考虑光伏出力相关性的配电网动态无功优化

考虑光伏出力相关性的配电网动态无功优化

李桂红

（国网太原供电公司山西太原030010）

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。为计及同一区域光伏输出功率的强相关性对配电网动态无功优化的影响，简化传统随机潮流相关性控制方法，提出一种结合模拟退火算法和拉丁超立方采样的相关性控制方法。针对离散设备动作造成的动态无功优化时空耦合问题，采用混沌粒子群算法逐时段进行寻优，并由随机潮流计算结果对输出随机变量进行机会约束。在Matlab中进行模拟测试，并与静态无功优化结果进行对比。测试结果表明：此方法可有效控制输入随机变量相关性，在动、静态无功优化系统有功损耗相近的前提下满足离散设备动作次数约束，抑制系统的不确定性。

关键词：考虑；光伏出力相关性；配电网；动态无功优化

引言

电力系统动态无功优化问题是指在传统静态无功优化的基础上考虑负荷变动以及离散控制设备动作次数约束。由于光伏发电输出功率具有较强的随机性，且邻近区域光照强度有着强相关性将给配电网潮流带来不确定性。因此，在考虑光伏出力随机性和相关性的基础上解决离散控制设备动作约束导致的动态无功优化的时空耦合问题对实现配电网安全经济运行有重要意义。在解决时空耦合问题方面，为了使离散设备只在人为划分的时段内动作，有学者按照有功和无功曲线变化趋势划分时段，并将离散设备动作次数约束条件转化为经济成本，但分布式发电（distributedgeneration，DG）并网后各时段功率波动变大，仅按照功率预测曲线分段会导致优化结果不精确；通过静态优化计算结果制定电容器投切预动作时间表并配合DG接入进行配电网无功调度，可充分利用DG的无功调节能力，降低系统损耗，但未充分考虑新能源接入会增加系统的随机性；在解决DG并网给系统带来不确定性问题方面，有学者使用随机潮流算法获得电压的概率分布，并对状态变量进行机会约束，但主要针对的是静态无功优化问题，即在一个时间断面中进行无功优化，未考虑离散设备动作约束造成的时空耦合问题。针对以上2个问题，有学者提出逐时段连续优化策略，引入离散设备动作罚函数，并通过前一个时段的优化结果指导下一个时段进行趋优控制，力求在当前时段充分考虑离散设备的调节能力。

1配电网无功优化控制简介

配电网系统中无功优化控制实际上就是指当整个电网系统处于无功电源点和容量较为充裕的条件下，通过调节配电网系统中发电机组机端电压、调整电力变压器抽头变比、以及改变无功补偿装置的布设位置等技术措施来根据负荷需求动态调整配电网系统中的无功潮流，使整个配电网在达到系统电压值始终保持合格值的前提下，降低全网有功功率损耗，达到节能降耗高效稳定运行发展的需求。

配电网系统无功优化控制按照优化时间的长短以及优化技术手段可以划分为静态无功优化调节自动控制和动态无功优化调节自动控制两种模式。静态无功优化条件是在只考虑某一个时间断面上的系统负荷波动情况为主，以无功调节经济效益作为主要优化目标，在控制策略制定时没有考虑到配电网系统中控制设备是否具备连续调整等功能特性，是一种单纯最求系统电网水平和网损最小的优化策略。而动态无功优化调节控制模式，是以系统中的实时负荷作为主要的特征信息，通过提起系统中负荷动态变化过程中的信息，以系统网损最小化和自动控制设备操作最小化等位控制目标。无功动态优化调节控制模式充分考虑了自动控制设备的日运行操作次数限制以及不确定因素引起的负荷波动情况，相比静态无功优化调节，该方法所获得的无功优化补偿策略更加符合配电网实际运行情况。但是，由于动态无功优化调节控制其影响因素较多，需要考虑的相关项也更多，因此，必须结合配电网实际功能需求，制定合理的配电网无功优化补偿策略，确保整个配电网具有较高的可靠性和节能经济性。

2分布式配电网动态无功优化补偿策略方案

为了满足结构较为复杂、负荷波动较大的配电网无功优化调节控制需求，利用安装在调度中心上位机上可以进行动态无功补偿智能计算分析和优化补偿策略制定的无功优化自动控制系统形成对应的远程操控命令，通过GPRS无线通道将控制命令传输到分支线路开关的数据传输单元中，实现对配电网系统中所有补偿器进行综合协调远程投切自动调节控制功能。由于配电网系统中每条馈线线路其在运行过程中，根据负荷波动情况可能同时运行多台无功补偿器，且这些无功补偿单元相互间无信息交互的独立结构，因此，需要调度中心上位机无功优化自动调节控制系统根据SCADA等系统获得对应的无功优化调节控制信息，实现对所有补偿器的协调经济调节运行。智能电网建设步伐的不断加快，SCADA配电网调度自动化系统在配电网系统中应用已相当普遍，可以实时对配电网运行和分支馈电线路的端部特征参数进行动态检测控制。本文所建立的分布式配电网系统无功优化补偿策略方案以SCADA配电网调度自动化系统作为数据信息的主要来源，然后结合TCP/IP等网络通信协议获得配电网系统中各分支馈电线路的特征参变量数据信息，经过无功优化自动化控制系统智能分析运算获得最优无功优化补偿调控策略。控制系统对配电网中SCADA子系统的数据提取请求与传输获取，以及集控中心的远程控制器间的数据信息交换是一个异步发生过程，也就是说DTU数据中心模块主要负责接收集控中心的远程控制器的数据调控命令，通过DTU传送到集控中心的上位机数据库中，同时向控制器发送各种远程操控报文数据。配电网无功补偿器沿分支馈电线路进行布置，通过GPRS无线通信通道实现与上位机间的实时通信。通过GPRS无线通道可以将分支线路开关设备的DTU数据终端单元与调度中心的上位机系统进行实时无线通信。无功优化自动化补偿策略方案中将配电网的拓扑结构信息、自动控制器信息、无功补偿电容器信息、以及分支线路开关切投状态信息等详细记录在系统数据库中。当系统运行时，无功优化自动化补偿系统就会自动连接信息数据库，读取整个配电网系统相关数据信息，并建立对应的逻辑调节控制关系。配电网调度管理人员通过无功优化客户端就能及时掌握整个配电网系统的运行工况状态，实时监控配电网无功动态调节的稳定性和分析无功补偿的经济效益水平。

结语

考虑光伏输出功率相关性的动态无功优化方法可以更加准确地反映DG接入对配电系统的影响。针对传统输入随机变量相关性控制实现过程复杂，采样规模较大的问题，提出一种结合模拟退火算法和拉丁超立方采样的方法。通过仿真验证，结论如下：1）结合模拟退火算法和拉丁超立方采样方法能够有效获取设定相关性矩阵的样本，简化相关性控制过程，提高计算效率。2）将SALHS方法的简便性与基于半不变量的随机潮流方法相结合，进行动态无功优化，可满足电压机会约束及离散设备动作次数约束，抑制系统的不确定性。本文在控制多输入变量相关性方面尚有不足，且如何在全局优化范围内考虑离散设备动作权限，并进一步减小系统损耗值得深入研究。

参考文献：

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