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配電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行控制方法論文
摘要：配電網(wǎng)優(yōu)化控制方法在理論上有許多控制方法，但是在實際應(yīng)用過程中，因為有許多不確定因素，簡化了約束條件，并進(jìn)行綜合考慮，從而實現(xiàn)優(yōu)化運行的目的。本文在配電自動化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述配電網(wǎng)優(yōu)化控制的方法。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);優(yōu)化控制;方法
一、配電自動化
配電自動化系統(tǒng)的功能基本有5個方面即配電 SCADA、故障管理、負(fù)荷管理、自動繪圖規(guī)范設(shè)理，地理信息系統(tǒng)(AM/FM/CIS)和配電網(wǎng)高級應(yīng)用。
同輸電網(wǎng)的調(diào)度自動化系統(tǒng)一樣，配電網(wǎng)的SCADA也是配電自動化的基礎(chǔ)，只是數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容不一樣，目的也不一樣，配電SCADA針對變電站以下的配電網(wǎng)絡(luò)和用戶，目的是為DA/DMS提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是，僅僅是配電 SCADA的三遙功能，并不能稱為配電自動化系統(tǒng)，必須在配電SCADA基礎(chǔ)上增加饋線自動化(FA)功能。饋線自動化的基本功能應(yīng)包括饋線故障的自動識別、自動隔離、自動恢復(fù)。配網(wǎng)故障診斷是一個復(fù)雜的問題，根據(jù)配網(wǎng)實際情況和故障情況的差別，診斷的步驟與方法不同。診斷方案應(yīng)適用于單相接地故障、相一相故障、相一相接地故障和三相故障。使用范圍為中性點不接地或小電流接地系統(tǒng)。為了完成DA的功能，配電SCADA除了可以采集正常情況下的饋線狀態(tài)量，還應(yīng)對故障期間的饋線狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的捕捉;除可進(jìn)行人工遠(yuǎn)程控制，還應(yīng)對饋線設(shè)備進(jìn)行自動控制，以便實現(xiàn)故障的自動隔離和自動恢復(fù)。
二、配電網(wǎng)優(yōu)化控制方法
為了降低預(yù)想事故集中的擾動帶來的損失，減少事故后的操作代價，使系統(tǒng)從不安全狀態(tài)回到正常狀態(tài)，所采取的一系列控制措施。如果系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)，此時進(jìn)行的防止事故擴(kuò)大的操作稱為緊急控制，使系統(tǒng)進(jìn)入待恢復(fù)狀態(tài)。對處于待恢復(fù)狀態(tài)的系統(tǒng)，需要采取負(fù)荷轉(zhuǎn)供和負(fù)荷切除等手段，以盡快的給盡可能多的失電負(fù)荷恢復(fù)電能供應(yīng)。本文將重點討論恢復(fù)控制中的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電容器投切以及相關(guān)的綜合優(yōu)化方法。
1、配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)
配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是通過選擇分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)斷路器的開合狀態(tài)，來改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以達(dá)到減少網(wǎng)損、平衡負(fù)荷、提高電壓質(zhì)量、實現(xiàn)最佳運行方式的目的。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是一個比較復(fù)雜的問題，它是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從數(shù)學(xué)模型來看，屬于非線性組合優(yōu)化問題。如果系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和電氣狀況允許，對每一個單重故障，將可以找到多個可行的轉(zhuǎn)供方案，方案越多，一則可以粗略的認(rèn)為該系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越堅強。
在樹枝沒有聯(lián)絡(luò)斷路器存在的配電網(wǎng)中是不存在重構(gòu)問題的，所以配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)理論的推導(dǎo)都是基于配電網(wǎng)具有環(huán)形結(jié)構(gòu)開環(huán)運行的網(wǎng)絡(luò)。在配電網(wǎng)中存在大量的常閉分段斷路器和少量的常開聯(lián)絡(luò)斷路器，隨著負(fù)荷的波動或者故障的原因，各條饋線在輕載與重載之間轉(zhuǎn)換，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)允許其開合交換支路，平衡各條饋線之間的負(fù)荷，這不但可以增加各條饋線的穩(wěn)定裕量，消除過載，提高其安全性，還可以提高總體的電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
配電網(wǎng)重構(gòu)是一個有約束的、非線性、整數(shù)組合優(yōu)化問題，通常以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，以電壓質(zhì)量、線路變壓器容量等為約束條件，目前配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的算法有很多，諸如最短路徑法、遺傳算法、快算支路交換算法、窮舉搜索法等，這些算法都在處理目標(biāo)函數(shù)上，在不同的方面取得了一定的進(jìn)展，但是考慮到網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在實際中僅是配網(wǎng)優(yōu)化控制的一個方面，是在多目標(biāo)決策下的一種優(yōu)化，還需要受到其它優(yōu)化目標(biāo)的限制，所以這些網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法在實際應(yīng)用中還需要做一定的調(diào)整。
2、電容器的投切
電容器投切在一般的配電網(wǎng)優(yōu)化中，主要作用就是改善電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損，電容器的投切對配電網(wǎng)的優(yōu)化控制有著很重要的意義。長期以來，研究規(guī)劃階段電容器優(yōu)化配置的文獻(xiàn)比較多，對運行中電容器優(yōu)化投切的研究還非常有限。后來許多學(xué)者就電容器的投切策略做了大量的研究，還有些學(xué)者針對配電網(wǎng)的模型進(jìn)行了研究，并對相應(yīng)的算法做了進(jìn)一步改進(jìn)。比如在中低壓配電網(wǎng)中，三相負(fù)荷由于是隨機(jī)變化的，且一般不平衡，但大多數(shù)對電容器優(yōu)化投切的研究是建立在三相負(fù)荷平衡的假設(shè)條件上的。三相負(fù)荷不平衡會導(dǎo)致供電點三相電壓、電流的不平衡，進(jìn)而增加線路損耗，同時會對接在供電點上的電機(jī)運行產(chǎn)生不利影響。因此許多學(xué)者開始研究三相模型，其中有人提出了一種配電網(wǎng)中三相不平衡負(fù)荷的補償方法，還有些文獻(xiàn)利用三相負(fù)荷模型進(jìn)行電容器優(yōu)化投切的研究，取得了較好的效果。
就優(yōu)化方法而言，不少文獻(xiàn)和著作都介紹了各種各樣的算法，具體可以分為兩類：數(shù)學(xué)模型的解析算法和優(yōu)化問題的人工智能算法。前者主要有非線性規(guī)劃、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等算法;后者有人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、模擬退火算法、Box算法和Tabu搜索法等現(xiàn)代啟發(fā)式算法。解析算法迭代次數(shù)少，收斂速度快，但得到的往往是局部最優(yōu)解。智能算法計算速度較慢，但在全局最優(yōu)性方面較好。在實際應(yīng)用中，采用解析類算法的相對多一點。
3、綜合優(yōu)化
如果將考慮安全性的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切結(jié)合起來，這就是計及安全性的配電網(wǎng)綜合優(yōu)化。配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是一個有約束的整數(shù)規(guī)劃問題，配電網(wǎng)絡(luò)電容器投切是個非線性整數(shù)規(guī)劃問題，即使單獨考慮其中一個問題就已經(jīng)十分復(fù)雜，若將它們綜合起來考慮就會更加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化影響著電容器投切，電容器投切又反過來影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，二者相互影響。對大規(guī)模配電網(wǎng)而言，有一種解決辦法就是將綜合優(yōu)化問題分解成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切兩個優(yōu)化子問題，對這兩個子問題進(jìn)行交替迭代逐步逼近最優(yōu)解。即在重構(gòu)算法的優(yōu)化過程中所得到的每一個可行重構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，加載電容器投切過程，得到基于該重構(gòu)方案的一個綜合優(yōu)化解，然后依據(jù)目標(biāo)函數(shù)交替迭代，向最優(yōu)解不斷逼近，直到獲得最終可行方案。這種配電網(wǎng)預(yù)防控制的綜合優(yōu)化方法，由于所針對問題及求解過程的復(fù)雜性，使得在線應(yīng)用具有一定的困難，一般用在離線的運行規(guī)劃、安全性分析與調(diào)度當(dāng)中。電容器采用基于遺傳算法的投切方法進(jìn)行計算，在現(xiàn)有的補償設(shè)備基礎(chǔ)上，以網(wǎng)損最小為目標(biāo)，在滿足電壓約束前提下，使整個網(wǎng)絡(luò)有功損耗最小。而網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)通過仿真配電網(wǎng)潮流的計算和網(wǎng)損的評估，來對配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)，確定最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。若單純以配電網(wǎng)的網(wǎng)損作為衡量指標(biāo)，則只做電容器投切的算法效果最好，綜合優(yōu)化的次之，重構(gòu)的效果相對最差，但是從配電網(wǎng)整體綜合優(yōu)化的角度來看，綜合優(yōu)化的方法則有可取之處，具體選擇哪一種算法，需要根據(jù)實際配電網(wǎng)的運行情況來加以考量。
三、結(jié)束語
配電網(wǎng)優(yōu)化控制方法在理論上已經(jīng)有許多控制的方法，但在實際的應(yīng)用過程中，由于存在著許多不確定因素，如環(huán)境因素、政府政策等，最優(yōu)化的結(jié)果很可能是個綜合、折衷的結(jié)果，而不是單個方面優(yōu)化后的最佳結(jié)果。配電網(wǎng)的運行是多個指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，在具體的操作中，可以考慮如何將這些約束條件進(jìn)行簡化處理，并進(jìn)行綜合考慮，從而達(dá)到配電網(wǎng)優(yōu)化運行的目的。
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