含分布式电源的配电网无功补偿优化配置

含分布式电源的配电网无功补偿优化配置

闫姗姗窦银科

（太原理工大学048000）

摘要：目前，对含有分布式电源配置电网的无功补偿优化配置方法很多，其意义主要在于对配电电网的稳定性、可靠性、经济性和可维护性方面，并且可以提供电能的质量，这对当前科技飞速发展、对电能需求较高的用户意义非凡。本文介绍了分布式电源的优点、配电网无功补偿优化方法的研究现状，并以潮流计算法为例，对配电网务工补偿进行优化设置。

关键词：分布式电源；配电网；无功补偿

一、分布式电源的优点

分布式发电是指发电功率建议在三十至五十兆瓦以内的小型模块化、分散式，地点在用户附近布置的稳定性极强的发电单元。其发电方式主要包含风能发电、光能发电、光热发电、内燃机发电、潮汐能发电等，它可以改变电网的分布布局，提高电网的性能，满足用户对高质量、较稳定电能应用的需求。分布式电源的优点是：能够提高为用户供电的可靠性，在用户遭受断电或故障之时可以为其提供电能；能够在城市供电量无法深度扩容的情况下进行分布并提供供电；可以降低电网的布置成本；可以在集中电网布置难度很高、成本偏大的山区进行布置；分布式电源十分环保，代替以往以污染环境为代价的发电方式；分布式电源投资成本低、建设速度快、运行维护方便。

二、配电网无功补偿优化方法的研究现状

配电网无功补偿优化配置研究和发展已经经历了多年，研究的方向也十分全面。在目标函数方面，可分为以网络损耗最小为目标函数、以电压质量最好，即电压偏离最小为目标函数、以全年电能损失费用与无功补偿设备的投资费用之和为目标函数等。在优化算法方面，总的来说分为线性规划法、非线性规划法、混合整数规划法和人工智能方法。线性规划法方法特点是计算速度快、收敛可靠、算法稳定，主要包括灵敏度分析法和直接法。非线性规划法是解决无功优化最直接的方法，特点是直观，容易理解。其中包括牛顿算法、梯度法、变尺度法等。混合整数规划法是针对优化变量中含有整数变量的情况。人工智能方法受初值点影响小，解决有离散变量的优化问题更精确，鲁棒性好，所以被应用到电力系统优化计算中。

三、无功补偿优化配置方法-潮流计算方法

在配电网潮流计算中，存在线路的电阻和电抗之比相差不大，甚至大于1的情况，而且数量很多，所以对于适用于大电网的PQ分解法等方法不再适用，而前推回代法选取支路参数进行计算，迭代变量为支路功率和节点电压，没有矩阵的运算，所以该方法不会受到配电网中线路的电阻和电抗之比相差不大的问题影响。因此本文应用前推回代配电网潮流算法，下面简单介绍。

（一）前推回代法

前推回代法是比较常用的解决配电网潮流计算问题的方法之一。在前推回代法计算中，潮流计算从线路末端开始，先求得各支路末端功率和新增无功补偿值，后用末端功率进行电压计算，用线路始端开始求得各节点电压，然后返回计算潮流，对此过程进行反复运算。

前推回代法的计算步骤如下：

第一步，进行前推运算，首先将支路排序，从与末端节点连接的支路开始，

利用末端节点功率和对应的节点电压（初始电压使用该配网线路的额定电压，之后使用上次回代运算后所得出的电压），向根节点方向进行计算，可得到配电网各支路的功率损耗及配电网的功率分布：

即为作为计算停止的条件。

前推回代法潮流计算的步骤如下：

1.给出配电网所有节点负荷的有功功率和无功功率，令各节点电压初值为配电网的额定电压；

2.由节点的注入功率和电压值，通过式1、2、3，由末节点向根节点方向逐一求得各线路网络损耗和各节点注入功率，求解线路的功率损耗和配电网功率分布；

3.由根结点电压值和支路始端功率，通过式4、5，由根节点向末节点方向逐一求解各个节点电压；

4.检查收敛条件，当满足误差条件时计算结束，否则由以上计算所得的节点电压为各节点电压值，功率不变，再次进行前推回代计算，直至满足误差条件计算结束。

（二）分布式电源对潮流计算的影响

传统配电网一般呈辐射状，稳态运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低。本文采用上面一节介绍的前推回代配电网络潮流算法，但由于分布式电源的加入，势必会给计算带来一些问题，这是由分布式电源的自身特性决定的。

1.节点性质的问题

配电网中的分布式电源一般与节点负荷直接连接，它不仅能输出有功功率，在各种变电装置和滤波装置的影响下，还会发出一定量的无功功率。有功方面，由于蓄电池的存在，可将其视作一个输出有功恒定的电源；无功方面，由于分布式发电类型不同、变电装置的不同、滤波装置的不同及分布式电源控制方式的不同而使得发出的无功是不确定的，因为发出无功的大小对本文所讨论的问题不存在实质的影响，也认定所发出的无功唯一选取的定值。

由于配电网中的分布式电源一般与节点负荷直接连接，我们可将节点上的负荷与负荷所连接的分布式电源仍视作一个节点。对于分布式电源的节点类型，还没有一个统一的规定，一般当作PQ或PV节点来处理，由于前面我们认定分布式电源发出的无功功率是随有功功率变化的，当有功功率确定时无功功率为一个定值，所以将这种负荷和分布式电源的负荷节点当作PQ节点来处理，简化问题的同时对计算结果影响很小。

2.多电源供电问题

一般情况下，配电网是单端供电的，而由于分布式电源的存在，造成了配电网内部多个电源，多端供电的问题。由于上面所讲，我们将负荷和与之连接的分布式电源视作一个节点，且为PQ节点来处理，因此我们将负荷和与之连接的分布式电源单纯的视作一个负荷节点来考虑，也就是将此问题又转化为单端供电问题。

3.潮流流向问题

在普通配电网中，潮流流向都是由根节点流向末端节点的。当加入的分布式电源所发出的功率大于与之连接点的负荷功率时，可能会使得潮流方向变化，潮流方向不单一等问题。本文中仍将其视作从根节点流向末端节点的单一流向潮流，凡是反向的潮流都当作负的正向潮流处理，因为本文应用的是前推回代法，在计算过程中不会受到该问题的影响。

通过以上的分析和方法，使得之前所讨论的方法可行。

四、小结

含分布式电源的配电网无功补偿优化配置的意义重大，对缓解密集城市高负荷供电的电网能够给予有效缓解，并且提高电网的电能质量。本文采用潮流计算方法论述了配电网无功补偿的优化配置方法。

参考文献：

1.李欣然，邓威，等.考虑不确定性分布电式电源影响的配电网无功补偿配置方法.电力科学与技术学报.2012.3

2.张丽，徐玉琴，等.包含分布式电源的配电网无功优化.电工技术学报.2011.3

3.胡金理，刘曼，等.含分布式电源的配电网无功优化.电力学报.2015.4