配电网无功优化的方法和应用

]。3.1.2风力发电机输出功率场景划分在一般情况下，风机输出功率的随机性主要原因为其安装点风速具有很大的不确定性。在对于风速归纳规则实施剖析探究的时候，很多学者广泛以为风速顺从这两个参变量的Weibull布设：（3-1）其中，v代表风速，c代表尺度参变量，代表某个区域的平均风速，k代表形状参变量，代表风速的布设特点，c与k能够经过实际测定这个区域的风速并且选用极小二乘法求出。关于风力发电机而言，其导出功率的场景区分应当先确认它差别运转形态的几率，至于风电机组的三类运转形态产生的几率能够参照对风速几率布设求积分来获得。（1）如果风电机组运转在额定的运转形态下，那么风速的范畴是，这个时候风机的有功出力为，对于风速几率布设实施求积能够获得风机运转在额定形态下的几率是：（3-2）（2）如果风电机组运转在欠额定运转形态下，那么风速的范畴是，这个时候风机的有功出力范畴是，对于风速几率布设实施求积能够获得风机运转在欠额定形态下的几率是：（3-3）（3）如果风电机组运转在停机形态下，那么风速的范畴是或，这个时候风机的有功出力P=0，对于风速几率布设实施求积能够获得风机运转在停机形态下的几率是：（3-4）在确认风机在各类运转形态下的几率之后，此文把风机的额定、欠额定和停机这三种运转方式依次划为场景一、二、三，及具有平均意义的综合了三种场景的全场景。另外，因为普通配电网体系的地区范畴极小，体系中各类结点的风速接近，所以，能够以为归入配网的全部风机均会运转在相同的形态下。3.2含风电机组的配电网单目标无功优化3.2.1单目标无功优化模型（1）潮流方程约束条件控制变量不等式约束条件为：（3-5）式中表示第i个电容组投切无功容量，、分别表示第i个电容组投切无功容量的上、下限值，M表示配电系统所有的无功补偿节点数。形态变量的不等式束缚要求是：（3-6）其中，代表结点i的结点电压，、依次代表结点i的结点电压的极小、极大值，N代表配电网全部的结点数。（2）单目标无功优化目标函数对于系统节点电压越限情况，本文将采用惩罚因子的形式进行处理。因此，第k个场景下无功优化目标函数可以表示为：（3-7）在全场景模式下，建立的无功优化目标函数为：（3-8）式中，为第k个场景发生的概率，表示第k个场景无功优化目标函数，为系统总的场景数。3.2.2配电网单目标无功优化图3-1以ISMDE算法为基础的包含风电机组配电网的单目标类无功改良框图选用以ISMDE算法为基础对于包含风电机组的配电网实施无功改良的时候，应当先去确认选用风机的参变量，涵盖风速、配电网网络拓扑架构参变量、改良差分进化算法调控参变量等一系列相关部分；之后确认各个场景出现的几率与差别场景下风机的有功出力，使用前推回推法确认体系的有功网损和结点电压的越界值；接着选用此文改良的差分进化算法去核算种群适宜值方差、确认交叉几率，对于种群实施变异、交互操纵；最终评测实验个体和目标个体适宜值来形成子代个体。详细的无功改良过程在图3-1展示。3.2.3算例分析在母线节点18、22、33各并入一台风力发电机，风电机组的切入风速、额定风速、切出风速仍分别为3m/s、12m/s、21m/s，并且风速顺从Weibull布设，尺度参变量和形状参变量依次选c=7.5347，k=1.9104，对应场景一、二、三发生的概率分别为0.1258、0.7963、0.0779，风机在这三种场景下发出的有功功率分别为0.6MW、0.3MW、0MW。并联无功补偿电容器的母线节点为8、12、17、26、30、32，每个节点电容总容量为500Kvar，分10组投切，单组电容器容量为50Kvar。种群规模为30，迭代次数为100代，ISMDE算法缩放因子F=0.7，交叉概率因子取值分别为CRl=0.7，CR2=0.2，CR3=0.5。IEEE33母线配电系统并入风机与电容器组后网络拓扑结构如图3-2所示。图3-2并入风机与电容器组的IEEE33母线配电网结构图想要检验ISMDE算法在处理包含风电机组的配电网有关无功改良难题的时候是否有效，本文在场景一下分别采用ISMDE进化算法、DE进化算法、PSO优化算法、PSO-w优化算法、及PSO-cf优化算法对上述含风电的IEEE33母线配电网系统进行无功优化。表3-1列出了五类改良算法的无功改良成果，表内的迭代次数应当确保前后两回迭代的有功网损差值小于等于1W，核算的时间其实就是单独反复核算20次的时间均值。表3-1五种优化算法场景一下无功优化结果优化算法电容组投切方案网损/kW平均节点电压/p.u.电压合格率/%迭代次数计算时间/SISMDE8（4），12（3），17（4），26（8）30（10），32（7）143.81.006852100135.19938DE8（6），12（2），17（4），26（6），30（10），32（7）143.91.0062181005310.25792PSO8（4），12（3），17（4），26（6）.30（10），32（8）143.91.006576100845.76207PSO-w8（4），12（3），17（4），26（8），30（10），32（7）143.81.006852100465.59302PSO-cf8（4），12（3），17（4）.26（8），30（10），32（7）143.81.006852100395.6376注：表内的电容组投切方案这一栏，括号外代表结点号，括号内代表对照的结点电容器投切的组数。由表3-1可知，五种优化算法优化后得到的系统有功网络损耗几乎等于平均节点电压，优化后系统各节点电压水平均能满足要求。ISMDE算法在迭代次数和计算时间上均小于其他算法，说明ISMDE算法在优化风电配电网无功功率时可以加快计算速度，减少计算时间。在检验计算方法的性能之后，此文把ISMDE这一算法依次使用在场景一、二、三与全场景下实施无功方面的改良。经过改良这一算法，获得各类场景下电容器组的投切计划在表3-2展示，各类场景下差别的计划有关无功改良的成果在表3-3展示。表3-2各场景下电容器组投切方案场景电容器组投切方案方案场景一8（4）、12（3）、17（4）、26（8）、30（10）、32（7）方案一场景二8（4）、12（4）、17（2）、26（9）、30（10）、32（6）方案二场景三8（5）、12（3）、17（3）、26（8）、30（10）、32（7）方案三全场景8（4）、12（4）、17（2）、26（10）、30（10）、32（6）方案四表3-3各场景下不同方案无功优化结果方案场景网损/KW平均节点电压/p.u.不合格节点数方案一场景一143.71.0068520场景二1641.0029440场景三203.10.9963810全场景167.4…0方案二场景一144.51.0049850场景二163.41.0013450场景三202.80.9947250全场景166.9…0方案三场景一143.81.0062680场景二1671.002460场景三202.80.9958770全场景167…0方案四场景一144.41.0055140场景二163.51.0018350场景三202.80.9952260场景四166.9…0通过分析表3-2与表3-3，能够发现，在这四类场景下，电容器投切的组数不相上下，至于每类电容器的投切计划对照的四类场景，在场景一的体系中，有功网损均极小，体系的电压水准同样极佳，原因是这种场景下风电机组的有功出力极大，对于体系结点电压的支持实力极强。另外，因为风电机组的出力具有随意特性，所以，对于某类场景下的改良计划未必就适宜别的场景，比如表3-3内选用在方案2中，当方案1中实施电容组切换方案时，与方案1相比，会造成系统有功功率损失较大，降低系统节点电压水平。在某些情况下，甚至会引起系统节点电压的严重升高或降低，从而影响电网的安全稳定运行。在全场景下，无功改良其实就是将各类可能的场景进行综合的一类平均计划，在此类场景下改良获得的计划也许并非某类场景的最佳选择，不过一定是可以考虑到各类风机出力的总体性的最佳选择。在场景一、二、三下，优化前和采用ISMDE算法优化后配电网系统节点电压幅值比较如图3-3—4-5所示。图3-3场景一下优化前后节点电压幅值比较图3-4场景二下优化前后节点电压幅值比较图3-5场景三下优化前后节点电压幅值比较从图3-3和图3-5可以看出，采用ISMDE算法进行优化后，有效地提高了整个系统节点的电压幅值，提高了系统电压水平。特别是风力机并网节点、电容器组节点及其周围节点的电压幅值显著增大。

结语本文分析了无功功率及无功功率补偿的计算，并对计算结果进行了具体分析。电力系统中无功功率是否平衡，直接影响电压的质量。为保证电压质量，满足用户的用电要求，系统中必须有充足的无功电源备用。当系统中的无功功率大于（或不能满足）无功负荷的需要时，必须对无功功率的输出进行调整，采用电压调节措施调整负荷侧电压，提高电压偏移量。在电压调整的过程中，不可忽视无功功率的平衡。

参考文献[1]贾春凤.电压无功综合控制装置的硬件设计[J].机电一体化，2014，03：63-66.[2]王旭冉，郭庆来，孙宏斌，王彬，张明晔，张伯明.考虑快速动态无功补偿的二级电压控制[J].电力系统自动化，2015，02：53-60.[3]谢欢，吴涛，赵亚清，蓝海波，刘海涛，刘辉.计及动态无功控制影响的风电汇集地区高电压脱网原因分析[J].电力系统自动化，2015，04：19-25.[4]赵亚清，刘青，谢欢，吴涛，蓝海波，梁玉枝.考虑源网协调的风电场动态无功补偿装置控制策略[J].电力自动化设备，2015，08：118-123.[5]陈柏超，宋继明，周攀，倪向萍，张亚迪，袁佳歆.基于MCR和MSVC的220kV变电站多电压等级无功电压综合控制[J].电工技术学报，2015，16：230-237.[6]苏文博，于洲春，徐志恒，孙士民，尹逊竟，赵庆春.变电站10kV系统电压无功综合控制装置的研制[J].电网技术，2013，11：72-74.[7]王磊，黄纯，郭上华，曹国剑.基于模糊控制理论的变电站电压无功综合控制装置的设计[J].继电器，2013，08：40-42.[8]陈惠粉，乔颖，闵勇，张毅威.风电场动静态无功补偿协调控制策略[J].电网技术，2013，01：248-254.[9]钱霞，程新功.基于ARM的时变限值无功补偿控制器的设计与实现[J].电网技术，2013，02：460-465.[10]王成福，梁军，孙宏斌，杨福.风电场混合无功功率补偿系统及其控制策略研究[J].电机与控制学报，2013，05：38-44.[11]段俊东，王永超.配电网降压变电站电压无功综合控制措施的研究[J].煤矿机电，2013，05：25-28.[12]王伟，徐殿国，王琦，汤奕，陈永华.大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略[J].电力系统自动化，2013，22：8-14.[13]袁志昌，柳勇军，黎小林，许树楷.兼顾阻尼抑制和电压支撑的动态无功补偿装置控制方法[J].电力自动化设备，2013，10：74-78.[14]祁林阁，李勇，戚庆茹，吴军，柯丽娜，段国泉.考虑动态无功补偿装置的改进五区图无功控制方法研究[J].陕西电力，2014，02：5-10.[15]董萍，徐良德，刘明波.多站点无功补偿装置的多目标协调控制[J].中国电机工程学报，2014，04：587-595.[16]黄纯，彭建春，江辉，左辰.谐波滤波、电压、无功综合控制装置的研制[J].电网技术，2013，03：50-52.[17]胡治国,杨俊强,王允建,付子义.静止无功发生器控制算法优化设计[J].测控技术,2016,05：61-65.[18]胡治国,杨俊强,张国澎,付子义.静止无功发生器电流环控制系统优化设计[J].世界科技研究与发展,2016,03：609-612.[19]张贞艳,仲伟松.6kV大功率静止无功发生器的设计[J].电网与清洁能源,2016,04：12-16.[20]崔玮玮,韦钰,陈宇晨,王凯,刘昱彤.基于IPM的静止无功发生器硬件电路设计[J].产业与科技论坛,2015,03：52-53.[21]李佳佳,史丽萍.中压静止无功发生器的总体设计[J].中国科技论文,2015,11：1316-1319.[22]刘胜军,郭亚成,乔红军,陈占群.SVG静止无功发生器的设计与实现[J].中国电业（技术版）,2015,06：4-7.[23]赵国鹏,韩民晓.基于电流环相位裕度和补偿特性的静止无功发生器低通滤波器与调节器参数设计方法[J].电工技术学报,2015,18：147-156.

致谢本论文是在老师的谆谆教诲和指导下完成的，从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；导师渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。这次写论文的经历也会使我终身受益，我感受到，做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程