配電網無功電壓優化運行控制方法論文

　　摘要：配電網優化控制方法在理論上有許多控制方法，但是在實際應用過程中，因為有許多不確定因素，簡化了約束條件，并進行綜合考慮，從而實現優化運行的目的。本文在配電自動化的基礎上進一步闡述配電網優化控制的方法。

　　關鍵詞：配電網;優化控制;方法

　　一、配電自動化

　　配電自動化系統的功能基本有5個方面即配電 SCADA、故障管理、負荷管理、自動繪圖規范設理，地理信息系統(AM/FM/CIS)和配電網高級應用。

　　同輸電網的調度自動化系統一樣，配電網的SCADA也是配電自動化的基礎，只是數據采集的內容不一樣，目的也不一樣，配電SCADA針對變電站以下的配電網絡和用戶，目的是為DA/DMS提供基礎數據。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，必須在配電SCADA基礎上增加饋線自動化(FA)功能。饋線自動化的基本功能應包括饋線故障的自動識別、自動隔離、自動恢復。配網故障診斷是一個復雜的問題，根據配網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。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量，還應對故障期間的饋線狀態進行準確的捕捉;除可進行人工遠程控制，還應對饋線設備進行自動控制，以便實現故障的自動隔離和自動恢復。

　　二、配電網優化控制方法

　　為了降低預想事故集中的擾動帶來的損失，減少事故后的操作代價，使系統從不安全狀態回到正常狀態，所采取的一系列控制措施。如果系統進入緊急狀態，此時進行的防止事故擴大的操作稱為緊急控制，使系統進入待恢復狀態。對處于待恢復狀態的系統，需要采取負荷轉供和負荷切除等手段，以盡快的給盡可能多的失電負荷恢復電能供應。本文將重點討論恢復控制中的網絡重構、電容器投切以及相關的綜合優化方法。

　　1、配電網網絡重構

　　配電網網絡重構是通過選擇分段開關、聯絡斷路器的開合狀態，來改變網絡的拓撲結構，以達到減少網損、平衡負荷、提高電壓質量、實現最佳運行方式的目的。網絡重構是一個比較復雜的問題，它是網絡結構的優化，從數學模型來看，屬于非線性組合優化問題。如果系統的網架結構和電氣狀況允許，對每一個單重故障，將可以找到多個可行的轉供方案，方案越多，一則可以粗略的認為該系統的網架結構越堅強。

　　在樹枝沒有聯絡斷路器存在的配電網中是不存在重構問題的，所以配電網絡重構理論的推導都是基于配電網具有環形結構開環運行的網絡。在配電網中存在大量的常閉分段斷路器和少量的常開聯絡斷路器，隨著負荷的波動或者故障的原因，各條饋線在輕載與重載之間轉換，配電網的結構允許其開合交換支路，平衡各條饋線之間的負荷，這不但可以增加各條饋線的穩定裕量，消除過載，提高其安全性，還可以提高總體的電壓質量，降低網損，提高系統的經濟性。

　　配電網重構是一個有約束的、非線性、整數組合優化問題，通常以網損最小為目標函數，以電壓質量、線路變壓器容量等為約束條件，目前配電網網絡重構的算法有很多，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函數上，在不同的方面取得了一定的進展，但是考慮到網絡重構在實際中僅是配網優化控制的一個方面，是在多目標決策下的一種優化，還需要受到其它優化目標的限制，所以這些網絡重構算法在實際應用中還需要做一定的調整。

　　2、電容器的投切

　　電容器投切在一般的配電網優化中，主要作用就是改善電能質量和降低網損，電容器的投切對配電網的優化控制有著很重要的意義。長期以來，研究規劃階段電容器優化配置的文獻比較多，對運行中電容器優化投切的研究還非常有限。后來許多學者就電容器的投切策略做了大量的研究，還有些學者針對配電網的模型進行了研究，并對相應的算法做了進一步改進。比如在中低壓配電網中，三相負荷由于是隨機變化的，且一般不平衡，但大多數對電容器優化投切的研究是建立在三相負荷平衡的假設條件上的。三相負荷不平衡會導致供電點三相電壓、電流的不平衡，進而增加線路損耗，同時會對接在供電點上的電機運行產生不利影響。因此許多學者開始研究三相模型，其中有人提出了一種配電網中三相不平衡負荷的補償方法，還有些文獻利用三相負荷模型進行電容器優化投切的研究，取得了較好的效果。

　　就優化方法而言，不少文獻和著作都介紹了各種各樣的算法，具體可以分為兩類：數學模型的解析算法和優化問題的人工智能算法。前者主要有非線性規劃、線性規劃、整數規劃、混合整數規劃和動態規劃等算法;后者有人工神經元網絡算法、遺傳算法、模擬退火算法、Box算法和Tabu搜索法等現代啟發式算法。解析算法迭代次數少，收斂速度快，但得到的往往是局部最優解。智能算法計算速度較慢，但在全局最優性方面較好。在實際應用中，采用解析類算法的相對多一點。

　　3、綜合優化

　　如果將考慮安全性的網絡重構和電容器投切結合起來，這就是計及安全性的配電網綜合優化。配電網絡重構是一個有約束的整數規劃問題，配電網絡電容器投切是個非線性整數規劃問題，即使單獨考慮其中一個問題就已經十分復雜，若將它們綜合起來考慮就會更加復雜，網絡結構的優化影響著電容器投切，電容器投切又反過來影響網絡結構的優化，二者相互影響。對大規模配電網而言，有一種解決辦法就是將綜合優化問題分解成網絡重構和電容器投切兩個優化子問題，對這兩個子問題進行交替迭代逐步逼近最優解。即在重構算法的優化過程中所得到的每一個可行重構方案的基礎上，加載電容器投切過程，得到基于該重構方案的一個綜合優化解，然后依據目標函數交替迭代，向最優解不斷逼近，直到獲得最終可行方案。這種配電網預防控制的綜合優化方法，由于所針對問題及求解過程的復雜性，使得在線應用具有一定的困難，一般用在離線的運行規劃、安全性分析與調度當中。電容器采用基于遺傳算法的投切方法進行計算，在現有的補償設備基礎上，以網損最小為目標，在滿足電壓約束前提下，使整個網絡有功損耗最小。而網絡重構通過仿真配電網潮流的計算和網損的評估，來對配電網進行重構，確定最優網絡結構。若單純以配電網的網損作為衡量指標，則只做電容器投切的算法效果最好，綜合優化的次之，重構的效果相對最差，但是從配電網整體綜合優化的角度來看，綜合優化的方法則有可取之處，具體選擇哪一種算法，需要根據實際配電網的運行情況來加以考量。

　　三、結束語

　　配電網優化控制方法在理論上已經有許多控制的方法，但在實際的應用過程中，由于存在著許多不確定因素，如環境因素、政府政策等，最優化的結果很可能是個綜合、折衷的結果，而不是單個方面優化后的最佳結果。配電網的運行是多個指標的綜合體現，在具體的操作中，可以考慮如何將這些約束條件進行簡化處理，并進行綜合考慮，從而達到配電網優化運行的目的。

　　參考文獻：

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