电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用

马勇

[摘要]尽量减少配电网内节点电压的误差，属于配电网运转的基本内容。为严格管理节点电压，有助于电力电子变压器（简称PET）经过对其一次侧与二次侧PET的PWM，优化器一次侧与二次侧潮流的方式并进行处理。由此，建立了含分布式电力、储能部件与电力电子装置在内的有源供电网无功完善模型，并利用粒子群完善算法加以计算。

[关键词]电力电子变压器；配电网；PWM；无功优化

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0115 - 02

1 PET中有源供电系统无功优化模型

1.1

PET的基本原理及结构

PET是一种带有电力电子装置且经过高频变压器完成磁耦合的变电装置，使用电力电子转变技术与高频变压器完成电网内的电压转换与能量传输。其基本原理见图1。

1.2 目标函数

针对配电系统的无功优化情况，其目标是尽量降低网损，而且促使全部节点电压存在的误差在标准的范围内，因此目标函数是：其中，PL_oss为配电系统的损耗；A是惩罚因子，用作管理节点电压在标准范围内。如果节点电压大于其上限或是小于下限值时，惩罚相就会变得很大。

AV_im=V_imax - V_imin

（3）

因此，节点电压降会被限定于式（4）表示的范围中，进而能确保节点电压性能符合规范的要求。

V_imin≤V_i≤V_imax。

（4）式（1）内的PL_oss用式（5）进行求解：式（2） -式（5）内：n是节点的数量；V_i，V_imax与V_imin分别是节点i的电压、电压最高值与电压最低值；G，B_ij与δ_ij分别是节点i与节点j中的电导、电纳和相位角。

1. 3 约束条件

无功优化现象，要求符合如下约束条件。

①部节点的有功功率与无功功率均衡约束，以公式表示是：其中，V_i与V_j是节点i与节点j的电压；P_i与Q_i是注入节点i上有功功率与无功功率。

②针对不含PET的有源配电系统，一般使用开断电容组与调试有载调压装置分接头来严格管理电压，其管理变量要符合：

其中，C_k为k个电容器组中电容大小；T_i是第i个变压器分接头部位。

2 粒子群优化的流程

粒子群优化求解的步骤见下述所示。①初始化：提供粒子群算法的初始数据，包含给出D维内m个粒子的随机早期速度与位置。②评估粒子：求解m个粒子的适应度值。③创新最后：对各个粒子，将之目前适应度值和历史最优位置相应的适应度值对比，若目前的适应度值更大，那么把目前位置创新历史最优位置[2]。对各个粒子，将之目前适应度值和全局最优位置相应的目标值对比，若目前的适应度值更高，那么把目前位置创新历史最优位置。

3 虚拟计算

3.1 没有无功优化时

根据上述讲解的变压器变化与内部电损的假设，在稳定负荷条件下，带有载调压装置配电系统的潮流运算结果与PET是一样的。全部的节点电压均在标准范围内，可是每个节点电压的改变情况各部相同，节点30与节点31的电压误差要超过其他节点。另外，由潮流计算结果获得优化之处的全网网损值是41. 1325kW。

3.2 带有载变压器的供电系统无功优化虚拟结果

优化后全部节点的电压误差要低于优化前，二者之间的最高误差降低高达24%。这时，系统引进无功补偿的电容器容量是320kvar。通过潮流计算结果不难发现，网损降低到30.4395kW，无功功率降低了26%。

4 结语

通过上述研究，获得以下几点结论：①创建了包含风电、储能设备、电力电子装置的有源供电网的无功优化系统，将网损最低视为无功优化的根本函数，并兼顾了各项运作玉树，利用粒子群算法展开计算。②在稳定负荷条件下，分别对于电力电子变压器与有载调压装置两种现象进行虚拟。虚拟结果显示，在稳定负载条件下，含电力电子装置的有源供电网的网损会小于带有载调压装置的有源供电网，且全部节点电压误差会小于后者。所以，电力电子装置具备横好的电压管理性能。③因为电力电子装置可以产生与吸取無功功率，因此，在有源供电网内不用安装无功补偿用电容器组，同时，通过管理PWM的调节参数来管理无功公路，该种管理方式更加灵活且便捷。

参考文献：

[1]周廷冬，徐永海，吕晓慧，基于MMC的配电网电力电子变压器接地设计及故障特性分析[ J/OL].电网技术，2017，（07）：1-9，11 -2.

[2]张祥龙，周晖，肖智宏，等，电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用[J].电力系统保护与控制，2017，45（ 04）：80 - 85.