上，DG參與區(qū)域電網(wǎng)其動態(tài)無功的優(yōu)化調(diào)度具有較大的提升。從上表了解到：優(yōu)化以前，在DG負荷與出力持續(xù)變化、在優(yōu)化周期中控制設(shè)備動作次數(shù)的條件下，電容器C1、C4、6/10kV的變壓器其動作次數(shù)皆得到最大程度的限制。DG參與區(qū)域電網(wǎng)無功優(yōu)化的調(diào)度，其控制設(shè)備的動作次數(shù)有了顯著降低，特別PV式DG參與無功優(yōu)化的調(diào)度，變壓器的分接頭與電容器組沒有發(fā)生振蕩。因此，有效發(fā)揮了DG電壓的無功調(diào)節(jié)作用，對于延長控制設(shè)備的應(yīng)用壽命，提升電網(wǎng)運行的的經(jīng)濟性具有重要意義。

四、結(jié)語

總之，分布式的電源并網(wǎng)在正常運行中會給原系統(tǒng)帶來較大影響，本文按照這種并網(wǎng)的控制特點，結(jié)合了以往的電壓無功控制方法，建立了以控制電網(wǎng)電壓變化與網(wǎng)損為最終目標的動態(tài)式的數(shù)學模型，通過相應(yīng)算法分時段解出調(diào)度的方法。通過實踐表明，網(wǎng)損得到有效地控制，控制設(shè)備震蕩、電壓越限的現(xiàn)象有了較大的改善，特別提升了電壓控制式DG參與區(qū)域電網(wǎng)的動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)節(jié)水平，極大地發(fā)揮了分布式電源的作用，促進電網(wǎng)性能更加經(jīng)濟、安全。