基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法

2023-12-14于海

消费电子 2023年11期

于海

引言

保障电网运行更加经济安全，目前已成为我国电力科学领域的一项重要研究课题[1]。杨蕾等[2]提出了基于无功优化模型的新能源无功调节方案，能够得到较稳定的电压值。刘梦依等[3]构建了一种基于粒子群优化网络的风电场出力预测曲线，最终从模拟结果看出，引入分布式电源后，可以保证配电网运行的稳定性。本文利用改进灰色关联算法，设计一种配电网无功优化方法。

一、配电网三相不平衡无功优化方法设计

当光伏电源接入配电网中，为了保证配电网的电压可以满足正常的供电电压，采用并联电容器的方法对分布式光伏配电网进行有功补偿，分布式光伏配电网的功率在（0.9～1.0）范围内变化[4]。经过迭代处理后，利用下式使得有功功率可以达到0.9的无功补偿容量：

上式中，代表含分布式光伏电源的功率因素。将其代入到下式，求出配电网的无功功率补偿量：

基于上述对含分布式电源的配电网潮流计算的方法，进行潮流计算实现过程描述，具体步骤为：

Step1：进行配网结构解析，把网络的参量转化成标准的数值，对节点进行编码，设置根结点0；

Step2：判定有没有其他类型的功率分配，若有，按照初始状态或最后一次反向运算的结果，计算出分配功率，并把它作为 PQ节点[5]。若没有，就可以进行下一阶段的工作；

Step3：对每个节点进行能量的统计，比如光伏电源，分布式电源，并联电容器等，或把结果输入到节点中，计算出有功功率；

Step4：按最后一步的基准电压，或是最后一步循环时的电压值、终端功率进行推算，直至完成最后一步可以回到初始状态；

Step5：按首端电压、前推得到的前端电源进行回代运算，然后再进行各节点电压的分配，直至返回终端；

Step6：重复迭代过程+1，判定该循环过程中的节点电压与前一次循环时的电压之差是否低于该标准值，如果低于该值，执行Step8，如果超过该值，执行Step7；

Step7：通过环状网络或 PV节点的阻抗矩阵，计算出环断点处的有功功率，对PV节点无功功率进行校正，然后进行Step2～Step6；

Step8：完成了含分布式光伏配电网潮流的计算，得出相应结果。

根据配电网输出的无功功率，计算出分布式光伏配电网的无功补偿量，结合潮流计算的代码开发，计算了含分布式光伏配电网潮流。

采用改进灰色关联算法对含分布式光伏配电网进行三相不平衡无功优化，其流程如图1所示。

图1 配电网三相不平衡无功优化算法流程

根据含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化算法，得到了实现步骤，即：

Step1：输入相应的配电网三相不平衡无功信息，包含光伏电源信息和配电网各节点信息，输入控制变量，灰色关联系数，关系维度，学习因子；

Step3：将结果带入目标函数中，满足守恒定量，由此判断灰色关联关系群组之间的关联关系，并对其进行优化，获取全局最优值；

Step4：计算灰色关联系数的适应度函数和适应度比例，由此判断灰色关系群组的聚集状态；

Step5：若灰色关联群组结构过于密集，则可扩张系数，使改进灰色关联算法得到全局最优值；若过于分散，则可提高全局的搜索能力，达到最终的优化目的；

Step7：根据结果判断最终的迭代次数N，满足条件则结束优化过程，否则跳到Step3重新进行操作。

利用改进灰色关联算法设计了配电网三相不平衡无功优化算法，实现光伏配电网的无功优化。

二、算例分析

为了验证文中无功优化方法在实际应用中的性能，本文以IEEE3节点分布式光伏配电网作为算例，首先在保证配电线路参数一定的条件下，连接两个光伏电源DG1和DG2、两个电容器C1和C2、调压变压器T，将节点1看作是平衡节点，节点2和节点13看作是PV节点，除此之外的其他节点看作PQ节点，IEEE3节点分布式光伏配电网结构图如图2所示。