姚 鵬

（國網(wǎng)四平供電公司，吉林 四平 136000）

0 引 言

分布式電源的接入會對電力系統(tǒng)的運行產(chǎn)生多方面影響，需要電力工作人員做好電網(wǎng)的無功優(yōu)化調(diào)度工作，優(yōu)化無功潮流分布，避免電壓偏移的同時降低有功損耗，從而保證用電設(shè)備的運行安全。但是，在當前配電網(wǎng)使用的動態(tài)無功優(yōu)化方法中存在不少問題，如理論支持欠缺、穩(wěn)定性不足等。本文就相應(yīng)的預(yù)動作表制訂進行了改進和優(yōu)化，對電網(wǎng)在介入分布式電源的情況下如何進行動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)度進行討論，希望能夠為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供可靠支撐。

1 分布式電源概述

分布式電源指功率相對較小（1 000 kW～50 MW）的模塊式獨立電源。它的擁有方不一定是電力部門，也可以是電力用戶或者第三方，能夠與環(huán)境友好兼容，滿足電力系統(tǒng)和電力用戶的特殊用電需求，如調(diào)峰、商業(yè)區(qū)域供電等。相較于常規(guī)電力系統(tǒng)，分布式電源可以在一定程度上節(jié)約輸電和變電成本，提高供電的可靠性[1]。

分布式電源的優(yōu)勢體現(xiàn)在4個方面。第一，靈活性。分布式電源系統(tǒng)采用性能比較優(yōu)越的中小型模塊化設(shè)備，開機和停機速度快，維護管理方便，而且能夠根據(jù)實際需求進行靈活調(diào)整。電源相互獨立，能夠很好地滿足不同用戶對電能的不同需求。第二，經(jīng)濟性。從減少電能傳輸損耗的角度看，分布式電源一般設(shè)置在用戶側(cè)負荷中心，能夠減少輸配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，且分布式發(fā)電規(guī)劃建設(shè)周期較短，投資見效快，風險相對較小。第三，環(huán)保性。分布式電源以風電和水電等為主。這些能源清潔可再生，在發(fā)電過程中不會產(chǎn)生有害氣體，具備良好的環(huán)保性。第四，安全性。分布式電源的形式眾多，使得電力系統(tǒng)可以擺脫對單一能源的依賴，緩解能源危機。此外，分布式電源的位置相對分散，受突發(fā)狀況和自然災(zāi)害的影響小，能夠減少大規(guī)模停電問題[2]。

2 含分布式電源的配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)度方法

配電網(wǎng)無功優(yōu)化可以分為靜態(tài)無功優(yōu)化和動態(tài)無功優(yōu)化兩種形式。靜態(tài)無功優(yōu)化是在不考慮負荷變化的情況下對配網(wǎng)無功進行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度。動態(tài)無功優(yōu)化則需要考慮負荷在不同時間段的差異性，因此更加符合實際情況，得到的優(yōu)化成果也更好。研究表明，在接入分布式電源的情況下，配網(wǎng)無功優(yōu)化會受到比較顯著的影響。但是，很多研究人員沒有考慮分布式電源所具備的隨機性，導(dǎo)致配網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化問題的解決效果并不理想。

2.1 求解過程

現(xiàn)階段，在進行電網(wǎng)調(diào)度的過程中，動態(tài)無功優(yōu)化時空解耦是需要關(guān)注的一個核心問題。實踐中，一般會對照電容器投切容量編制和完善預(yù)動作時刻表，并且向需要進行相應(yīng)動作的設(shè)備提供動作權(quán)限，以有效規(guī)避所有電容器在同一時刻投切的現(xiàn)象?？紤]分布式電源本身處理的連續(xù)性和可調(diào)性，系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)中，電容器承擔粗調(diào)任務(wù)，分布式電源承擔細調(diào)任務(wù)。

2.1.1 制定動作時刻表

以小時為單位，將電網(wǎng)中所有母線在未來24 h內(nèi)的有功負荷、無功負荷以及分布式電源預(yù)測數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的時段劃分。每一個時段內(nèi)的負荷數(shù)據(jù)應(yīng)該依照積分中值定理轉(zhuǎn)化為常量，由此可以得到靜態(tài)負荷數(shù)據(jù)，可被應(yīng)用于靜態(tài)潮流計算。借助靜態(tài)潮流計算，能夠得到靜態(tài)優(yōu)化時各個電容器的投切容量矩陣[3]。

每一個電容器組都需要依照上述操作獲取相應(yīng)的預(yù)動作時刻表，確保在電容器最需要動作時能夠迅速投切，使得每一組電容器都可從自身的實際情況出發(fā)確定動作的最佳時刻，解決了所有電容器同時投切帶來的問題。這樣的方式能夠很好地滿足離散控制設(shè)備動作次數(shù)約束，提高經(jīng)濟效益，同時解決配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化中存在的時間解耦問題，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2.1.2 配網(wǎng)分區(qū)和負荷處理

從電容器投切對電網(wǎng)狀態(tài)的影響出發(fā)，結(jié)合電容器組彼此之間存在的空間耦合性，提出了一種以配網(wǎng)分區(qū)為基礎(chǔ)的負荷數(shù)據(jù)處理方法[4]。首先，針對相關(guān)文獻中提出的基于電壓和無功滿維靈敏度矩陣的分區(qū)算法進行優(yōu)化，在每一個分區(qū)內(nèi)設(shè)置一個電容器組或者相應(yīng)的平衡節(jié)點，以電網(wǎng)模型為對象開展分區(qū)計算。其次，依照相應(yīng)的電容器預(yù)動作時刻表做好靜態(tài)負荷數(shù)據(jù)的處理工作，為動態(tài)優(yōu)化計算提供支撐。這里以有功負荷的處理為例，已知電容器i的預(yù)動作時刻表為Ti=[0,ti,1,ti,2,…,ti,nc_max]，0表示電容器初始檔狀態(tài)。于是，存在分區(qū)i內(nèi)任意一條母線h在時刻t內(nèi)的有功負荷數(shù)據(jù)為：

其中，ti和e與ti和e+1指電容器i預(yù)動作時刻表中兩個相鄰的動作時刻，經(jīng)過處理后可以得到動態(tài)有功負荷數(shù)據(jù)[5]。無功負荷數(shù)據(jù)的處理同樣可采用上述方法。優(yōu)化計算后，所有電容器都可以在預(yù)定動作時間內(nèi)達到最佳的優(yōu)化結(jié)果，同時可以降低運行能耗。最后，利用配電網(wǎng)分區(qū)的方式進行控制，能夠保證更快的計算速度。

2.1.3 動態(tài)無功優(yōu)化

結(jié)合得到的動態(tài)有功負荷數(shù)據(jù)，將每一個時間段內(nèi)的能耗最低作為目標，就電容器投切容量進行優(yōu)化計算，以獲取最佳調(diào)度方案[6]。依照預(yù)動作時刻表的相關(guān)要求動作，做好電網(wǎng)中分布式電源的優(yōu)化，并且依照分布式電源的控制特點，將其分為電壓控制型、無功補償型和無功負荷型3種不同的類型。另外，分布式電源的處理分析可以排除動作次數(shù)限制，能夠?qū)⒅敵梢环N連續(xù)變量進行相應(yīng)的優(yōu)化計算。

2.2 算例仿真

基于IEEE33節(jié)點系統(tǒng)，增加相應(yīng)的電容器組和分布式電源，并且參照相關(guān)文獻中的數(shù)據(jù)，設(shè)置電容器組和分布式電源的位置和容量。具體的，在根節(jié)點位置加入相應(yīng)的有載調(diào)壓變壓器，節(jié)點8和節(jié)點31之間加入無功補償電容器，節(jié)點2和節(jié)點13之間加入分布式電源。經(jīng)過改造后的IEEE33節(jié)點系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 IEEE-33節(jié)點系統(tǒng)圖

系統(tǒng)中，確定平衡節(jié)點（節(jié)點0），將各個節(jié)點的初始電壓設(shè)置為1.00（標幺值）。有載調(diào)壓變壓器中，變比范圍確定為0.9～1.1，步進量為1.25%，上下檔之間可以調(diào)節(jié)的檔位數(shù)均為8個，并聯(lián)電容器可以自由投切，補充容量為150 kvar×4和150 kvar×7，分布式電源最大有功處理設(shè)置為1 MW，無功處理調(diào)節(jié)范圍在0～500 kvar。

結(jié)合某區(qū)域的典型日負荷曲線，假定在所有時段內(nèi)負荷都能夠保持不變，就典型日負荷曲線下的光照強度和相應(yīng)的風速大小進行蒙特卡洛模擬，結(jié)合光照強度、風速以及分布式電源有功處理的相互關(guān)系，經(jīng)過計算可以獲得分布式光伏和風力電源有功功率的日變化曲線。

在實施優(yōu)化計算的過程中，為了保證收斂速度，提升計算結(jié)果的準確性[7]，采用了MATLAB優(yōu)化工具箱中的fmincon求解器來求解非線性約束和不等式約束問題，相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果如表1所示。

表1 實驗結(jié)果對比

由表1可知，實驗5表明本文提出的優(yōu)化調(diào)度方案能夠顯著降低系統(tǒng)能耗，實現(xiàn)對電容器和分布式電源的協(xié)調(diào)控制，保證調(diào)度方案的合理性和有效性。

經(jīng)過優(yōu)化后，電容器動作次數(shù)控制在10次，設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性得到了顯著提升。對算例中所有電容器的預(yù)動作時刻表進行分析，電容器組預(yù)動作時刻表如表2所示。所有電容器的動作時刻都依照動作權(quán)限的高低進行排位，最需要動作的時刻排在最高位，最不需要動作的時刻排在最低位，可以保證同一時間段內(nèi)同時投切的電容器組數(shù)量較少，從而可以在電容器最需要動作的時刻進行投切。對照相應(yīng)的靜態(tài)優(yōu)化計算結(jié)果，本文方法計算得到的結(jié)果與現(xiàn)有的方法相比較，能夠更好地契合靜態(tài)計算結(jié)果。在不考慮電容器組動作次數(shù)的情況下，每一個時刻都可以達到最優(yōu)值[8]。

表2 電容器組預(yù)動作時刻表

3 結(jié) 論

將分布式電源引入配網(wǎng)無功調(diào)度能夠降低系統(tǒng)能耗，借助分布式電源所具備的良好電壓無功調(diào)節(jié)能力，提高配電系運行的安全性和經(jīng)濟性。本文提出的電容器預(yù)動作表制訂方法得到了實踐證明，可以嚴格控制電容器動作次數(shù)，通過分散投切的方式，使得電容器控制策略在各個動作時段內(nèi)達到最優(yōu)。算例結(jié)果表明，這種方法可以非常有效地降低系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。依照分布式電源和電容器的處理特點，本文提出的協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法能夠最大限度地發(fā)揮出各自的無功調(diào)節(jié)能力和優(yōu)勢，從而保證含分布式電源配電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化調(diào)度方法的合理性和有效性。