地區電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的研究

第36卷云南電力技術(shù)Vol. 36 No. 62008年12月YUNNAN ELECTRIC POWERDec. 2008地區電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的研究，馬力(云南電網(wǎng)公司大理供電局，云南大理671000)摘要:按照電壓等級和實(shí)際調節方法的不同，運用PSD-OPP電壓無(wú)功優(yōu)化軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化計算。關(guān)鍵詞:無(wú)功優(yōu)化九區 圖PSD-OPF遣傳算法風(fēng)電機組中圖分類(lèi)號: TM7文獻標識碼: B文章編號: 1006 -7345 (2008) 06 -0016 -031前言壓變壓器和并聯(lián)補償電容器的基本調節規律是:通過(guò)對電力系統進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化配置和調度,變壓器分接頭上調(或下調)后, U變大(或變不僅可以維持電壓水平，而且可以降低有功網(wǎng)損小進(jìn)線(xiàn)功率因素cosp變小(或變大),一般調.和無(wú)功網(wǎng)損，使電力系統能夠更安全經(jīng)濟運行。節分接頭對無(wú)功影響不大;投入(或切除)電容傳統的九區圖優(yōu)化模式為實(shí)際調度運行工作提供器后，Q變小(或變大) U變大(或變小),了最簡(jiǎn)潔有效的優(yōu)化方法，但其缺乏動(dòng)態(tài)控制策cosp變大(或變小)。針對九區圖控制策略中比略，面對電壓無(wú)功同時(shí)偏高(偏低)的特殊情況較嚴重的情況是無(wú)功、電壓都偏高(第三區)和下不易控制的。遺傳算法作為一種簡(jiǎn)單有效的組無(wú)功、電壓都偏低(第七區)兩種情況，而在實(shí)合優(yōu)化算法，其收斂速度和全局最優(yōu)搜索能力將際電力系統運行過(guò)程當中又是經(jīng)常出現的，比如更適用于電力系統無(wú)功優(yōu)化領(lǐng)域的理論研究和實(shí)電源密集地區容易導致無(wú)功電壓偏高，而電網(wǎng)末際應用。面對新型的間歇性能源一風(fēng)力發(fā)電,端或者負荷密集地區容易導致無(wú)功、電壓均偏低。風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出具有很強的隨機性，風(fēng)電機組，九區圖的不足之處在于所有的控制策略都是靜態(tài)輸出功率隨風(fēng)速隨機變化,風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)會(huì )帶的，沒(méi)有預測性，未考慮無(wú)功調節對電壓的影響來(lái)不少技術(shù)問(wèn)題，特別是給配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化帶來(lái)及電壓調節對無(wú)功的影響，實(shí)際使用時(shí)會(huì )造成系更多的不確定因素。統震蕩、裝置頻繁動(dòng)作的問(wèn)題。2九區圖調節法1區203區大理地區電網(wǎng)的實(shí)際管理模式是采用地區調,一度和縣級調度兩級調度模式，110kV以下電網(wǎng)由8區嘔4區縣級調度負責，110kV 及以上電網(wǎng)由地區調度負責。由于輸電網(wǎng)絡(luò )無(wú)功調節手段一般不考慮發(fā)電7區6區5區機的無(wú)功輸出越限，所以其數學(xué)模型比較簡(jiǎn)單。0t'Q在調度實(shí)際運行時(shí)，可以采用九區圖法對其管轄范圍內的變壓器進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。目前經(jīng)常采用的傳統九區圖法，其控制策略圍1無(wú)功電壓調節的九區圖法是按照固定的電壓和無(wú)功的上下限將電壓和無(wú)功根據九區圖的基本理論，已經(jīng)能夠對變電站平面的劃分為9個(gè)區域，原理簡(jiǎn)單,控制方便可的無(wú)功電壓進(jìn)行初步優(yōu)化策略,針對站內220kV靠。在圖1中，U是變壓器低壓側母線(xiàn)電壓，Q和110kV的調壓,還需要注意以下問(wèn)題:一個(gè)是變壓器高壓側無(wú)功功率, Q越下限( 功率因素220kV變電站的無(wú)功補償容量控制不了220kV母超前)表示變電站向電網(wǎng)倒送無(wú)功，反之，Q越線(xiàn)電壓， 220KV母線(xiàn)電壓主要依賴(lài)于22V整個(gè)上限(功率因素滯后)表示電網(wǎng)無(wú)功不足，Q上電網(wǎng)的中國煤化工網(wǎng)中的發(fā)電下限之差至少應大于1組電容器組容量，有載調廠(chǎng)、變MHCNMHH壓主要跟隨收稿日期: 2008-05-2216第36卷地區電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的研究2008年第6期變壓器變比的改變而改變。在220/110 kV全網(wǎng)無(wú)PGi、QGi為發(fā)電機i的有功、無(wú)功出力功優(yōu)化運行中，相鄰的兩個(gè)電壓等級之間，110PDi、QDi 為節點(diǎn)i的有功、無(wú)功負荷;kV電網(wǎng)想運行的好，必須在220 kV變電站的110Vi、ti 為節點(diǎn)i的電壓幅值與相角;kV母線(xiàn)上得到一個(gè)理想的110 kV電壓，還必須Cij、Bij 為節點(diǎn)導納陣的第i行第j列元素的觀(guān)察220 kV變壓器高壓側的無(wú)功實(shí)時(shí)值必須達到實(shí)部與虛部。無(wú)功優(yōu)化值得的要求，在這個(gè)基礎上再進(jìn)行1104風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運行的無(wú)功補償優(yōu)化kV變電站內補償裝置電容器電抗器的投切、有載按照規劃數據，豐大方式下兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的容調壓變壓器的檔位調整等手段。量占大理地區發(fā)電裝機容量的1/10左右3 PSD- OPF的算法(75MW/707MW),風(fēng)電并網(wǎng)容量較小時(shí),風(fēng)速波程序采用改進(jìn)的原對偶內點(diǎn)法和遺傳算法。動(dòng)特性引起的電壓、頻率波動(dòng)都由系統承擔，機1)對偶內點(diǎn)法本質(zhì)上是拉格朗日函數、牛群的有功控制通常以保證風(fēng)電機組安全穩定運行,頓法和對數壁壘函數三者的結合。PSD - OPF采且風(fēng)能利用率最大而為目標;無(wú)功控制是以保證用的是改進(jìn)的非線(xiàn)性原對偶內點(diǎn)法即內含二次罰定子端出口功率因數恒定為目標，這是風(fēng)電機群.函數法的非線(xiàn)性原對偶內點(diǎn)法，較好的解決了連與系統協(xié)調控制中最為簡(jiǎn)單的情況。當在小方式續變量和離散變量混和的無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題,下，占大理地區裝置容量90%的水電機組都減少2)遺傳算法(GA: Genetic Algorithm)是模大量有功出力，這時(shí)風(fēng)電并網(wǎng)容量達到接人系統擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過(guò)程而形成的容量的一-定比例，風(fēng)電機群和接人系統的有功控-種自適應全局優(yōu)化概率搜索算法?；跀抵涤嬛菩枧c調頻裝置共同配合;無(wú)功控制以發(fā)揮風(fēng)電算的常規無(wú)功優(yōu)化方法常常得到的是局部最優(yōu)解機群無(wú)功潛力，保證風(fēng)電機群并網(wǎng)點(diǎn)電壓不越限非全局最優(yōu)解，而基于GA的無(wú)功優(yōu)化方法有許為目標，尤其是電壓與無(wú)功調節控制策略。多優(yōu)良特性，能可靠地找到近似全局最優(yōu)的計算并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)多采用異步風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出有功結果，而且可以方便地和其他數值優(yōu)化方法或人的同時(shí)要吸收無(wú)功，因此運行中需要向這些設備工智能方法相結合，形成混合遺傳算法。CA還提供相應的無(wú)功功率。風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補償就是在有一個(gè)優(yōu)勢，就是在待求解問(wèn)題不存在可行解時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)中安裝并聯(lián)電容器組、靜止無(wú)功補償器等也能夠輸出一個(gè)越限最小、最逼近可行域的優(yōu)化無(wú)功補償設備，向異步發(fā)電機提供所需的部分無(wú)解，傳統算法將難以給出適當的方案。功功率，減少電網(wǎng)電源向風(fēng)電場(chǎng)提供的無(wú)功功率.PSD-OPF根據無(wú)功優(yōu)化的特點(diǎn)對簡(jiǎn)單遺傳迸而減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，降低電網(wǎng)因算法進(jìn)行了改進(jìn)輸送無(wú)功功率造成的電能損耗。以系統網(wǎng)損最小為目標函數為例傳統配電網(wǎng)中影響無(wú)功優(yōu)化結果的主要不確min.SG[ +V;-2V,cos8,) .定因素是負荷，當風(fēng)電機組并網(wǎng)后，其輸出功率隨風(fēng)速波動(dòng)使配網(wǎng)中的不確定因素進(jìn)~步增多。Gkij功為第k條支路(連接節點(diǎn)i和節點(diǎn)j)如何保證優(yōu)化方案適應風(fēng)速和負荷的隨機變化是的電導，Vi、Vj第i、j個(gè)節點(diǎn)的電壓幅值。研究問(wèn)題的關(guān)鍵所在。相比負荷，風(fēng)速變化更加等式約束(節點(diǎn)功率平衡方程)頻繁且日前風(fēng)速還很難精確預測，采用動(dòng)態(tài)調節Pa-PBo -56cos0,+B, sn0,)20無(wú)功補償的方法來(lái)適應風(fēng)速的變化較為困難。P-Pa -它vG, cos0, +B,sim0,)=0, leS,)在實(shí)際分析過(guò)程中，對于風(fēng)電、光電這類(lèi)分布式電源的分析方法，采用最為廣泛的就是基于場(chǎng)景的決策方法，場(chǎng)景決策方法要求對影響優(yōu)化不等式約束結果的不確定因素進(jìn)行組合，每種組合對應一個(gè)Pa≤P≤lies,)場(chǎng)景，中國煤化工性的優(yōu)化方法2a≤Qa≤2o (∈S)進(jìn)行計MH.CNMHG5法進(jìn)行比較,.匕,≤K,≤D,(∈s)以求得大宋白網(wǎng)思時(shí)刀宋?？谀鉾數將從經(jīng)濟性SB為所節點(diǎn)集合SG為所有發(fā)電機集合; SR和安全性?xún)蓚€(gè)角度來(lái)衡量無(wú)功優(yōu)化方案的優(yōu)劣，為所有無(wú)功電源集合。經(jīng)濟性體現在減小系統網(wǎng)損方面,安全性體現在172008年第6期云南電力技術(shù)第36卷改善系統靜態(tài)電壓穩定裕度方面。將風(fēng)電機組的優(yōu)化結果表明:風(fēng)電機組所吸收的無(wú)功水平輸出功率分為3個(gè)場(chǎng)景，分別是vo>v>vr、v=主要與電壓有主要關(guān)系，系統電壓越高時(shí)就需要vr、v>u (vi、 vr、vo分別為風(fēng)機切人風(fēng)速、額吸收更多的無(wú)功功率，并隨風(fēng)電出力的增加也有定風(fēng)速、風(fēng)機切出風(fēng)速); 3種典型場(chǎng)景的發(fā)生概所增加，需要進(jìn)行優(yōu)化補償，具體情況如圖1所率不-樣，在無(wú)功優(yōu)化選擇場(chǎng)景時(shí)，根據氣象局示。該優(yōu)化方案能在滿(mǎn)足可靠性和經(jīng)濟性的要求對風(fēng)電場(chǎng)附近區域的風(fēng)速統計規律來(lái)計算概率。下保證風(fēng)電場(chǎng)所需的補償容量;穩定性校驗結果P(KW)表明該風(fēng)電系統在短路故障后能夠保持穩定運行。Q/p.u_Us=1.05Pr_Us= 1.00- Us=0.95to v(s)+ P/p.u圖2風(fēng)電機組功率特性 曲線(xiàn)在潮流計算中，風(fēng)電機組一般采用結構簡(jiǎn)單圖3風(fēng)電機組吸收的 Q隨系統電壓Us和風(fēng)電場(chǎng)P變化的異步發(fā)電機組，在運行過(guò)程中要從系統吸收無(wú)風(fēng)電機組額定運行時(shí)有利于減小網(wǎng)損和增大功，吸收的無(wú)功大小與異步機組輸出的有功功率系統的靜態(tài)電壓穩定裕度，這主要是因為風(fēng)電機和機端電壓有關(guān)系，在潮流計算中可以將風(fēng)電機組并網(wǎng)后減少了系統中的有功流動(dòng)，而風(fēng)電機組組作為電壓靜特性節點(diǎn)來(lái)處理。對應風(fēng)電機組節從系統吸收無(wú)功的不利影響通過(guò)無(wú)功補償的優(yōu)化點(diǎn)的功率方程可以寫(xiě)為: .消除了。{SP= Pi-UiSUj(Gij cos0ij + Bij sin0j)=05電網(wǎng)程序優(yōu)化方案|sQ= Qi-UiSUu(GijsinOj - Bij cos0i)=0本次計算研究方案的計算數據是以云南電網(wǎng)全網(wǎng)數據模型為基礎，經(jīng)過(guò)110kV網(wǎng)架調整、數式中:△Pi和為AQi風(fēng)電機組的有功和無(wú)功據簡(jiǎn)化等值等手段，得出最終計算使用得大理地出力。其中Pi由風(fēng)速決定,在每個(gè)場(chǎng)最下是確定區電網(wǎng)數據模型，用此來(lái)進(jìn)行計算;由于不少優(yōu)化方案涉及新--次設備的投資新建以及舊設備的的，Qi是機端電壓的函數f (V), 由機端電壓和改造，故研究水平年方面必須有一定的超前性，異步發(fā)電機組的參數決定。用牛頓法進(jìn)行潮流計避免重復設計投資，選擇以為遠景規劃的2010年算時(shí)，只需修改雅克比矩陣中的對應元索為研究水平年，計算的典型方式為豐大方式。U,8OU,/aU,其它元素的表達式及計算步驟與傳根據2008年數據統計，220kV 系統出現的電統的不含風(fēng)電機組的潮流計算無(wú)差別。壓最低點(diǎn)是在汛前枯大方式下的220kV下關(guān)變母再運用上面介紹的遺傳算法(GA) 來(lái)求解線(xiàn)(209kV), 最高點(diǎn)是在汛后枯小方式下的西洱無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題，將控制變量發(fā)電機無(wú)功出力采用河一級電站220kV母線(xiàn)(237. 6kV);配電網(wǎng)絡(luò )中小數編碼，可調變壓器抽頭和電容器電抗器投運35kV、10kV的電壓最低點(diǎn)是北部電網(wǎng)的鄧川變組數采用整數編碼。整數編碼的格式如下所示:和鶴慶變( 33kV和9.5kV),最高點(diǎn)是豐大方式[T.T.--T./Xx-.X.]下的西部電網(wǎng)的永平變電站，該站110kV、35kV、式中:T,表示第i臺可調變壓器抽頭位置;10kV母線(xiàn)電壓均為地區電網(wǎng)內最高值X,表示第j個(gè)電容器組投運組數。在遺傳操作過(guò)(122. 2kV、39. 78kV、11.2kV)。我們在程序中.程中，選擇比例法作為選擇算子。采用能夠提供對于上面提及的電壓出現的越限以及最高、最低較好的個(gè)體性狀和較高的個(gè)體適應度的單點(diǎn)交叉點(diǎn)電壓發(fā)生的地點(diǎn)，在電壓約束情況就需要特殊作為交叉算子。為了保護較好的解不被破壞，采約束，而普通的節點(diǎn)就采用最高M(jìn)ax =1.05 Min用最優(yōu)保留策略將每- - 迭代步中的最優(yōu)解直接復=0.9中國煤化工制到下一代。為了提高算法的搜索能力，在采取61YHCNMHG最優(yōu)保留策略的前提下適當提高變異率,增大對1)對于優(yōu)化的日杯函數:網(wǎng)損最小，但是適應度不好的解的搜索領(lǐng)域，以避免算法限于局在對個(gè)別節點(diǎn)電壓做過(guò)分的限制(下轉第25頁(yè))部收斂。8第36卷配電網(wǎng)快速消弧加快速選線(xiàn)的新型接地方式2008年第6期相當,二者難以嚴格區分開(kāi)。采用傳統零序電量地的優(yōu)點(diǎn)，適應于電纜線(xiàn)路和架空線(xiàn)路，且不受原理準確度低，不易選準; DDS采用變化量比較配電網(wǎng)容量的限制，是一-種較為理想的具有發(fā)展法，在KD- XH消弧線(xiàn)圈的特殊配合下，可保證前途的接地方式。在未實(shí)行選線(xiàn)跳閘、只顯示接故障線(xiàn)路零序電流變化量與非故障線(xiàn)路零序電流地線(xiàn)路信號的情況下，該新型接地方式即減少了變化量有明顯區別，因此很容易找出接地線(xiàn)路。跳閘率，又縮短了盲目尋找故障線(xiàn)路的時(shí)間,也.2)即使在配網(wǎng)電容電流較小時(shí)，仍能準確有效地提高了供電可靠性。選線(xiàn)。此時(shí),基于傳統零序電量原理的選線(xiàn)裝置結束語(yǔ)中的- - 些判據不容易滿(mǎn)足，往往選不到線(xiàn)路或選快速消弧加快速選線(xiàn)(跳閘)的新型接地方到電容電流較大的非接地線(xiàn)路;KD-XH與DDS式是理想的配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，它兼顧了低配合，可通過(guò)改變可控硅的導通角來(lái)改變補償電阻接地和消弧線(xiàn)圈接地的優(yōu)點(diǎn)，適應于電纜線(xiàn)路流，在DDS選線(xiàn)的瞬時(shí)可將補償電流稍微增大,和架空線(xiàn)路，且不受配電網(wǎng)容量的限制，該方式以滿(mǎn)足接地故障線(xiàn)路零序電流有2 ~3A的變化，的運行已證實(shí)了其顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn),實(shí)現快速消弧加快從而準確選出故障線(xiàn)路。速選線(xiàn)(跳閘)的新型接地方式是優(yōu)化配電網(wǎng)運2.5 KD - XH加DDS在電力系統的運用方案行的方向，特別適合于南方多雷雨地區。對于35kV、66kV配電網(wǎng),變壓器繞組為Y參考文獻接法，有中性點(diǎn)引出，變壓器零序阻抗較低時(shí)可[1] DL/T872 -2004， 小接地電流系統單相不用接地變。對于6kV、10kV 配電網(wǎng)，因變壓器接地保護裝置[S] .繞組為0接法，需要用接地變壓器制造中性點(diǎn)，.[2] DL/T1057 -2007，自動(dòng)跟蹤補償消弧線(xiàn)以便加裝消弧線(xiàn)圈。為降低零序阻抗，接地變壓圈成套裝置技術(shù)條件[S] .器一般采用Z形接線(xiàn)，并可帶適當的二次容量以[3] KD-XH系列配電網(wǎng)智能化快速消弧選代替站用變。.線(xiàn)系統[S] .2.6新型接地方式的優(yōu)越性新型接地方式兼顧了低阻接地和消弧線(xiàn)圈接(. 上接第18頁(yè))條件之后,難以得出滿(mǎn)意的優(yōu)化讓變電站、發(fā)電廠(chǎng)、用戶(hù)與電網(wǎng)的無(wú)功交換在大數據，甚至計算不下去。針對35kV和10kV的節部分時(shí)候都為零。供電企業(yè)采用傳統的九區圖法點(diǎn)電壓過(guò)高或者過(guò)低的情況，一般可以進(jìn)行投切和PSD-OPF無(wú)功優(yōu)化軟件可以很好的在實(shí)際調電容器來(lái)解決，但是在-2節點(diǎn)中沒(méi)有分組投切度工作和遠景動(dòng)態(tài)規劃中取得良好的效果，隨著(zhù)的電容電抗器的，就不對其電壓進(jìn)行限制，使用電網(wǎng)建設的加速，電網(wǎng)復雜程度8益加劇，在系.默認的0.95-1. 05這個(gè)范圍。統發(fā)生N-1故障時(shí)，將面臨系統無(wú)功不足，電2)優(yōu)化后系統的有功損耗和無(wú)功損耗，優(yōu)壓質(zhì)量大幅下降等重大問(wèn)題，很有必要再深人探化后分別減少了2. 12MW (4.01%) 和23. 942討在N-1情況下維持電網(wǎng)電壓安全性的特殊無(wú)MVAR,無(wú)功損耗的優(yōu)化效果最為明顯，減少了功無(wú)償優(yōu)化問(wèn)題。65. 77%的消耗在線(xiàn)路和變壓器上的無(wú)功損耗。3)加強電網(wǎng)建設,改善電網(wǎng)結構,也是提[1]吳強.區域電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化控制系統升電網(wǎng)無(wú)功電壓的重要途徑，對于個(gè)別電站的開(kāi)發(fā)與應用[J] .現代電力，2003, 20 (3,110kV母線(xiàn)或者連接有小水電的110kV母線(xiàn),通4): 54- -58.過(guò)調整發(fā)電機的無(wú)功出力，提高機組的功率因素，[2]芳元，汪玉鳳。改進(jìn)遺傳算法的電力系來(lái)進(jìn)行電壓控制。對于重負荷的東部電網(wǎng)，在所統無(wú)功規劃優(yōu)化[J] .繼電器，06, 34 (13):有電容器和補償裝置都投入的情況下電壓偏低的中國煤化工情況依然存在。MHCNMH G進(jìn)遺傳算法在.7結束語(yǔ)無(wú)功優(yōu)化中的應用J .電刀系猶及其自動(dòng)化學(xué)無(wú)功優(yōu)化是讓無(wú)功就地分層分區動(dòng)態(tài)平衡，報，2003, 15 (4): 15-18.2