DOC《附件:标题1560125444》

0.

4 kV配电网无功补偿多点配置研究 赵前扶1,于擎1,王圣钧2,张恩硕2 (1.东北电力大学 电气工程学院,吉林 吉林

132012 ;

2.国网通化供电公司,吉林 通化 134000) 摘要:针对低压配电网无功补偿问题,建立了以最小网损为目标函数的无功补偿优化模型 ,运用改进内点法对优化模型进行求解.并对在配变低压侧根部一点配置补偿装置无法解决的低压配电网网损等现象,提出了在配变低压侧三相线路上多点分布配置无功补偿装置的优化方式,先以所有负荷节点做为待补偿点用改进内点法对模型进行求解,得到理想配置方案后,考虑到补偿的经济性及检修方便等因素,选定几个最终补偿点进行无功补偿装置配置.对实际的低压配电网进行了分析计算验证方法的可行性和实用性. 关键字:低压配电网;

改进内点法;

无功优化;

多点补偿 中国分类号:TM76 文献标志吗:A 文章编号:1001-1390(2017)00-0000-00 Research on reactive power compensation multi-point configuration distribution network Zhao Qianfu1, Yu Qing1, Wang Shengjun2, Zhang Enshuo2 (1. School of Electrical Dianli 132012. Power Supply Corporation State Grid Corporation of China, Tonghua 134000) : Aiming at the problem of reactive power compensation in low voltage distribution reactive power compensation optimization model with net loss as the objective function is improved interior model is used to solve the optimization model in the process of the allocation of compensation device can not solve the low-voltage distribution network loss and so optimization of reactive power compensation device with multi-point distribution on the low-voltage side of the distribution transformer is model is solved by using the improved interior point method with all the load nodes as the taking into account the economy of compensation and easy maintenance and other several final compensation for reactive power compensation device feasibility and practicability of the method are analyzed and verified by the actual low-voltage distribution network. Keywords: low voltage distribution network, improved interior point method, reactive power optimization, point compensation

0 引言随着电力系统技术与国家经济的迅速发展,大众对环保和节能理念显著增强,国家对电力系统的电能质量也有了更高的要求.在已有电能资源的前提下,确保整个电力系统的安全、可靠的运行,降低系统网损,提高供电质量,永远是电力部门追求的使命.而在配电网中达到这一使命的必经途径之一就是电力系统的无功补偿优化.配电网作为电力系统中直接面向用户的末端环节和服务窗口,其供电可靠性和电能质量直接关系到电力企业的经济效益和社会效益[1]. 如今,在整个电力系统中低压配电网的无功补偿装置配置、优化负载不平衡运行和线路损耗方面问题依然严峻,不单网损高并且电压质量差,乃至部分末端线路电压不足以供给正常家庭用电的地步,给电力部门带来严重的经济损失.所以,针对低压配电网实际存在的诸多问题进行无功多点分散补偿优化配置的研究具有深远的现实意义. 文献[2]提出了改进遗传算法与原对偶内点法的无功优化混合算法,提高了算法的精度;

文献[3]采用内点法和改进粒子群算法的无功优化混合策略,提高了算法的收敛速度.文献[4-7]只是对10 kV进行无功优化配置,而如今,我国配电网方面的难题则是对低压配电网网损的降低及电压质量的提高;

文献[8]目标函数考虑到经济效益,及降损收益的中低压配电网无功补偿优化模型.主要针对国内研究较少的0.4 kV低压配电网,对低压配电台区进行多点配置,获得理想配置方案后,综合经济及设备维修等因素确定最终的几个重要补偿点. 本文针对低压配电网及其结构特点,构建了低压配电网多点配置的数学模型,以有功网损最小为目标函数,并采用改进的含有适应压缩因子的跟踪中心轨迹内点法进行求解[9],在求得理想配置方案后,考虑经济等因素,着重挑选出几个重要补偿点,对其进行配置优化.在实际的配电台区进行计算分析,实验结果充分体现了改进算法的可行性和实用性.

1 无功补偿数学模型 配电网无功补偿数学模型的一般形式为: S.t. 式中目标函数为整个低压配电网的有功网损;

为各节点非线性等式功率平衡方程,即潮流方程,为系统的非线性不等式约束,其上限为,下限为.以上模型中,共用m个等式约束,r个不等式约束. 2低压配电网无功补偿最优潮流模型 以低压配电网有功网损最小为目标函数: (1) (2) (3) 式中为配电变压器注入的有功功率;

和为各负荷节点i吸收的有功功率和无功功率;

为节点i的电压幅值,为电压的相角差;

为节点i处电容器的补偿容量,为非连续变量. 针对农村低压配电台区的特点,将配电变压器的低压侧负荷节点电压设置为380 V ~418 V.

3 模型的求解 3.1 改进内点法优化算法 内点法最初的基本思路是希望寻优迭代过程始终在可行域内进行,因此,初始点应取在可行域内,并在可行域的边界设置 障碍 使迭代点接近边界时其目标函数值迅速增大,从而保证迭代点均为可行域的内点,但是,对于大规模实际问题而言,寻找可行初始点往往十分困难,为此许多学者长期以来致力于对内点算法初始 内点 条件的改进,跟踪中心轨迹内点法只要求在寻优过程中松弛变量和拉格朗日乘子满足简单的大于零或小于零的条件,即可代替原来必须在可行域内求解的要求,使计算过程大为简化[10]. 跟踪中心轨迹内点法[11]的主要思想即,通过引入松弛变量将不等式约束转化为等式约束,通过引入障碍常数把目标函数改造成为障碍函数,即变为如下优化问题 (4) S.t. 其中松弛变量,,

满足,,

障碍常数,式中或靠近边界时,函数(4)式趋于无穷大,因此满足以上障碍函数的极小解不可能在边界上找到,只能在满足松弛变量大于零时才可能得到最优解[12]. 优化问题带自适应压缩因子的拉格朗日数为 (5) 式中;

;

均为拉格朗日乘子;

为自适应压缩因子.定义如式(6). (6) 式中为正整数;

N是最大迭代次数;

G是当前迭代次数.根据算法的搜索进展情况,确定自适应的压缩因子,确保增加从搜索初始到全局最优解的能力.该问题极小值存在的必要条件是拉格朗日函数对所有变量及乘子的偏导数为0. (7) (8) (9) (10) (11) 式中;

;

;

;

;

. 通过采用牛顿法对非线性方程式(7)~式(11)进 行迭代求解,并保证每一步迭代中修正步长的选 取满足,,

和,可以直接得到低压配电网无功补偿多点分布配置优化模型(1)的大致最优解. 3.2 改进内点法程序流程图 最优潮流改进内点算法流程图如图1所示. 图1 最优潮流改进内点算法流程框图 Fig.1 of the optimal power flow improvement interior point algorithm 其中初始化部分包括: 设置松弛变量、,保证;

设置拉格朗日乘子、、,满足;

设优化问题各变量的初值;

取中心参数,给定计算精度,迭代次数初值,最大迭代次数. 3.3 多点无功补偿配置优化策略 首先,将所有负荷节点做为无功待补偿节点,用加入自适应压缩因子的跟踪中心轨迹内点法求解优化方程组,得到理想的多点无功补偿配置方案,得到该低压配电网需要的总无功补偿容量. 然后,根据理想的配置方案,顾及到每个无功补偿装置的最大补偿量及投资经费等因素,最终确定几个最需补偿点.补偿点的下限为,顾及到迭代过程更易于收敛,在补偿下限的基础上多1到2个补偿点.补偿点的确定着重以理想无功配置方案中需补偿电容器的容量相对大的节点. 最后,上述确定的补偿节点作为控制变量,再次求解优化模型(1),得到多点无功补偿配置方案.

4 算例分析 小石村低压配电台区的结构如图2,其配电变压器采用S11-200型,容量为200 kVA,短路电压百分数为4,短路损耗为2.6 kW,变比为10.5/0.4 kV变压器送电给负荷. 图2 小石村低压配电网台区的结构图 Fig.2 Structure of Xiaoshi village low voltage distribution network 线路及各元件参数如下: (1)输电线路为铜导线,电阻率为,其长度以及横截面积见表1,由以上参数可求出各段线路的电阻,由低配网特点假设线路电抗近似为电阻的1/5(配电变压器高压侧1节点除外),得线路阻抗见表1. (2)各负荷节点的功率见表2,有功功率由有功电表得到,无功功率由无功电表得到,选择1节点为平衡节点,电压幅值为10.3 kV,相角为0. 表1 支路阻抗及参数 Tab.1 Impedance and parameter of each branch 支路 首节点 末节点 S/L

1 1

2 6.500

20 2

2 3 0.127 0.025 4*35/254

3 3

4 0.048 0.009 4*85/232

4 4

5 0.121 0.024 4*10/69

5 5

6 0.151 ........