第36卷云南電力技術(shù)Vol. 36 No. 62008年12月YUNNAN ELECTRIC POWERDec. 2008地區(qū)電網(wǎng)無功優(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:按照電壓等級和實際調(diào)節(jié)方法的不同，運用PSD-OPP電壓無功優(yōu)化軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化計算。關(guān)鍵詞:無功優(yōu)化九區(qū) 圖PSD-OPF遣傳算法風(fēng)電機(jī)組中圖分類號: TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B文章編號: 1006 -7345 (2008) 06 -0016 -031前言壓變壓器和并聯(lián)補(bǔ)償電容器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律是:通過對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功優(yōu)化配置和調(diào)度,變壓器分接頭上調(diào)(或下調(diào))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)線功率因素cosp變小(或變大),一般調(diào).和無功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠更安全經(jīng)濟(jì)運行。節(jié)分接頭對無功影響不大;投入(或切除)電容傳統(tǒng)的九區(qū)圖優(yōu)化模式為實際調(diào)度運行工作提供器后，Q變小(或變大) U變大(或變小),了最簡潔有效的優(yōu)化方法，但其缺乏動態(tài)控制策cosp變大(或變小)。針對九區(qū)圖控制策略中比略，面對電壓無功同時偏高(偏低)的特殊情況較嚴(yán)重的情況是無功、電壓都偏高(第三區(qū))和下不易控制的。遺傳算法作為一種簡單有效的組無功、電壓都偏低(第七區(qū))兩種情況，而在實合優(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(tǒng)運行過程當(dāng)中又是經(jīng)常出現(xiàn)的，比如更適用于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化領(lǐng)域的理論研究和實電源密集地區(qū)容易導(dǎo)致無功電壓偏高，而電網(wǎng)末際應(yīng)用。面對新型的間歇性能源一風(fēng)力發(fā)電,端或者負(fù)荷密集地區(qū)容易導(dǎo)致無功、電壓均偏低。風(fēng)電場的功率輸出具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，風(fēng)電機(jī)組，九區(qū)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(jī)變化,風(fēng)電場接入電網(wǎng)會帶的，沒有預(yù)測性，未考慮無功調(diào)節(jié)對電壓的影響來不少技術(shù)問題，特別是給配電網(wǎng)無功優(yōu)化帶來及電壓調(diào)節(jié)對無功的影響，實際使用時會造成系更多的不確定因素。統(tǒng)震蕩、裝置頻繁動作的問題。2九區(qū)圖調(diào)節(jié)法1區(qū)203區(qū)大理地區(qū)電網(wǎng)的實際管理模式是采用地區(qū)調(diào),一度和縣級調(diào)度兩級調(diào)度模式，110kV以下電網(wǎng)由8區(qū)嘔4區(qū)縣級調(diào)度負(fù)責(zé)，110kV 及以上電網(wǎng)由地區(qū)調(diào)度負(fù)責(zé)。由于輸電網(wǎng)絡(luò)無功調(diào)節(jié)手段一般不考慮發(fā)電7區(qū)6區(qū)5區(qū)機(jī)的無功輸出越限，所以其數(shù)學(xué)模型比較簡單。0t'Q在調(diào)度實際運行時，可以采用九區(qū)圖法對其管轄范圍內(nèi)的變壓器進(jìn)行無功優(yōu)化。目前經(jīng)常采用的傳統(tǒng)九區(qū)圖法，其控制策略圍1無功電壓調(diào)節(jié)的九區(qū)圖法是按照固定的電壓和無功的上下限將電壓和無功根據(jù)九區(qū)圖的基本理論，已經(jīng)能夠?qū)ψ冸娬酒矫娴膭澐譃?個區(qū)域，原理簡單,控制方便可的無功電壓進(jìn)行初步優(yōu)化策略,針對站內(nèi)220kV靠。在圖1中，U是變壓器低壓側(cè)母線電壓，Q和110kV的調(diào)壓,還需要注意以下問題:一個是變壓器高壓側(cè)無功功率, Q越下限( 功率因素220kV變電站的無功補(bǔ)償容量控制不了220kV母超前)表示變電站向電網(wǎng)倒送無功，反之，Q越線電壓， 220KV母線電壓主要依賴于22V整個上限(功率因素滯后)表示電網(wǎng)無功不足，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(yīng)大于1組電容器組容量，有載調(diào)廠、變MHCNMHH壓主要跟隨收稿日期: 2008-05-2216第36卷地區(qū)電網(wǎng)無功優(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PGi、QGi為發(fā)電機(jī)i的有功、無功出力功優(yōu)化運行中，相鄰的兩個電壓等級之間，110PDi、QDi 為節(jié)點i的有功、無功負(fù)荷;kV電網(wǎng)想運行的好，必須在220 kV變電站的110Vi、ti 為節(jié)點i的電壓幅值與相角;kV母線上得到一個理想的110 kV電壓，還必須Cij、Bij 為節(jié)點導(dǎo)納陣的第i行第j列元素的觀察220 kV變壓器高壓側(cè)的無功實時值必須達(dá)到實部與虛部。無功優(yōu)化值得的要求，在這個基礎(chǔ)上再進(jìn)行1104風(fēng)電場并網(wǎng)運行的無功補(bǔ)償優(yōu)化kV變電站內(nèi)補(bǔ)償裝置電容器電抗器的投切、有載按照規(guī)劃數(shù)據(jù)，豐大方式下兩個風(fēng)電場的容調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)整等手段。量占大理地區(qū)發(fā)電裝機(jī)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,風(fēng)速波程序采用改進(jìn)的原對偶內(nèi)點法和遺傳算法。動特性引起的電壓、頻率波動都由系統(tǒng)承擔(dān)，機(jī)1)對偶內(nèi)點法本質(zhì)上是拉格朗日函數(shù)、牛群的有功控制通常以保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行,頓法和對數(shù)壁壘函數(shù)三者的結(jié)合。PSD - OPF采且風(fēng)能利用率最大而為目標(biāo);無功控制是以保證用的是改進(jìn)的非線性原對偶內(nèi)點法即內(nèi)含二次罰定子端出口功率因數(shù)恒定為目標(biāo)，這是風(fēng)電機(jī)群.函數(shù)法的非線性原對偶內(nèi)點法，較好的解決了連與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制中最為簡單的情況。當(dāng)在小方式續(xù)變量和離散變量混和的無功優(yōu)化問題,下，占大理地區(qū)裝置容量90%的水電機(jī)組都減少2)遺傳算法(GA: Genetic Algorithm)是模大量有功出力，這時風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)到接人系統(tǒng)擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的容量的一-定比例，風(fēng)電機(jī)群和接人系統(tǒng)的有功控-種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法?；跀?shù)值計制需與調(diào)頻裝置共同配合;無功控制以發(fā)揮風(fēng)電算的常規(guī)無功優(yōu)化方法常常得到的是局部最優(yōu)解機(jī)群無功潛力，保證風(fēng)電機(jī)群并網(wǎng)點電壓不越限非全局最優(yōu)解，而基于GA的無功優(yōu)化方法有許為目標(biāo)，尤其是電壓與無功調(diào)節(jié)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)電場多采用異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出有功結(jié)果，而且可以方便地和其他數(shù)值優(yōu)化方法或人的同時要吸收無功，因此運行中需要向這些設(shè)備工智能方法相結(jié)合，形成混合遺傳算法。CA還提供相應(yīng)的無功功率。風(fēng)電場的無功補(bǔ)償就是在有一個優(yōu)勢，就是在待求解問題不存在可行解時，風(fēng)電場中安裝并聯(lián)電容器組、靜止無功補(bǔ)償器等也能夠輸出一個越限最小、最逼近可行域的優(yōu)化無功補(bǔ)償設(shè)備，向異步發(fā)電機(jī)提供所需的部分無解，傳統(tǒng)算法將難以給出適當(dāng)?shù)姆桨?。功功率，減少電網(wǎng)電源向風(fēng)電場提供的無功功率.PSD-OPF根據(jù)無功優(yōu)化的特點對簡單遺傳迸而減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，降低電網(wǎng)因算法進(jìn)行了改進(jìn)輸送無功功率造成的電能損耗。以系統(tǒng)網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)為例傳統(tǒng)配電網(wǎng)中影響無功優(yōu)化結(jié)果的主要不確min.SG[ +V;-2V,cos8,) .定因素是負(fù)荷，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后，其輸出功率隨風(fēng)速波動使配網(wǎng)中的不確定因素進(jìn)~步增多。Gkij功為第k條支路(連接節(jié)點i和節(jié)點j)如何保證優(yōu)化方案適應(yīng)風(fēng)速和負(fù)荷的隨機(jī)變化是的電導(dǎo)，Vi、Vj第i、j個節(jié)點的電壓幅值。研究問題的關(guān)鍵所在。相比負(fù)荷，風(fēng)速變化更加等式約束(節(jié)點功率平衡方程)頻繁且日前風(fēng)速還很難精確預(yù)測，采用動態(tài)調(diào)節(jié)Pa-PBo -56cos0,+B, sn0,)20無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉m應(yīng)風(fēng)速的變化較為困難。P-Pa -它vG, cos0, +B,sim0,)=0, leS,)在實際分析過程中，對于風(fēng)電、光電這類分布式電源的分析方法，采用最為廣泛的就是基于場景的決策方法，場景決策方法要求對影響優(yōu)化不等式約束結(jié)果的不確定因素進(jìn)行組合，每種組合對應(yīng)一個Pa≤P≤lies,)場景，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)思時刀宋?？谀鉾數(shù)將從經(jīng)濟(jì)性SB為所節(jié)點集合SG為所有發(fā)電機(jī)集合; SR和安全性兩個角度來衡量無功優(yōu)化方案的優(yōu)劣，為所有無功電源集合。經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在減小系統(tǒng)網(wǎng)損方面,安全性體現(xiàn)在172008年第6期云南電力技術(shù)第36卷改善系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度方面。將風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化結(jié)果表明:風(fēng)電機(jī)組所吸收的無功水平輸出功率分為3個場景，分別是vo>v>vr、v=主要與電壓有主要關(guān)系，系統(tǒng)電壓越高時就需要vr、v>u (vi、 vr、vo分別為風(fēng)機(jī)切人風(fēng)速、額吸收更多的無功功率，并隨風(fēng)電出力的增加也有定風(fēng)速、風(fēng)機(jī)切出風(fēng)速); 3種典型場景的發(fā)生概所增加，需要進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，具體情況如圖1所率不-樣，在無功優(yōu)化選擇場景時，根據(jù)氣象局示。該優(yōu)化方案能在滿足可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求對風(fēng)電場附近區(qū)域的風(fēng)速統(tǒng)計規(guī)律來計算概率。下保證風(fēng)電場所需的補(bǔ)償容量;穩(wěn)定性校驗結(jié)果P(KW)表明該風(fēng)電系統(tǒng)在短路故障后能夠保持穩(wěn)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(jī)組功率特性 曲線在潮流計算中，風(fēng)電機(jī)組一般采用結(jié)構(gòu)簡單圖3風(fēng)電機(jī)組吸收的 Q隨系統(tǒng)電壓Us和風(fēng)電場P變化的異步發(fā)電機(jī)組，在運行過程中要從系統(tǒng)吸收無風(fēng)電機(jī)組額定運行時有利于減小網(wǎng)損和增大功，吸收的無功大小與異步機(jī)組輸出的有功功率系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度，這主要是因為風(fēng)電機(jī)和機(jī)端電壓有關(guān)系，在潮流計算中可以將風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后減少了系統(tǒng)中的有功流動，而風(fēng)電機(jī)組組作為電壓靜特性節(jié)點來處理。對應(yīng)風(fēng)電機(jī)組節(jié)從系統(tǒng)吸收無功的不利影響通過無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化點的功率方程可以寫為: .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(shù)據(jù)是以云南電網(wǎng)全網(wǎng)數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過110kV網(wǎng)架調(diào)整、數(shù)式中:△Pi和為AQi風(fēng)電機(jī)組的有功和無功據(jù)簡化等值等手段，得出最終計算使用得大理地出力。其中Pi由風(fēng)速決定,在每個場最下是確定區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，用此來進(jìn)行計算;由于不少優(yōu)化方案涉及新--次設(shè)備的投資新建以及舊設(shè)備的的，Qi是機(jī)端電壓的函數(shù)f (V), 由機(jī)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(jī)組的參數(shù)決定。用牛頓法進(jìn)行潮流計避免重復(fù)設(shè)計投資，選擇以為遠(yuǎn)景規(guī)劃的2010年算時，只需修改雅克比矩陣中的對應(yīng)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(dá)式及計算步驟與傳根據(jù)2008年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，220kV 系統(tǒng)出現(xiàn)的電統(tǒng)的不含風(fēng)電機(jī)組的潮流計算無差別。壓最低點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) 來求解線(209kV), 最高點是在汛后枯小方式下的西洱無功優(yōu)化問題，將控制變量發(fā)電機(jī)無功出力采用河一級電站220kV母線(237. 6kV);配電網(wǎng)絡(luò)中小數(shù)編碼，可調(diào)變壓器抽頭和電容器電抗器投運35kV、10kV的電壓最低點是北部電網(wǎng)的鄧川變組數(shù)采用整數(shù)編碼。整數(shù)編碼的格式如下所示:和鶴慶變( 33kV和9.5kV),最高點是豐大方式[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(diào)變壓器抽頭位置;10kV母線電壓均為地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)最高值X,表示第j個電容器組投運組數(shù)。在遺傳操作過(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(xiàn)的越限以及最高、最低較好的個體性狀和較高的個體適應(yīng)度的單點交叉點電壓發(fā)生的地點，在電壓約束情況就需要特殊作為交叉算子。為了保護(hù)較好的解不被破壞，采約束，而普通的節(jié)點就采用最高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(fù)=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(dāng)提高變異率,增大對1)對于優(yōu)化的日杯函數(shù):網(wǎng)損最小，但是適應(yīng)度不好的解的搜索領(lǐng)域，以避免算法限于局在對個別節(jié)點電壓做過分的限制(下轉(zhuǎn)第25頁)部收斂。8第36卷配電網(wǎng)快速消弧加快速選線的新型接地方式2008年第6期相當(dāng),二者難以嚴(yán)格區(qū)分開。采用傳統(tǒng)零序電量地的優(yōu)點，適應(yīng)于電纜線路和架空線路，且不受原理準(zhǔn)確度低，不易選準(zhǔn); 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消弧線圈的特殊配合下，可保證前途的接地方式。在未實行選線跳閘、只顯示接故障線路零序電流變化量與非故障線路零序電流地線路信號的情況下，該新型接地方式即減少了變化量有明顯區(qū)別，因此很容易找出接地線路。跳閘率，又縮短了盲目尋找故障線路的時間,也.2)即使在配網(wǎng)電容電流較小時，仍能準(zhǔn)確有效地提高了供電可靠性。選線。此時,基于傳統(tǒng)零序電量原理的選線裝置結(jié)束語中的- - 些判據(jù)不容易滿足，往往選不到線路或選快速消弧加快速選線(跳閘)的新型接地方到電容電流較大的非接地線路;KD-XH與DDS式是理想的配電網(wǎng)中性點接地方式，它兼顧了低配合，可通過改變可控硅的導(dǎo)通角來改變補(bǔ)償電阻接地和消弧線圈接地的優(yōu)點，適應(yīng)于電纜線路流，在DDS選線的瞬時可將補(bǔ)償電流稍微增大,和架空線路，且不受配電網(wǎng)容量的限制，該方式以滿足接地故障線路零序電流有2 ~3A的變化，的運行已證實了其顯著優(yōu)點,實現(xiàn)快速消弧加快從而準(zhǔn)確選出故障線路。速選線(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(tǒng)的運用方案行的方向，特別適合于南方多雷雨地區(qū)。對于35kV、66kV配電網(wǎng),變壓器繞組為Y參考文獻(xiàn)接法，有中性點引出，變壓器零序阻抗較低時可[1] DL/T872 -2004， 小接地電流系統(tǒng)單相不用接地變。對于6kV、10kV 配電網(wǎng)，因變壓器接地保護(hù)裝置[S] .繞組為0接法，需要用接地變壓器制造中性點，.[2] DL/T1057 -2007，自動跟蹤補(bǔ)償消弧線以便加裝消弧線圈。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，并可帶適當(dāng)?shù)亩稳萘恳訹3] KD-XH系列配電網(wǎng)智能化快速消弧選代替站用變。.線系統(tǒng)[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圈接(. 上接第18頁)條件之后,難以得出滿意的優(yōu)化讓變電站、發(fā)電廠、用戶與電網(wǎng)的無功交換在大數(shù)據(jù)，甚至計算不下去。針對35kV和10kV的節(jié)部分時候都為零。供電企業(yè)采用傳統(tǒng)的九區(qū)圖法點電壓過高或者過低的情況，一般可以進(jìn)行投切和PSD-OPF無功優(yōu)化軟件可以很好的在實際調(diào)電容器來解決，但是在-2節(jié)點中沒有分組投切度工作和遠(yuǎn)景動態(tài)規(guī)劃中取得良好的效果，隨著的電容電抗器的，就不對其電壓進(jìn)行限制，使用電網(wǎng)建設(shè)的加速，電網(wǎng)復(fù)雜程度8益加劇，在系.默認(rèn)的0.95-1. 05這個范圍。統(tǒng)發(fā)生N-1故障時，將面臨系統(tǒng)無功不足，電2)優(yōu)化后系統(tǒng)的有功損耗和無功損耗，優(yōu)壓質(zhì)量大幅下降等重大問題，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MVAR,無功損耗的優(yōu)化效果最為明顯，減少了功無償優(yōu)化問題。65. 77%的消耗在線路和變壓器上的無功損耗。3)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè),改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu),也是提[1]吳強(qiáng).區(qū)域電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)升電網(wǎng)無功電壓的重要途徑，對于個別電站的開發(fā)與應(yīng)用[J] .現(xiàn)代電力，2003, 20 (3,110kV母線或者連接有小水電的110kV母線,通4): 54- -58.過調(diào)整發(fā)電機(jī)的無功出力，提高機(jī)組的功率因素，[2]芳元，汪玉鳳。改進(jìn)遺傳算法的電力系來進(jìn)行電壓控制。對于重負(fù)荷的東部電網(wǎng)，在所統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化[J] .繼電器，06, 34 (13):有電容器和補(bǔ)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(jié)束語無功優(yōu)化中的應(yīng)用J .電刀系猶及其自動化學(xué)無功優(yōu)化是讓無功就地分層分區(qū)動態(tài)平衡，報，2003, 15 (4): 15-18.2