针对含分布式电源的配网无功补偿方法研究

2018-11-19李重香

通信电源技术 2018年10期

关键词：分布式发电补偿

李重香

（皋兰县城郊供电公司，甘肃皋兰 730200）

1 分布式发电的基本概述

1.1 基本内涵

分布式发电是含分布式电源的地区配网的接入表现形式，即在一定区域内规划基于发电设备的多形式电能生产，满足区域大规模配电用电需求。

通常，分布式电源设置在用电负荷集中和发电设施附近位置，配置时需将此能源的规模纳入计算之中。鉴于分布式电源接近电力用户，多选择小型模块发电设备形式，既可集成在大型分布式发电电源之上，也可独立使用，且容量在50 mW以下。为满足大规模区域供电需求，当前我国多采用集中式供电与分布式供电混合形式。而随着发电技术的不断发展，小型的分布式发电设备应用日益广泛，可借鉴传统电力系统优势，为可再生能源的有效利用创造新的发展路径[1]。

1.2 基本特征

（1）地区配网供电多采用含分布式电源的配网设备，该设备建设工期较短，且投资较少，多使用风能、太阳能与水能等可再生能源，环境污染可能性小且成本低廉，可实现大规模供电。

（2）接近电力用户，输电路径短且输电简单，不会出现太大损耗，通常分布式电源均可靠近用户侧实现直接供电，无需花费大量资金建设高压输电线路。

（3）污染小，且与环境的相容性强。当前，含分布式电源的设备包括诸多可再生能源发电设备，如太阳能发电机、水利发电站等。这些发电设备少有污染排放且发电噪声小，实现分布式发电系统较好的环境相容性和对能源供应压力的有效缓解。

（4）分布式发电系统可联网运行，提供全面的远程支持且具备一定的补充价值，可减缓整个系统的供电压力。当前，分布式发电系统的改造大多围绕可再生能源展开，如地热、水利、风力、光伏与生物质能发电等。当然，燃料发电与蓄电池储能两种相对传统的发电配电方式同样有重要使用。

分布式发电系统拥有的交流系统供电网络如图1所示。同时，它也具备直流系统供电网络，选用哪一种类型要结合配网地区的实际情况、建设成本以及电磁干扰等因素。从图1可以看出，分布式发电系统的控制中心负责监控整个供电系统的主要工作情况，如电源发电情况、负荷用电情况与电压频率等。

图1 分布式发电系统的基本结构示意图

2 含分布式电源配网的无功优化基本思路

随着城市建设规模的逐渐增大，分布式电源已被广泛应用于地区电力系统之中。在实际应用过程中，对含分布式电源的地区配网开展无功补偿属于关键环节。考虑到地方电网系统与分布式电源互相存在影响，当分布式电源接入到传统电网后，电网潮流分布运行方式会发生变化，对系统造成消极与积极双重影响。其中，积极影响指它能够有效改善系统运行方式，确保电网运行足够安全稳定。具体有如下几点：（1）在分布式电源接入后，地区配网的峰值与负荷调整变得更加灵活，有效加大电力系统的备用容量；（2）考虑到分布式电源建设投入较大，采用该种措施可在一定程度上减少某些不必要的发电站建设工程，节约电厂建设投资费用；（3）通过将分布式电源安装在接近负荷的位置，可降低传输网络损耗，解决偏远山区供电困难问题[2]。

3 含分布式电源的地区配网潮流计算

在含分布式电源配网实施的的潮流计算主要采用牛顿—拉夫逊法，可有效求解以潮流形式表示的非线性方程式组。首先，利用牛顿法潮流计算地区配网所有节点，选取最高电压顶点，并选择合理平衡节点，将该平衡节点与其他节点电压相位进行参考对比，结合电网网络拓扑结构生成导纳矩阵，分别计算含分布式电源地区配网的基本电阻、电纳与电抗，最终赋予节点电压初值，将电压初值代入修正方程式矩阵，计算出修正节点电压向量。

在上述计算分析中，所提到的节点类型中含有PQ节点，PQ节点分别围绕有功功率P和无功功率Q展开，进而通过节点电压V明确未知相位，形成PV节点。通常，该类节点不与发电设备相匹配，其发电功率计为0。若发现发电功率不为0，则表示系统中区域配电的送出功率在一定时间内固定且电网发电量较大，此时为该区域的发电潮流计算设置PQ节点，保证区域配网输电的绝大部分节点皆围绕PQ节点展开。

4 含分布式电源的地区配网无功补偿优化方法与算例分析

4.1 建立无功补偿优化基本流程

地区配网中分布式电源多围绕PQ节点展开，实际上是对PV节点的处理，可基于风机发电和水利发电两种形式研究含分布式电源的地区配网无功补偿优化方法。针对含分布式电源配网的输电无功补偿优化流程如下：

（1）围绕区域电网节点数据、发电机数据以及支路数据展开分析，并将这些数据全部输入到matlab表格；

（2）结合电网电压分析无功、变压器分接头等相关约束条件，建立初始种群；

（3）计算各种群中每一个体对应的网损值，找出其中最小的网损值，对其进行赋值并得出Gbest；

（4）设置初始进化代数为0，建立网络模型，构建区域配网输电的无功补偿优化邻接矩阵；

（5）为上述模型加入随机化条件，保证模型邻域拓扑结构的绝对完整；

（6）开展量子进化算法计算，分析其中的量子旋转门，找出旋转门中可能存在的全部干扰交叉项，并结合这些交叉项进行个体更新分析；

（7）围绕新的种群开展计算，计算出群体中每一个体的网损值，并与之前的Gbest进行对比分析，若Gbest值更小，则要为其重新赋值。

（8）计算得出迭代结果，同时设定迭代次数，若迭代没有完成需要重新进行无功补偿优化邻接矩阵的建立，直至计算得出输出结果方能结束整个程序。

4.2 算例简析

结合算例进行实证分析，对地区配网输电的无功补偿效果开展优化。某地区配网拥有190个节点、200条线路和2个平衡节点，还配置有52个无功补偿节点、60台变压器与5台风机，采用风机无功补偿方式对其进行优化，并按照风机额定功率配合PQ节点进行电能输出。

在计算中，针对电网系统实施35次无功补偿优化算法，获得仿真结果，进而得出最优解节点分布，如图2所示。

图2 无功补偿优化最优解节点分布图

对于节点数据，主要分析其数据降损率与标幺值。可以考虑将分布式电源从地区配网电网中去掉，然后运用无功补偿优化算法进行35次的无功优化仿真计算，计算得出分布节点的平均值为0.088 3 pu，证明分布式电源对区域配网的有功损耗影响较大[3]。

考虑对不同节点实施无功补偿优化，需要控制风机出力的变量数据，特别是对发电机的节点电压、无功补偿总量与变压器分接头电源档位等进行深度分析。如将风机与地区配网相连接，并建立含分布式电源的无功优化补偿模型，则可运用无功补偿优化算法对所辖地区的无功补偿优化电能进行仿真计算，但获得的计算结果具有实效性，且需保证所有算法指标皆与算法相匹配，满足计算规则与结果要求。在对算法进行优化后，平均降损率最大可达55.9%，表明该算法具备较强的全局寻优能力，对区域内电压质量与网损的降低控制效果显著，无功补偿效果与收敛稳定性良好，可提高电网的电能输送质量。