電力電子變壓器在有源配電網無功優化中的應用

馬勇

[摘要]盡量減少配電網內節點電壓的誤差，屬于配電網運轉的基本內容。為嚴格管理節點電壓，有助于電力電子變壓器（簡稱PET）經過對其一次側與二次側PET的PWM，優化器一次側與二次側潮流的方式并進行處理。由此，建立了含分布式電力、儲能部件與電力電子裝置在內的有源供電網無功完善模型，并利用粒子群完善算法加以計算。

[關鍵詞]電力電子變壓器；配電網；PWM；無功優化

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0115 - 02

1 PET中有源供電系統無功優化模型

1.1

PET的基本原理及結構

PET是一種帶有電力電子裝置且經過高頻變壓器完成磁耦合的變電裝置，使用電力電子轉變技術與高頻變壓器完成電網內的電壓轉換與能量傳輸。其基本原理見圖1。

1.2 目標函數

針對配電系統的無功優化情況，其目標是盡量降低網損，而且促使全部節點電壓存在的誤差在標準的范圍內，因此目標函數是：其中，PL_oss為配電系統的損耗；A是懲罰因子，用作管理節點電壓在標準范圍內。如果節點電壓大于其上限或是小于下限值時，懲罰相就會變得很大。

AV_im=V_imax - V_imin

（3）

因此，節點電壓降會被限定于式（4）表示的范圍中，進而能確保節點電壓性能符合規范的要求。

V_imin≤V_i≤V_imax。

（4）式（1）內的PL_oss用式（5）進行求解：式（2） -式（5）內：n是節點的數量；V_i，V_imax與V_imin分別是節點i的電壓、電壓最高值與電壓最低值；G，B_ij與δ_ij分別是節點i與節點j中的電導、電納和相位角。

1. 3 約束條件

無功優化現象，要求符合如下約束條件。

①部節點的有功功率與無功功率均衡約束，以公式表示是：其中，V_i與V_j是節點i與節點j的電壓；P_i與Q_i是注入節點i上有功功率與無功功率。

②針對不含PET的有源配電系統，一般使用開斷電容組與調試有載調壓裝置分接頭來嚴格管理電壓，其管理變量要符合：

其中，C_k為k個電容器組中電容大小；T_i是第i個變壓器分接頭部位。

2 粒子群優化的流程

粒子群優化求解的步驟見下述所示。①初始化：提供粒子群算法的初始數據，包含給出D維內m個粒子的隨機早期速度與位置。②評估粒子：求解m個粒子的適應度值。③創新最后：對各個粒子，將之目前適應度值和歷史最優位置相應的適應度值對比，若目前的適應度值更大，那么把目前位置創新歷史最優位置[2]。對各個粒子，將之目前適應度值和全局最優位置相應的目標值對比，若目前的適應度值更高，那么把目前位置創新歷史最優位置。

3 虛擬計算

3.1 沒有無功優化時

根據上述講解的變壓器變化與內部電損的假設，在穩定負荷條件下，帶有載調壓裝置配電系統的潮流運算結果與PET是一樣的。全部的節點電壓均在標準范圍內，可是每個節點電壓的改變情況各部相同，節點30與節點31的電壓誤差要超過其他節點。另外，由潮流計算結果獲得優化之處的全網網損值是41. 1325kW。

3.2 帶有載變壓器的供電系統無功優化虛擬結果

優化后全部節點的電壓誤差要低于優化前，二者之間的最高誤差降低高達24%。這時，系統引進無功補償的電容器容量是320kvar。通過潮流計算結果不難發現，網損降低到30.4395kW，無功功率降低了26%。

4 結語

通過上述研究，獲得以下幾點結論：①創建了包含風電、儲能設備、電力電子裝置的有源供電網的無功優化系統，將網損最低視為無功優化的根本函數，并兼顧了各項運作玉樹，利用粒子群算法展開計算。②在穩定負荷條件下，分別對于電力電子變壓器與有載調壓裝置兩種現象進行虛擬。虛擬結果顯示，在穩定負載條件下，含電力電子裝置的有源供電網的網損會小于帶有載調壓裝置的有源供電網，且全部節點電壓誤差會小于后者。所以，電力電子裝置具備橫好的電壓管理性能。③因為電力電子裝置可以產生與吸取無功功率，因此，在有源供電網內不用安裝無功補償用電容器組，同時，通過管理PWM的調節參數來管理無功公路，該種管理方式更加靈活且便捷。

參考文獻：

[1]周廷冬，徐永海，呂曉慧，基于MMC的配電網電力電子變壓器接地設計及故障特性分析[ J/OL].電網技術，2017，（07）：1-9，11 -2.

[2]張祥龍，周暉，肖智宏，等，電力電子變壓器在有源配電網無功優化中的應用[J].電力系統保護與控制，2017，45（ 04）：80 - 85.