適用于分散式電網中無功功率最優調度的控制算法研究

譚昱霖 李磊

摘要：為了降低微電網系統發電過程中的系統損耗，提高功率傳輸效率。本文對各種無功系統調度目標進行了討論，采用了粒子群算法求解最優無功功率調度方案，并采用IEEE電網模型進行了仿真。仿真結果表明，采用此算法可以在有效時間內得到收斂的優化調度方案，為有效降低發電成本提供了參考意見。

關鍵詞：微電網；無功調度；粒子群算法

能源是現代社會和經濟發展的動力，隨著化石能源的枯竭與對環境的破壞效應，能源行業重心逐漸偏向于可再生資源利用與環境保護可持續發展的新能源。隨之伴生的便是微電網這種新型網絡結構的產生和發展。微電網可以對一定范圍內的分布式電源進行網絡化的綜合管理，實現能源利用的合理分配。

清潔可持續再生能源的大規模利用正在研究解決2個方面的重大科學技術問題：其一是低密度能量的大規模高效率的轉換為電能的技術，我國多部委也多次立項支持其研究；其二是分散的、隨機的電能量的安全傳輸與可靠使用，國內對風能發電接入電力系統后帶來的運行控制問題研究已經有多年的歷史[1]。

無功功率是交流系統中的一種具有重要用途的現象。由于電網主要阻抗大都是無功阻抗，有功功率輸電在各個節點之間存在一個電壓相角差，同時無功功率輸電需要在多個節點之間選擇合適的電壓差。因此，選擇合適的無功輸電有助于提高局部輸電線路的效率，減小有功損耗。

1.最優無功功率調度目標

最優無功功率調度通常被視作為最優潮流的一部分，通常來說，在多個節點的電源模型中，最優潮流設計為最小化有功功率損耗，也可以根據生產實際需要選擇其它模式，典型的目標函數如下。

（1）有功功率損耗最小化

有功功率損耗（Ploss）最小化的目標函數公式為

式中，Vi，δi分別為節點i的電壓幅值和相角，gk為節點間輸電線路k的電導率，n為節點的個數。

（2）電壓偏差最小化

電壓偏差最小化目標函數定義為

式中Vk為節點k的電壓幅值，Vk為節點k的目標電壓幅值，n為節點的個數。

（3）多目標函數

最小化的目標函數可以根據生產需要，有復數個單目標函數與權重因子的組合得到。多目標函數公式如下

式中Wi為目標函數的權重因子，Tari為目標函數i，n為考慮問題中目標函數的個數。

2.約束條件

在無功功率調度過程中，約束條件分為兩個部分，其中一部分是有功潮流與無功潮流平衡，另一部分則是系統的極限能力。

（1）潮流方程

4.算例分析

在一個具有10個電源節點和35個消納節點的系統上測試配置的算法，將測試目標簡單設定為求電網全局有功最大化，對該問題執行復數次以觀察該算法的性能可以得到如圖1所示的收斂特性，根據收斂特性可知，這個算法可以在較快的迭代次數內即得到收斂的結果，也即是在對設備的算力沒有特殊要求。

5.結語

本文所提供的一種算法可以在算力有限的情況下，快速求解節點不甚多的多節點電力系統無功功率調度最優解的方案。根據該算法對算例的收斂特性分析，其結果表明本文方法具有較高的可行性。

參考文獻

[1] Q/GDW- 2012.分散式風電接入電網技術規定.北京：中國電力科學研究院新能源研究所.2012

[2]W.ongsakul and P.Jirapong，”Calculation of total transfer capability by evolutionary program m ing，”In proceedings of IEEE Region 10 Conference（TENCON2004），pp.492-495，2004