多供電指標約束下配電網節能降損技術研究

張保健，張桂婷，連 貫

（國網天津武清供電公司，天津301700）

0 引言

在配電網節能供電技術發展中，傳統的配電網節能降損方法主要有基于阻抗特征增益調節的配電網節能降損控制方法、基于三相并網特征分析的配電網節能降損方法、基于輸出頻率參數分析的配電網節能降損方法等，因為傳統方法的自適應性較差，所以減損輸出增益不高。為了提高配電網節能降損能力，不少專家學者進行了研究。文獻[1]通過構建多供電指標約束下配電網節能降損控制模型，分析配電網節能降損的約束指標參數，采用多功率控制和多維參數指標控制方法，建立配電網節能降損的聯合控制模型，結合對配電網的穩態工況特征分析，構建負荷節能降損需求的配電網優化組網模型，滿足配電網的動態交互控制能力，提高配電網輸出功率增益的穩態性。文獻[2]在對配電網節能降損穩態特征參數分析的基礎上，構建配電網節能降損的節能規劃參數分析模型，通過單輸入單輸出的電能參數以及電能質量分析，進行配電網的節能控制。雖然這些研究成果在應用中也有效果，但總是存在一些缺陷。基于此，本文提出了多供電指標約束下配電網節能降損技術。此技術采用奈奎斯特穩定判據方法，構建配電網節能降損控制的聯合穩態參數分析模型，根據網側電感的輸出增益調節，結合頻率特性曲線分析技術，實現對配電網節能降損分析和優化控制。測試結果顯示，本文所提方法對配電網節能降損控制的節能性較好，輸出穩態性較強。

1 配電網節能降損控制約束指標及其對象模型

1.1 指標參數分析

為實現多供電指標約束下配電網節能降損，需要構建配電網節能降損控制約束指標參數分析模型，以諧振峰附近相頻特性、阻抗特性以及諧振參數等為約束指標系數，采用多約束指標聯合控制方法進行配電網節能降損控制對象模型設計，構建功率放大模塊、諧振控制模塊、穩態控制模塊等，再以主流三相并網參數、阻抗參數、幅值相位、鎖相環、功率幅值等為二級指標參數[3]，所得到的配電網節能降損控制約束指標參數結構如圖1所示。

圖1 配電網節能降損控制約束指標參數結構

采用奈奎斯特穩定判據方法，構建配電網節能降損控制的聯合穩態參數分析模型[4]，得到的網側諧波電壓穩態增益為

其中，W為配電網節能降損控制的電壓穩態系數，Z為網側諧波參量，L為聯合穩態增量。

在單位功率因數工況下，在明確初判穩定前提下，在欠阻尼穩定、負阻尼失穩的狀態下，得到負阻尼失穩參量[5]。約束指標參數動態分量為

其中，a為約束指標。

采用多目標優化方法，建立配電網節能降損的穩定模糊動態值為

其中，A為配電網節能降損的穩定模糊系數。

根據穩定性再判環節比較阻尼，得到配電網節能降損控制的二自由度特征量滿足式（4）。

根據上述分析，采用多約束指標聯合控制方法進行配電網節能降損控制對象模型設計。

1.2 配電網節能降損控制對象模型

根據臨界穩定性特征分析方法，得到配電網節能降損控制的三階統計參數為

其中，ωij為三階特征量，在Logisticsc映射下，得到配電網節能降損控制的收斂條件滿足式（6）。

若C（x）＜0，則可壓縮Navier-Stokes方程三階梯度分布模型為

其中，η為配電網節能降損控制分布系數，若C（x）=0，則得到配電網節能降損控制的穩定性快速初判特征量為

其中，Q為配電網節能降損控制的約束分量，β為穩定性快速初判系數。

采用時滯分量約束和功率增益調節方法，構建配電網節能降損控制對象模型[6]，得到配電網節能降損的融合特征量為

其中，u為配電網節能降損的融合系數。

在穩定性再判環節下，得到的Middlebrook判據為

在并網系統諧波諧振阻尼控制下，配電網節能降損的自導納與互導納為?i∈Ss，?s∈S，配電網節能降損的相位穩定裕度展開式為

其中，b為配電網節能降損的相位參量。

采用并網系統諧波諧振阻尼識別方法，構建優化配電網節能降損約束特征解f（x），配電網節能降損控制的聯合特征分量為?x1，x2∈R，由此可得到式（12）

采用幅頻特性曲線峰值響應分析方法，得到的配電網節能降損控制等效電路如圖2所示。

圖2 配電網節能降損控制等效電路

在二階振蕩環節，配電網節能降損控制的模糊狀態參數滿足f（x2）＜f（x1），得到

根據幅頻特性曲線峰值分布，得到N配電網節能降損控制的三階自相關特征量f（x）為嚴格凸函數。

2 配電網節能降損控制優化

2.1 配電網節能降損等效控制增益調節

根據濾波電感右側的并網點分布，所得到的N配電網節能降損控制的振蕩特性提取輸出滿足式（14）。

根據阻感分量慣性參數滿足?ζ∈?ζ（x），采用多項式階次融合方法，得到阻網側集總電感為

f（x）為嚴格凸函數，由此構建配電網節能降損的穩定性等效控制模型。根據網側電感的輸出增益調節[7]，結合頻率特性曲線分析技術，實現對配電網節能降損分析和對配電網節能降損控制的增益調節，得到配電網節能降損控制的狀態初始值x0為

λ∈（0，1），由于f（x2）＞f（x1），f（x）是配電網的節能降損的三階自相關嚴格凸函數，則有

其中，m為三階自相關系數。

采用聯合穩定性判決，構建配電網節能降損控制的電感等效分析模型，得到配電網節能降損的動態誤差調節參數為

由于x1-x0=（l-0）（x1-x0）/λ，采用負阻尼失穩調節，得到配電網節能降損的層級迭代結果為

其中，M為阻尼系數。

根據上述分析，基于概率密度特征分析和功率增益調節方法，構建配電網節能降損控制的模糊動態增益控制函數為

采用多供電指標參數約束，得到配電網節能降損控制的適定概率分布為

其中，B為配電網節能降損控制的多供電指標參數。

在邊界?Ω的鄰域內，通過概率密度尋優，得到配電網節能降損等效控制增益調節模型[8-10]。

2.2 配電網節能降損最優約束解

建立多供電指標約束下配電網節能降損的尋優方程，根據最優約束解向量分析，實現多供電指標約束下配電網節能降損。多供電指標約束下配電網的慣性參數滿足A（x）＞0，則

其中，Φ（t）為配電網的慣性函數。

采用多約束指標聯合特征分析的方法，得到電網節能降損的平衡點為

其中，σ1為電網節能降損的臨界點，σ2為電網節能降損的振蕩點，N為節能供電約束。

采用并網系統初判穩定分析方法，得到供電指標約束下配電網節能降損的控制優化解為

配電網節能降損控制的穩定性充分條件為

建立多供電指標約束下配電網節能降損的尋優方程，根據最優約束解向量分析[11-13]，實現多供電指標約束下配電網節能降損，得到的動態解析方程為

根據上述算法設計，實現節能降損算法優化的流程如圖3所示。

圖3 節能降損算法優化實現流程

3 實驗測試分析

通過仿真測試驗證本文方法在實現配電網節能降損中的應用性能。設定配電網節能降損的并網系統導納為12 mL，曲線幅頻特性諧振參數為0.34，電網阻抗感性分量為415 μH，負阻尼發散系數為0.31。根據這些參數設定，得到的電能損耗系數檢測結果如圖4所示。

圖4 電能損耗系數

由圖4可知，采用本文方法能有效實現對配電網的節能降損，降低了電能開銷。相比傳統方法，多供電指標約束下配電網節能降損方法下的輸出穩定性較好，節能降損輸出增益較大，提高了配電網的節能控制能力。

4 結束語

近年來，隨著全球經濟放緩，能源危機的出現以及環境保護要求的日益提高，加上電力深化改革的繼續推進，使得電力行業及電力企業的發展面臨著新形勢和新挑戰。配電網節能降損工作是一項復雜而艱巨的工程，涉及的不確定因素很多，不少專家和學者都在進行不懈的研究。為了提高配電網的節能控制能力，我們僅針對傳統配電網節能降損技術存在的一些缺陷，以諧振峰附近相頻特性、阻抗特性以及諧振參數等為約束指標系數，采用多約束指標聯合控制方法構建配電網節能降損控制對象模型；根據臨界穩定性特征分析，建立配電網節能降損控制的聯合決策變量，構建配電網節能降損的穩定性等效控制模型；根據網側電感的輸出增益調節，結合頻率特性曲線技術，建立多供電指標約束下配電網節能降損的尋優方程，根據最優約束解向量分析，實現多供電指標約束下配電網節能降損。實驗測試結果表明，多供電指標約束下配電網節能降損技術實現了對配電網節能降損的優化控制，使配電網節能降損控制的節能性更好，輸出穩定性更強。未來的路還很長，配電網的節能降損相關技術研究還需要深入下去，本文所提出的多供電指標約束下配電網節能降損技術方法也有不足之處，希望同行多提意見及建議，進一步完善此技術，使其更好地服務于電力行業及電力企業。