地区配电网多目标动态无功优化研究

2014-07-30曾敏

中国新技术新产品 2014年5期

曾敏

（国网四川省电力公司自贡供电公司，四川自贡 643000）

在地区配电网中进行系统多目标动态无功优化的主要目的是：通过一定的优化方式，对系统进行一定的优化调整，使系统在满足特定的约束条件的前提下，系统的多个指标工作于最优状态，主要的目标函数有：电容器的投切次数是否是最小值、变压器的分接头是否是最小值、无功补偿设备投资是否是最小值、系统的有功损耗是否是最小值、额定电压与电压之差是否是最小值、电压的质量是否达到了最优状态。本文就针对此予以简单分析。

一、地区配电网多目标动态无功优化中存在的问题

目前对于配电网多目标动态无功优化的研究主要集中在如何提高系统优化的计算速度、如何改善系统的收敛性上，很多优化计算方法都是在此基础上提出的，但是随着电力系统的快速发展，经济性、安全性的要求越来越高，对配电网无功优化的过程的约束条件的要求越来越严格，目前普遍使用的优化计算方法及应用软件中存在着下列问题：（1）没有结合电力系统实际工作中的控制，实际控制对无功优化的效果的因素是多种多样的，如系统的实际控制对变压器有载调压分接头的调整，而目前很多的优化方法主要的优化内容是对静态补偿电容的补偿值的调节；（2）运算过程非常繁复，要建立起有效的数学模型具有较大的难度，很多优化计算方法中，都忽略了配电网络中负荷的季节变化、日常变化等因素对优化计算结果的影响，只是单纯的考虑正常负荷、负荷低谷、负荷高峰等几种配电网络特定的运行方式来进行计算，与实际的多目标优化有一定的偏差；（3）在计算的过程中，为了简化计算，配电网络的负载阻抗、配变、线路阻抗等参数，通常被近似或忽略，在计算中不考虑这些参数，通常会造成优化计算中所得值，与实际值有很大的误差。

图1 配电网示意图

由于存在以上问题，因此在配电网多目标动态无功优化的研究中，首先应该建立起与实际情况相符的、精确的数学模型，在计算的过程中确定正确的多目标函数，确定出合理的无功补偿地点、电容器的投切组数、电源变压器的分接头位置、无功补偿电容器组的最小、最大补偿量等，下面介绍一种配电网多目标无功优化潮流算法。

二、地区配电网多目标动态无功优化的计算方法

在多目标优化潮流计算法中，目标函数一般用下式表示：

计算中的等式约束表示为下式：

上式中，u表示控制变量，例如变压器的有载调压分接头的位置等；x表示状态变量，例如节点电压等；y表示系统的输出矢量，例如支路电流等。

在传统的潮流计算时，要想得到一个满意的设定值是需反复计算的，通常采用不同的约束条件，计算所得的值往往是截然不同的，同时在计算的过程中，控制变量的值的确定，需要工程师根据经验来进行选择，包含了一定的不稳定影响因素，因此，根据地区配电网络的特点，提出了一种多目标无功优化潮流计算方法。

其主要的特点表现为：（1）借助单线图界面（2）系统设备属性包含于数据库中，数学建模十分方便（3）包含了多个目标函数，可以选中一个或多个目标函数进行计算，自行设定各个目标函数的比例；（4）控制变量能够自动的调节（5）可以提供各种不同的约束条件。该计算方法能够对系统中的各种控制设置进行自动的调节，实现对系统运行条件的优化，再通过计算，确保计算的结果符合不等式或等式的约束条件，最终得到有效的、可靠的系统优化分析结果。

表1 无并联补偿的情况下的潮流计算的结果

表2 优化潮流计算的计算结果1

表3 优化潮流计算的计算结果2

三、软件计算应用实例

配电网络多目标动态无功优化计算的过程中，所使用的软件应该能够提供图形化的用户界面，方便操作者设定系统的运行状态及系统中各个元件的参数，其潮流程序不仅要能够对电力系统进行潮流分析，还要实现配电网络的多目标优化。PowerStation软件是一种广泛应用于电力系统分析的软件，具有网络嵌套、完整的设备数据库、多维数据库等优点，能够在Windows操作平台进行操作，本次研究中选取利用PowerStation软件建立的单电源干线式开式网单线图作为实例进行分析，如图1所示。

1 确定出补偿地点及其容量最大值

配电网络线路无功优化时，通常会进行无功补偿，在计算时一般假定补偿的无功是在系统中均匀分布，这通常能够有效的降低系统的网损，但在实际运行过程中，无功并不能均匀的分布，并且该种补偿方法需要在线路上安装电容器组，增加了系统的投资成本，而且为系统的维护、操作带来了麻烦，因此，在本次实例优化中，选择在系统的配变低压侧来进行补偿，将补偿位置选择在用户配电变压器的低压侧和公用配电变压器侧，这两种变压器的负荷性质、容量等值都不相同，在每个补偿点所安装的电容器组的总容量的最大值选择与配电变压器的容量值相等，也就是说，如果是400KVA的配电，选择补偿电容器组时，最小的补偿量值为0，而最大的补偿量值为400kvar。