含小水电的配电网无功优化研究

任志强，赵启明

（1.浙江省电力公司培训中心，浙江建德311600；2.浙江省电力公司，杭州310007）

含小水电的配电网无功优化研究

任志强1，赵启明2

（1.浙江省电力公司培训中心，浙江建德311600；2.浙江省电力公司，杭州310007）

针对含小水电的线路上安装双向调压器（BSVR）后无功补偿容量难以合理确定的问题，提出了潮流方向判定准则以及考虑分接头调整影响的双向调压器等值模型重构，采用适应前推回代潮流算法的小水电数学模型，通过对遗传算法的改进，求出最优或较优的补偿方案。实例证明，该方法应用于含小水电配电网的无功优化计算是有效的。

双向调压器；小水电；无功优化；改进遗传算法

0 引言

浙江水利资源丰富，部分地区水电站较多,且以径流式水电站为主。丰水期时，小水电除满足线路用户用电需求外还通过变电站向主网输送电能。由于线路阻抗产生压降，必须将小水电的出口电压调到很高才能将电能送向主网，从而导致10 kV配电线路上低压用户的电压过高，经常烧坏用户用电设备；枯水期时，线路上低压用户所需电能主要由变电站提供，由于线路较长，故线路末端用户的电压又很低，不能满足用户用电质量要求。

为解决上述问题，通常采用双向调压器[1]来改善电压质量，但应用后对电压调节和无功补偿容量的优化配置将产生一定影响。本文主要对此进行分析，提出考虑上述影响的数学模型和算法。

1 含小水电的配电网无功优化

1.1 双向调压器及其数学模型

含小水电的线路调节电压时，潮流方向可能发生改变。普通变压器无法满足潮流方向发生变化的要求，而双向调压器则可以自动识别潮流方向，并通过跟踪输入电压的变化来自动调整三相有载分接开关的档位，保证输出电压稳定。

丰水期和枯水期安装双向调压器的效果如图1、图2所示。

双向调压器的数学模型如图3所示，在精确计算变压器参数时，选用变比k=U1/U2，其中U1和U2分别为变压器的一次、二次侧额定电压，但因含小水电线路的潮流方向不确定，故无法确定其一次侧。此时可将系统视为无穷大，电压基本保持稳定，故U1取双向调压器靠近变电站侧的额定电压（简称一次侧），U2取双向调压器另一侧额定电压（简称二次侧），其计算所得参数随变压器分接头调整而变化。

1.2 小水电数学模型

大部分小水电的输出功率不恒定，负荷也不恒定，所以负荷节点潮流方向可能出现变化，因此要求潮流计算能认别潮流方向。

对于小水电的节点类型，还没有统一的规定，一般当作PQ或PV节点来处理。本文认为小水电发出的无功功率随有功功率的改变而改变，故可将其视为PQ节点，发出功率时为负，吸收功率时为正，由此解决了潮流方向改变对前推回代潮流算法的影响。

1.3 含小水电的配电网无功优化目标函数

含小水电的配电网无功优化目标函数为：

式（2）中，Uimax和Uimin分别表示节点的电压上限、下限。

式（3）中，Qimax和Qimin分别表示无功出力的上限、下限。

1.4 含小水电的配电网无功优化约束条件

在配电网无功优化过程中，要考虑以下约束条件：

（1）潮流方程约束

（2）支路电流和节点电压约束

2 含小水电的配电网无功优化的改进遗传算法

2.1 染色体编码

编码的方式有很多，主要有二进制编码、十进制编码、实数编码等[2]。本文采用十进制编码方式，编码形式为：X＝[T1，T2，…│C1，C2，…]。

Ci为第i个补偿节点投切的电容器/电控器的容量，（-配变容量＜Ci＜配变容量，Ci∈Z）。

本文仅考虑变压器随器补偿，故染色体编码中不含补偿点位置信息。

2.2 产生初始种群

按照2.1提出的染色体编码及取值范围，随机生成初始种群。其中Ti的产生需要依据潮流方向判据来选择，潮流方向判据如式（7）所示，当其成立时取Ti为0至（总调节档位数-1）/2之间的整数，当其不成立时取其为-（总调节档位数-1）/ 2至0之间的整数。

式中：m为双向调压器安装位置之后用户及小水电的总数。

2.3 染色体的适应值[3]

适应值指导遗传算法的搜索方向，应保证其不为负。本文网络重构的目的是网损最小，所以用网损的倒数作为适应值。

因线路加装了双向调压器，会使线路电压发生变化，且调压器调压范围可达±20%，将对配电变压器的电容器实际补偿容量产生一定影响。

在计算染色体适应值时，需根据双向调压器分接头位置更新其等值模型，再计算配网网损。

2.4 较差个体单独成群[4]

优势种群的产生策略一般为：产生初始种群后，按照比例选择法淘汰适应度较差的个体，保留较好个体，但是这样可能会淘汰掉部分初始适应度不高的优势个体。为了保证遗传算法能够收敛到全局最优解，本文采用较差个体单独成群策略，即：在产生初始种群后，按照比例选择一部分优势个体成群，另将较差的10%个体单独成立1个种群进行优化，最后选择正常种群与新成立种群优化结果较好者。

2.5 遗传算法的基因操作

采用动态的交叉与变异操作。交叉是在1个染色体编码中随机选择1位与另1个染色体中对应位交换。变异是对染色体选定某一位进行变化，在2.1节中给定的变化范围中取值，在此过程中采用最优保留策略。交叉或变异结果为不可行解时，采用返回策略，重新进行操作。

基于改进遗传算法的含小水电配电网无功优化计算程序流程如图4所示。

3 算例分析

以浙江省景宁畲族自治县电力工业局某条含4个小水电站的10 kV线路为例，应用上述算法进行分析计算。

按上文中给出的方法对线路进行优化计算，取初始种群为60，初始交叉率为0.6，初始变异率为0.1。考虑到已经配置的自动投切无功补偿装置，本次计算只考虑线路补偿装置，以某一典型日数据为依据进行全年网损计算。优化补偿计算结果见表1、表2。

采用本文提出的遗传算法与传统遗传算法进行计算收敛性对比，结果如图5所示。由图可知，采用传统遗传算法时，计算结果大多在14~ 16代收敛。而采用本文算法，一般在12代以内收敛。同时本文所提出的方法在降低网损及合理确定补偿容量方面也具有一定优势。

4 结语

本文综述配电网无功优化的现状，考虑含水电线路为改善电压质量而采用双向调压器后对无功补偿的影响，提出了在优化过程中依据双向调压器分接头状态来调整等值模型，并计及电压变化对电容器实际提供补偿容量影响的计算方法。

本文算法已在浙江省景宁县电力工业局应用，实际应用和算例结果表明，配电网无功优化方法在含双向调压器线路上应用是有效的，能有效降低网损，提高运算效率。

[1]赵启明，任志强.全网无功优化补偿的建设及影响[J].农村电气化，2011（1）∶34-35.

[2]苏玲.电力系统无功优化算法综述[J].现代电力，2004，21（6）∶40-45.

[3]LEE K Y，BAI X，PARK Y M.Optimization Method for Reactive Power Planning by Using a Modified Simple Genetical Gorithm[J].IEEE Trans.on Power Systems，1995, 10（4）∶1843-1850.

[4]王秀云，任志强.用于降低网损的配电网络重构方法的研究[J].电力系统保护与控制，2008，19（10）∶21-24.

（本文编辑：龚皓）

Research on Reactive Power Optimization in Distribution Network with Small Hydro Power

REN Zhi-qiang1，ZHAO Qi-ming2
（1.Zhejiang Electric Power Corporation Training Centre，Jiande Zhejiang 311600，China；2.Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China）

As it is difficult to determine a reasonable reactive power compensation capacity after installing bidirection voltage regulator on line with small hydro power，this paper presents the power flow direction judgment criterion and the BSVR equivalent model considering tap adjustment effects，adopts power flow algorithm for small hydropower mathematical model.Based on the improvement of genetic algorithm，the optimal compensation scheme is developed The practice proves that this method is effective in reactive power optimization in distribution network with small hydro power.

BSVR；small hydro power；reactive power optimization；improved genetic algorithm

TM714

：A

：1007-1881（2012）10-0007-03

2012-02-22

任志强（1981-），男，河南新乡人，讲师，主要研究方向为配电自动化。