地区电网无功优化的研究

第36卷云南电力技术Vol. 36 No. 62008年12月YUNNAN ELECTRIC POWERDec. 2008地区电网无功优化的研究，马力(云南电网公司大理供电局，云南大理671000)摘要:按照电压等级和实际调节方法的不同，运用PSD-OPP电压无功优化软件进行模拟优化计算。关键词:无功优化九区 图PSD-OPF遣传算法风电机组中图分类号: TM7文献标识码: B文章编号: 1006 -7345 (2008) 06 -0016 -031前言压变压器和并联补偿电容器的基本调节规律是:通过对电力系统进行无功优化配置和调度,变压器分接头上调(或下调)后, U变大(或变不仅可以维持电压水平，而且可以降低有功网损小进线功率因素cosp变小(或变大),一般调.和无功网损，使电力系统能够更安全经济运行。节分接头对无功影响不大;投入(或切除)电容传统的九区图优化模式为实际调度运行工作提供器后，Q变小(或变大) U变大(或变小),了最简洁有效的优化方法，但其缺乏动态控制策cosp变大(或变小)。针对九区图控制策略中比略，面对电压无功同时偏高(偏低)的特殊情况较严重的情况是无功、电压都偏高(第三区)和下不易控制的。遗传算法作为一种简单有效的组无功、电压都偏低(第七区)两种情况，而在实合优化算法，其收敛速度和全局最优搜索能力将际电力系统运行过程当中又是经常出现的，比如更适用于电力系统无功优化领域的理论研究和实电源密集地区容易导致无功电压偏高，而电网末际应用。面对新型的间歇性能源一风力发电,端或者负荷密集地区容易导致无功、电压均偏低。风电场的功率输出具有很强的随机性，风电机组，九区图的不足之处在于所有的控制策略都是静态输出功率随风速随机变化,风电场接入电网会带的，没有预测性，未考虑无功调节对电压的影响来不少技术问题，特别是给配电网无功优化带来及电压调节对无功的影响，实际使用时会造成系更多的不确定因素。统震荡、装置频繁动作的问题。2九区图调节法1区203区大理地区电网的实际管理模式是采用地区调,一度和县级调度两级调度模式，110kV以下电网由8区呕4区县级调度负责，110kV 及以上电网由地区调度负责。由于输电网络无功调节手段一般不考虑发电7区6区5区机的无功输出越限，所以其数学模型比较简单。0t'Q在调度实际运行时，可以采用九区图法对其管辖范围内的变压器进行无功优化。目前经常采用的传统九区图法，其控制策略围1无功电压调节的九区图法是按照固定的电压和无功的上下限将电压和无功根据九区图的基本理论，已经能够对变电站平面的划分为9个区域，原理简单,控制方便可的无功电压进行初步优化策略,针对站内220kV靠。在图1中，U是变压器低压侧母线电压，Q和110kV的调压,还需要注意以下问题:一个是变压器高压侧无功功率, Q越下限( 功率因素220kV变电站的无功补偿容量控制不了220kV母超前)表示变电站向电网倒送无功，反之，Q越线电压， 220KV母线电压主要依赖于22V整个上限(功率因素滞后)表示电网无功不足，Q上电网的中国煤化工网中的发电下限之差至少应大于1组电容器组容量，有载调厂、变MHCNMHH压主要跟随收稿日期: 2008-05-2216第36卷地区电网无功优化的研究2008年第6期变压器变比的改变而改变。在220/110 kV全网无PGi、QGi为发电机i的有功、无功出力功优化运行中，相邻的两个电压等级之间，110PDi、QDi 为节点i的有功、无功负荷;kV电网想运行的好，必须在220 kV变电站的110Vi、ti 为节点i的电压幅值与相角;kV母线上得到一个理想的110 kV电压，还必须Cij、Bij 为节点导纳阵的第i行第j列元素的观察220 kV变压器高压侧的无功实时值必须达到实部与虚部。无功优化值得的要求，在这个基础上再进行1104风电场并网运行的无功补偿优化kV变电站内补偿装置电容器电抗器的投切、有载按照规划数据，丰大方式下两个风电场的容调压变压器的档位调整等手段。量占大理地区发电装机容量的1/10左右3 PSD- OPF的算法(75MW/707MW),风电并网容量较小时,风速波程序采用改进的原对偶内点法和遗传算法。动特性引起的电压、频率波动都由系统承担，机1)对偶内点法本质上是拉格朗日函数、牛群的有功控制通常以保证风电机组安全稳定运行,顿法和对数壁垒函数三者的结合。PSD - OPF采且风能利用率最大而为目标;无功控制是以保证用的是改进的非线性原对偶内点法即内含二次罚定子端出口功率因数恒定为目标，这是风电机群.函数法的非线性原对偶内点法，较好的解决了连与系统协调控制中最为简单的情况。当在小方式续变量和离散变量混和的无功优化问题,下，占大理地区装置容量90%的水电机组都减少2)遗传算法(GA: Genetic Algorithm)是模大量有功出力，这时风电并网容量达到接人系统拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的容量的一-定比例，风电机群和接人系统的有功控-种自适应全局优化概率搜索算法。基于数值计制需与调频装置共同配合;无功控制以发挥风电算的常规无功优化方法常常得到的是局部最优解机群无功潜力，保证风电机群并网点电压不越限非全局最优解，而基于GA的无功优化方法有许为目标，尤其是电压与无功调节控制策略。多优良特性，能可靠地找到近似全局最优的计算并网风电场多采用异步风力发电机发出有功结果，而且可以方便地和其他数值优化方法或人的同时要吸收无功，因此运行中需要向这些设备工智能方法相结合，形成混合遗传算法。CA还提供相应的无功功率。风电场的无功补偿就是在有一个优势，就是在待求解问题不存在可行解时，风电场中安装并联电容器组、静止无功补偿器等也能够输出一个越限最小、最逼近可行域的优化无功补偿设备，向异步发电机提供所需的部分无解，传统算法将难以给出适当的方案。功功率，减少电网电源向风电场提供的无功功率.PSD-OPF根据无功优化的特点对简单遗传迸而减少无功功率在电网中的流动，降低电网因算法进行了改进输送无功功率造成的电能损耗。以系统网损最小为目标函数为例传统配电网中影响无功优化结果的主要不确min.SG[ +V;-2V,cos8,) .定因素是负荷，当风电机组并网后，其输出功率随风速波动使配网中的不确定因素进~步增多。Gkij功为第k条支路(连接节点i和节点j)如何保证优化方案适应风速和负荷的随机变化是的电导，Vi、Vj第i、j个节点的电压幅值。研究问题的关键所在。相比负荷，风速变化更加等式约束(节点功率平衡方程)频繁且日前风速还很难精确预测，采用动态调节Pa-PBo -56cos0,+B, sn0,)20无功补偿的方法来适应风速的变化较为困难。P-Pa -它vG, cos0, +B,sim0,)=0, leS,)在实际分析过程中，对于风电、光电这类分布式电源的分析方法，采用最为广泛的就是基于场景的决策方法，场景决策方法要求对影响优化不等式约束结果的不确定因素进行组合，每种组合对应一个Pa≤P≤lies,)场景，中国煤化工性的优化方法2a≤Qa≤2o (∈S)进行计MH.CNMHG5法进行比较,.匕,≤K,≤D,(∈s)以求得大宋白网思时刀宋。口你w数将从经济性SB为所节点集合SG为所有发电机集合; SR和安全性两个角度来衡量无功优化方案的优劣，为所有无功电源集合。经济性体现在减小系统网损方面,安全性体现在172008年第6期云南电力技术第36卷改善系统静态电压稳定裕度方面。将风电机组的优化结果表明:风电机组所吸收的无功水平输出功率分为3个场景，分别是vo>v>vr、v=主要与电压有主要关系，系统电压越高时就需要vr、v>u (vi、 vr、vo分别为风机切人风速、额吸收更多的无功功率，并随风电出力的增加也有定风速、风机切出风速); 3种典型场景的发生概所增加，需要进行优化补偿，具体情况如图1所率不-样，在无功优化选择场景时，根据气象局示。该优化方案能在满足可靠性和经济性的要求对风电场附近区域的风速统计规律来计算概率。下保证风电场所需的补偿容量;稳定性校验结果P(KW)表明该风电系统在短路故障后能够保持稳定运行。Q/p.u_Us=1.05Pr_Us= 1.00- Us=0.95to v(s)+ P/p.u图2风电机组功率特性 曲线在潮流计算中，风电机组一般采用结构简单图3风电机组吸收的 Q随系统电压Us和风电场P变化的异步发电机组，在运行过程中要从系统吸收无风电机组额定运行时有利于减小网损和增大功，吸收的无功大小与异步机组输出的有功功率系统的静态电压稳定裕度，这主要是因为风电机和机端电压有关系，在潮流计算中可以将风电机组并网后减少了系统中的有功流动，而风电机组组作为电压静特性节点来处理。对应风电机组节从系统吸收无功的不利影响通过无功补偿的优化点的功率方程可以写为: .消除了。{SP= Pi-UiSUj(Gij cos0ij + Bij sin0j)=05电网程序优化方案|sQ= Qi-UiSUu(GijsinOj - Bij cos0i)=0本次计算研究方案的计算数据是以云南电网全网数据模型为基础，经过110kV网架调整、数式中:△Pi和为AQi风电机组的有功和无功据简化等值等手段，得出最终计算使用得大理地出力。其中Pi由风速决定,在每个场最下是确定区电网数据模型，用此来进行计算;由于不少优化方案涉及新--次设备的投资新建以及旧设备的的，Qi是机端电压的函数f (V), 由机端电压和改造，故研究水平年方面必须有一定的超前性，异步发电机组的参数决定。用牛顿法进行潮流计避免重复设计投资，选择以为远景规划的2010年算时，只需修改雅克比矩阵中的对应元索为研究水平年，计算的典型方式为丰大方式。U,8OU,/aU,其它元素的表达式及计算步骤与传根据2008年数据统计，220kV 系统出现的电统的不含风电机组的潮流计算无差别。压最低点是在汛前枯大方式下的220kV下关变母再运用上面介绍的遗传算法(GA) 来求解线(209kV), 最高点是在汛后枯小方式下的西洱无功优化问题，将控制变量发电机无功出力采用河一级电站220kV母线(237. 6kV);配电网络中小数编码，可调变压器抽头和电容器电抗器投运35kV、10kV的电压最低点是北部电网的邓川变组数采用整数编码。整数编码的格式如下所示:和鹤庆变( 33kV和9.5kV),最高点是丰大方式[T.T.--T./Xx-.X.]下的西部电网的永平变电站，该站110kV、35kV、式中:T,表示第i台可调变压器抽头位置;10kV母线电压均为地区电网内最高值X,表示第j个电容器组投运组数。在遗传操作过(122. 2kV、39. 78kV、11.2kV)。我们在程序中.程中，选择比例法作为选择算子。采用能够提供对于上面提及的电压出现的越限以及最高、最低较好的个体性状和较高的个体适应度的单点交叉点电压发生的地点，在电压约束情况就需要特殊作为交叉算子。为了保护较好的解不被破坏，采约束，而普通的节点就采用最高Max =1.05 Min用最优保留策略将每- - 迭代步中的最优解直接复=0.9中国煤化工制到下一代。为了提高算法的搜索能力，在采取61YHCNMHG最优保留策略的前提下适当提高变异率,增大对1)对于优化的日杯函数:网损最小，但是适应度不好的解的搜索领域，以避免算法限于局在对个别节点电压做过分的限制(下转第25页)部收敛。8第36卷配电网快速消弧加快速选线的新型接地方式2008年第6期相当,二者难以严格区分开。采用传统零序电量地的优点，适应于电缆线路和架空线路，且不受原理准确度低，不易选准; DDS采用变化量比较配电网容量的限制，是一-种较为理想的具有发展法，在KD- XH消弧线圈的特殊配合下，可保证前途的接地方式。在未实行选线跳闸、只显示接故障线路零序电流变化量与非故障线路零序电流地线路信号的情况下，该新型接地方式即减少了变化量有明显区别，因此很容易找出接地线路。跳闸率，又缩短了盲目寻找故障线路的时间,也.2)即使在配网电容电流较小时，仍能准确有效地提高了供电可靠性。选线。此时,基于传统零序电量原理的选线装置结束语中的- - 些判据不容易满足，往往选不到线路或选快速消弧加快速选线(跳闸)的新型接地方到电容电流较大的非接地线路;KD-XH与DDS式是理想的配电网中性点接地方式，它兼顾了低配合，可通过改变可控硅的导通角来改变补偿电阻接地和消弧线圈接地的优点，适应于电缆线路流，在DDS选线的瞬时可将补偿电流稍微增大,和架空线路，且不受配电网容量的限制，该方式以满足接地故障线路零序电流有2 ~3A的变化，的运行已证实了其显著优点,实现快速消弧加快从而准确选出故障线路。速选线(跳闸)的新型接地方式是优化配电网运2.5 KD - XH加DDS在电力系统的运用方案行的方向，特别适合于南方多雷雨地区。对于35kV、66kV配电网,变压器绕组为Y参考文献接法，有中性点引出，变压器零序阻抗较低时可[1] DL/T872 -2004， 小接地电流系统单相不用接地变。对于6kV、10kV 配电网，因变压器接地保护装置[S] .绕组为0接法，需要用接地变压器制造中性点，.[2] DL/T1057 -2007，自动跟踪补偿消弧线以便加装消弧线圈。为降低零序阻抗，接地变压圈成套装置技术条件[S] .器一般采用Z形接线，并可带适当的二次容量以[3] KD-XH系列配电网智能化快速消弧选代替站用变。.线系统[S] .2.6新型接地方式的优越性新型接地方式兼顾了低阻接地和消弧线圈接(. 上接第18页)条件之后,难以得出满意的优化让变电站、发电厂、用户与电网的无功交换在大数据，甚至计算不下去。针对35kV和10kV的节部分时候都为零。供电企业采用传统的九区图法点电压过高或者过低的情况，一般可以进行投切和PSD-OPF无功优化软件可以很好的在实际调电容器来解决，但是在-2节点中没有分组投切度工作和远景动态规划中取得良好的效果，随着的电容电抗器的，就不对其电压进行限制，使用电网建设的加速，电网复杂程度8益加剧，在系.默认的0.95-1. 05这个范围。统发生N-1故障时，将面临系统无功不足，电2)优化后系统的有功损耗和无功损耗，优压质量大幅下降等重大问题，很有必要再深人探化后分别减少了2. 12MW (4.01%) 和23. 942讨在N-1情况下维持电网电压安全性的特殊无MVAR,无功损耗的优化效果最为明显，减少了功无偿优化问题。65. 77%的消耗在线路和变压器上的无功损耗。3)加强电网建设,改善电网结构,也是提[1]吴强.区域电网电压无功优化控制系统升电网无功电压的重要途径，对于个别电站的开发与应用[J] .现代电力，2003, 20 (3,110kV母线或者连接有小水电的110kV母线,通4): 54- -58.过调整发电机的无功出力，提高机组的功率因素，[2]芳元，汪玉凤。改进遗传算法的电力系来进行电压控制。对于重负荷的东部电网，在所统无功规划优化[J] .继电器，06, 34 (13):有电容器和补偿装置都投入的情况下电压偏低的中国煤化工情况依然存在。MHCNMH G进遗传算法在.7结束语无功优化中的应用J .电刀系犹及其自动化学无功优化是让无功就地分层分区动态平衡，报，2003, 15 (4): 15-18.2