于 海

引言

保障電網運行更加經濟安全，目前已成為我國電力科學領域的一項重要研究課題[1]。楊蕾等[2]提出了基于無功優(yōu)化模型的新能源無功調節(jié)方案，能夠得到較穩(wěn)定的電壓值。劉夢依等[3]構建了一種基于粒子群優(yōu)化網絡的風電場出力預測曲線，最終從模擬結果看出，引入分布式電源后，可以保證配電網運行的穩(wěn)定性。本文利用改進灰色關聯(lián)算法，設計一種配電網無功優(yōu)化方法。

一、配電網三相不平衡無功優(yōu)化方法設計

當光伏電源接入配電網中，為了保證配電網的電壓可以滿足正常的供電電壓，采用并聯(lián)電容器的方法對分布式光伏配電網進行有功補償，分布式光伏配電網的功率在（0.9～1.0）范圍內變化[4]。經過迭代處理后，利用下式使得有功功率可以達到0.9的無功補償容量：

上式中，代表含分布式光伏電源的功率因素。將其代入到下式，求出配電網的無功功率補償量：

基于上述對含分布式電源的配電網潮流計算的方法，進行潮流計算實現(xiàn)過程描述，具體步驟為：

Step1：進行配網結構解析，把網絡的參量轉化成標準的數(shù)值，對節(jié)點進行編碼，設置根結點0；

Step2：判定有沒有其他類型的功率分配，若有，按照初始狀態(tài)或最后一次反向運算的結果，計算出分配功率，并把它作為 PQ節(jié)點[5]。若沒有，就可以進行下一階段的工作；

Step3：對每個節(jié)點進行能量的統(tǒng)計，比如光伏電源，分布式電源，并聯(lián)電容器等，或把結果輸入到節(jié)點中，計算出有功功率；

Step4：按最后一步的基準電壓，或是最后一步循環(huán)時的電壓值、終端功率進行推算，直至完成最后一步可以回到初始狀態(tài)；

Step5：按首端電壓、前推得到的前端電源進行回代運算，然后再進行各節(jié)點電壓的分配，直至返回終端；

Step6：重復迭代過程+1，判定該循環(huán)過程中的節(jié)點電壓與前一次循環(huán)時的電壓之差是否低于該標準值，如果低于該值，執(zhí)行Step8，如果超過該值，執(zhí)行Step7；

Step7：通過環(huán)狀網絡或 PV節(jié)點的阻抗矩陣，計算出環(huán)斷點處的有功功率，對PV節(jié)點無功功率進行校正，然后進行Step2～Step6；

Step8：完成了含分布式光伏配電網潮流的計算，得出相應結果。

根據(jù)配電網輸出的無功功率，計算出分布式光伏配電網的無功補償量，結合潮流計算的代碼開發(fā)，計算了含分布式光伏配電網潮流。

采用改進灰色關聯(lián)算法對含分布式光伏配電網進行三相不平衡無功優(yōu)化，其流程如圖1所示。

圖1 配電網三相不平衡無功優(yōu)化算法流程

根據(jù)含分布式光伏配電網三相不平衡無功優(yōu)化算法，得到了實現(xiàn)步驟，即：

Step1：輸入相應的配電網三相不平衡無功信息，包含光伏電源信息和配電網各節(jié)點信息，輸入控制變量，灰色關聯(lián)系數(shù)，關系維度，學習因子；

Step3：將結果帶入目標函數(shù)中，滿足守恒定量，由此判斷灰色關聯(lián)關系群組之間的關聯(lián)關系，并對其進行優(yōu)化，獲取全局最優(yōu)值；

Step4：計算灰色關聯(lián)系數(shù)的適應度函數(shù)和適應度比例，由此判斷灰色關系群組的聚集狀態(tài)；

Step5：若灰色關聯(lián)群組結構過于密集，則可擴張系數(shù)，使改進灰色關聯(lián)算法得到全局最優(yōu)值；若過于分散，則可提高全局的搜索能力，達到最終的優(yōu)化目的；

Step7：根據(jù)結果判斷最終的迭代次數(shù)N，滿足條件則結束優(yōu)化過程，否則跳到Step3重新進行操作。

利用改進灰色關聯(lián)算法設計了配電網三相不平衡無功優(yōu)化算法，實現(xiàn)光伏配電網的無功優(yōu)化。

二、算例分析

為了驗證文中無功優(yōu)化方法在實際應用中的性能，本文以IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網作為算例，首先在保證配電線路參數(shù)一定的條件下，連接兩個光伏電源DG1和DG2、兩個電容器C1和C2、調壓變壓器T，將節(jié)點1看作是平衡節(jié)點，節(jié)點2和節(jié)點13看作是PV節(jié)點，除此之外的其他節(jié)點看作PQ節(jié)點，IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網結構圖如圖2所示。

圖2 IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網結構圖

假設分布式光伏電源DG1和DG2可以為配電網提供無功補償，有功的出力為2MW，無功出力在-11～500kvar之間，用于無功補償?shù)碾娙萜鰿1和C2容量分別為200kvar＊3和200kvar＊5。將變壓器的電壓比設置在0.8～1.4之間，步進量和上下檔位設置為0.013和±10。

采用基于改進灰色關聯(lián)算法的含分布式光伏配電網三相不平衡無功優(yōu)化方法對IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網進行無功優(yōu)化，優(yōu)化前后的對比結果如表1所示。

表1 IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網無功優(yōu)化前后的控制變量參數(shù)

表1的結果顯示，文中方法對IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網進行無功優(yōu)化之后，可以保證配電網的安全穩(wěn)定運行。

為了突出文中方法的優(yōu)勢，引入含高比例風光新能源電網的優(yōu)化方法和計及風光出力相關性的優(yōu)化方法作對比，得到優(yōu)化前后節(jié)點的電壓幅值情況，結果如圖3所示。

圖3 節(jié)點電壓對比圖

根據(jù)圖3的結果可知，計及風光出力相關性的優(yōu)化方法和文中方法的電壓幅值提高幅度較大，可有效避免電壓越限的發(fā)生，且文中方法對IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網的無功優(yōu)化效果更好。

采用三種方法優(yōu)化配電網的無功功率時，經過100次迭代之后，得到最終的優(yōu)化結果，如表2所示。

表2 無功優(yōu)化結果

從表2的結果可知，與含高比例風光新能源電網的優(yōu)化方法和計及風光出力相關性的優(yōu)化方法相比，文中方法對IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網進行無功優(yōu)化之后，網損下降率高達16.46%，且計算速度也是最優(yōu)的。

在上述實驗結果的基礎上，對三種優(yōu)化方法的收斂性進行了測試，結果如圖4所示。

圖4 收斂性曲線

圖4的結果顯示，對IEEE3節(jié)點分布式光伏配電網進行無功優(yōu)化時，經過30次迭代就進入收斂狀態(tài)，則文中無功優(yōu)化方法的優(yōu)化效果更好。

結束語

在改進灰色關聯(lián)算法的基礎上，針對光伏配電網提出一種無功優(yōu)化方法，網損下降率高達16.46%，經過30次迭代就進入收斂狀態(tài)，可以更好地優(yōu)化避免電壓越限，保證配電網穩(wěn)定運行。