基于电压控制目标追踪的配电网无功优化方法分析

罗仕俊

摘要：配电网无功优化问题就是研究如何使无功功率在配电网中分布更为合理，从而有效地降低目标配电系统的有功损耗、改善系统的电压质量。传统的配电网无功优化方法大多是以降低目标配电系统的有功损耗为目标。本文旨在从优先保障目标配电系统的运行电压质量出发，探索一种更加贴近电力系统实际应用的计及DG接入的配电网无功优化方法。

关键词：电压控制；配电网；无功优化；目标追踪

随着电力法的颁布实施和电网商业化运行的深入，保障目标配电系统的运行电压质量日益显示出其重要性。因而，探讨以保障目标配电系统的运行电压质量为首要目标，同时兼顾降低网络有功损耗的配电网无功优化方法具有重要的理论价值和现实意义。另外，分布式电源（DG）的大量接入使得配电网无功优化问题变得更加复杂。因此，研究计及DG接入的配电网无功优化问题势在必行。

一、配电网无功优化的意义

配电网中无功功率的分布会直接影响系统的有功损耗和电压质量，关系着系统的安全经济运行。当无功功率不足时，系统的有功损耗增大，电压降低，甚至局部电压会低至临界值以下，引起系统电压崩溃，导致大面积停电。相反，当无功功率过剩时，系统的电压升高，也会对系统和用电设备产生不利的影响。例如，系统电压升高会增大线路和设备的损耗，降低设备的使用寿命，加快线路和设备的绝缘老化等。配电网无功优化问题就是研究如何使无功功率在配电网中分布更为合理，从而降低系统的有功损耗、提高系统的电压质量等。自20世纪60年代初法国学者提出最优潮流问题后，无功优化问题就受到了国内外专家学者的广泛关注，而且已经取得了众多研究成果。但是，随着配电网规模的不断扩大，对无功优化问题中诸如最优解的质量、算法的收敛性、无功优化的实时性等的要求越来越高。因此，进一步研究配电网无功优化问题，合理配置无功补偿装置，提高系统运行的安全性和经济性，具有重要的理论研究价值和现实际意义。

二、基于电压控制目标追踪的配电网无功优化方法

近年来国际间对资源耗竭的危机及意识、环保意识的不断进步，使得能源应用早已成为?手可热的议题，提高分布式电源占总发电量的百分比在许多国家已成为趋势。随着经济的成长，开源及节流早已变的?可忽视；由于人们对于环境保护及自我意识的提升，造成大型集中式发电厂和输配电设施的投资金额越来越高，建设也越?越困难，为提高电能的使用效率解决配电系统有功损耗问题，除使用传统增设输电线、变电所外，另可考虑在适当的地点装设分布式电源，以达成降低配电系统有功损耗、减少负载端用电量需求及?低电能在输送过程中的损耗。此外，于尖峰负载时段实施需量反应计划亦可抑制负载量，进而达到降低输配电网络壅塞的目标。配电网是电力系统的重要组成部分之一，在电力系统的各环节中，配电网处于末端直接与用户相联系。长期以来，重视有功调度而忽视无功功率的分布，导致大量无功功率在配电网中流动，既增加了配电网有功损耗，又影响了电压质量，降低了配电网运行效率。因而对于如何利用和配置无功资源进一步降低配电网损耗，提高电压合格率，提高配电网运行经济性的研究，无论是从运行实际还是从研究现状来看都表现出很强的迫切性。

配电网无功优化就是建立在已有综合自动化基础之上，在保证配电网安全可靠运行的前提下，根据不同的负荷水平，控制配电网中已有无功补偿控制设备（如同步发电机、有载调压变压器、无功补偿器等），合理调整配电网中无功功率分布，一方面使配电网满足一定安全约束，使各节点电压满足要求；另一方面使配电网的有功损耗最小，无功补偿设备的投资最小。电力公司发生线路壅塞情况，只会决定投资新建输配电设备来舒缓壅塞问题，因此提出结合降低尖峰负载量与此尖峰负载量所需投资新增输配电设备成本的观念，利用现值法估算如果能够利用负载端管理措施、发电厂及分布式能源支持此尖峰负载量用电后，可以避免投资新的输配电设备成本。由于环保意识的提倡，也促使再生能源的技术发展更有效率，越来越多的分布式能源并联到配电网络上，对配电网络的长期规划而言，被动控制的分布式能源会导致严厉的电网操作问题；相反的，主动式的操作管理能为分布式能源的系统商与电力公司带来互利。过度负载成长会使电压落入不可接受范围区间，政府与电力公司应提供奖励方案整合分布式能源并联及辅助服务，提出多目标最佳化算法估算电力公司与分布式能源的成本与效益，结果显示在典型的配电网络中，影响分布式能源效益最大的是政府政策上的补助价格，必须制订合适的章程法规鼓励整合分布式能源与配电网络增强设备。

结论

配电网无功优化问题是一个多约束、多变量的非线性混合规划问题，具有非线性、不连续、不确定因素较多等特点。这些都给配电网无功优化问题的求解增加了困难。选择一种合适的无功优化算法会对求解配电网无功优化问题产生直接的影响。如果选择的优化算法不合适，不但可能得不到较优的解，甚至算法可能最终无法收敛。因此，无功优化算法一直都是国内外专家学者致力于研究的重点。

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