基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法.pdf

电气工程电气工程CE MAGAZINE PAGE 56CE MAGAZINE PAGE 57基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法于 海【摘 要】为提高光伏配电网的无功优化效果，基于改进灰色关联算法，判断灰色关联关系群组之间的关联关系，按照初始状态或最后一次反向运算的结果，优化适应度函数和适应度比例，完成配电网三相不平衡无功优化。以 IEEE3 节点分布式光伏配电网为算例进行分析，结果表明，30 次迭代后，即可进入收敛状态，电压幅值提高幅度较大，可有效避免电压越限的现象发生，网损下降率高达 16.46%。【关键词】无功优化；改进灰色关联算法；三相不平衡；潮流计算；光伏配电网作者简介：于海，本科，国网沧州供电公司设备管理部副主任，工程师。引言保障电网运行更加经济安全，目前已成为我国电力科学领域的一项重要研究课题1。杨蕾等2提出了基于无功优化模型的新能源无功调节方案，能够得到较稳定的电压值。刘梦依等3构建了一种基于粒子群优化网络的风电场出力预测曲线，最终从模拟结果看出，引入分布式电源后，可以保证配电网运行的稳定性。本文利用改进灰色关联算法，设计一种配电网无功优化方法。一、配电网三相不平衡无功优化方法设计当光伏电源接入配电网中，为了保证配电网的电压可以满足正常的供电电压，采用并联电容器的方法对分布式光伏配电网进行有功补偿，分布式光伏配电网的功率在（0.91.0）范围内变化4。经过迭代处理后，利用下式使得有功功率可以达到0.9的无功补偿容量：（1）上式中，代表含分布式光伏电源的功率因素。将其代入到下式，求出配电网的无功功率补偿量：（2）上式中，表示含分布式光伏配电网的投入容量，为一般常数，当光伏电源的无功功率投入充足时，有功功率因数大于0.9，需要在结果加1。基于上述对含分布式电源的配电网潮流计算的方法，进行潮流计算实现过程描述，具体步骤为：Step1：进行配网结构解析，把网络的参量转化成标准的数值，对节点进行编码，设置根结点0；Step2：判定有没有其他类型的功率分配，若有，按照初始状态或最后一次反向运算的结果，计算出分配功率，并把它作为 PQ节点5。若没有，就可以进行下一阶段的工作；Step3：对每个节点进行能量的统计，比如光伏电源，分布式电源，并联电容器等，或把结果输入到节点中，计算出有功功率；Step4：按最后一步的基准电压，或是最后一步循环时的电压值、终端功率进行推算，直至完成最后一步可以回到初始状态；Step5：按首端电压、前推得到的前端电源进行回代运算，然后再进行各节点电压的分配，直至返回终端；Step6：重复迭代过程+1，判定该循环过程中的节点电压与前一次循环时的电压之差是否低于该标准值，如果低于该值，执行Step8，如果超过该值，执行Step7；Step7：通过环状网络或 PV节点的阻抗矩阵，计算出环断点处的有功功率，对PV节点无功功率进行校正，然后进行Step2Step6；Step8：完成了含分布式光伏配电网潮流的计算，得出相应结果。根据配电网输出的无功功率，计算出分布式光伏配电网的无功补偿量，结合潮流计算的代码开发，计算了含分布式光伏配电网潮流。采用改进灰色关联算法对含分布式光伏配电网进行三相不平衡无功优化，其流程如图1所示。图1 配电网三相不平衡无功优化算法流程根据含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化算法，得到了实现步骤，即：Step1：输入相应的配电网三相不平衡无功信息，包含光伏电源信息和配电网各节点信息，输入控制变量 、灰色关联系数 ，关系维度 ，学习因子 、；Step2：随机产生满足 、约束条件，得到一组灰色关联度系数，将最大迭代系数设置为 ；Step3：将结果带入目标函数中，满足守恒定量，由此判断灰色关联关系群组之间的关联关系，并对其进行优化，获取全局最优值；Step4：计算灰色关联系数的适应度函数和适应度比例，由此判断灰色关系群组的聚集状态；Step5：若灰色关联群组结构过于密集，则可扩张系数，使改进灰色关联算法得到全局最优值；若过于分散，则可提高全局的搜索能力，达到最终的优化目的；Step6：计算灰色关联系数当前的优化值 ，并与 、值进行对比，重新确定改进灰色关联算法的关联系数 、，若 ，则 ；若 ，则 不变。若 ，；若 ，则 不变；Step7：根据结果判断最终的迭代次数N，满足条件则结束优化过程，否则跳到Step3重新进行操作。利用改进灰色关联算法设计了配电网三相不平衡无功优化算法，实现光伏配电网的无功优化。二、算例分析为了验证文中无功优化方法在实际应用中的性能，本文以IEEE3节点分布式光伏配电网作为算例，首先在保证配电线路参数一定的条件下，连接两个光伏电源DG1和DG2、两个电容器C1和C2、调压变压器T，将节点1看作是平衡节点，节点2和节点13看作是PV节点，除此之外的其他节点看作PQ节点，IEEE3节点分布式光伏配电网结构图如图2所示。图2 IEEE3节点分布式光伏配电网结构图假设分布式光伏电源DG1和DG2可以为配电网提供无功补偿，有功的出力为2MW，无功出力在-11500kvar之间，用于无功补偿的电容器C1和C2容量分别为200kvar*3和200kvar*5。将变压器的电压比设置在0.81.4之间，步进量和上下档位设置为0.013和10。采用基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化，优化前后的对比结果如表1所示。表1 IEEE3节点分布式光伏配电网无功优化前后的控制变量参数表1的结果显示，文中方法对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化之后，可以保证配电网的安全稳定运行。，电气工程电气工程CE MAGAZINE PAGE 56CE MAGAZINE PAGE 57基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法于 海【摘 要】为提高光伏配电网的无功优化效果，基于改进灰色关联算法，判断灰色关联关系群组之间的关联关系，按照初始状态或最后一次反向运算的结果，优化适应度函数和适应度比例，完成配电网三相不平衡无功优化。以 IEEE3 节点分布式光伏配电网为算例进行分析，结果表明，30 次迭代后，即可进入收敛状态，电压幅值提高幅度较大，可有效避免电压越限的现象发生，网损下降率高达 16.46%。【关键词】无功优化；改进灰色关联算法；三相不平衡；潮流计算；光伏配电网作者简介：于海，本科，国网沧州供电公司设备管理部副主任，工程师。引言保障电网运行更加经济安全，目前已成为我国电力科学领域的一项重要研究课题1。杨蕾等2提出了基于无功优化模型的新能源无功调节方案，能够得到较稳定的电压值。刘梦依等3构建了一种基于粒子群优化网络的风电场出力预测曲线，最终从模拟结果看出，引入分布式电源后，可以保证配电网运行的稳定性。本文利用改进灰色关联算法，设计一种配电网无功优化方法。一、配电网三相不平衡无功优化方法设计当光伏电源接入配电网中，为了保证配电网的电压可以满足正常的供电电压，采用并联电容器的方法对分布式光伏配电网进行有功补偿，分布式光伏配电网的功率在（0.91.0）范围内变化4。经过迭代处理后，利用下式使得有功功率可以达到0.9的无功补偿容量：（1）上式中，代表含分布式光伏电源的功率因素。将其代入到下式，求出配电网的无功功率补偿量：（2）上式中，表示含分布式光伏配电网的投入容量，为一般常数，当光伏电源的无功功率投入充足时，有功功率因数大于0.9，需要在结果加1。基于上述对含分布式电源的配电网潮流计算的方法，进行潮流计算实现过程描述，具体步骤为：Step1：进行配网结构解析，把网络的参量转化成标准的数值，对节点进行编码，设置根结点0；Step2：判定有没有其他类型的功率分配，若有，按照初始状态或最后一次反向运算的结果，计算出分配功率，并把它作为 PQ节点5。若没有，就可以进行下一阶段的工作；Step3：对每个节点进行能量的统计，比如光伏电源，分布式电源，并联电容器等，或把结果输入到节点中，计算出有功功率；Step4：按最后一步的基准电压，或是最后一步循环时的电压值、终端功率进行推算，直至完成最后一步可以回到初始状态；Step5：按首端电压、前推得到的前端电源进行回代运算，然后再进行各节点电压的分配，直至返回终端；Step6：重复迭代过程+1，判定该循环过程中的节点电压与前一次循环时的电压之差是否低于该标准值，如果低于该值，执行Step8，如果超过该值，执行Step7；Step7：通过环状网络或 PV节点的阻抗矩阵，计算出环断点处的有功功率，对PV节点无功功率进行校正，然后进行Step2Step6；Step8：完成了含分布式光伏配电网潮流的计算，得出相应结果。根据配电网输出的无功功率，计算出分布式光伏配电网的无功补偿量，结合潮流计算的代码开发，计算了含分布式光伏配电网潮流。采用改进灰色关联算法对含分布式光伏配电网进行三相不平衡无功优化，其流程如图1所示。图1 配电网三相不平衡无功优化算法流程根据含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化算法，得到了实现步骤，即：Step1：输入相应的配电网三相不平衡无功信息，包含光伏电源信息和配电网各节点信息，输入控制变量 、灰色关联系数 ，关系维度 ，学习因子 、；Step2：随机产生满足 、约束条件，得到一组灰色关联度系数，将最大迭代系数设置为 ；Step3：将结果带入目标函数中，满足守恒定量，由此判断灰色关联关系群组之间的关联关系，并对其进行优化，获取全局最优值；Step4：计算灰色关联系数的适应度函数和适应度比例，由此判断灰色关系群组的聚集状态；Step5：若灰色关联群组结构过于密集，则可扩张系数，使改进灰色关联算法得到全局最优值；若过于分散，则可提高全局的搜索能力，达到最终的优化目的；Step6：计算灰色关联系数当前的优化值 ，并与 、值进行对比，重新确定改进灰色关联算法的关联系数 、，若 ，则 ；若 ，则 不变。若 ，；若 ，则 不变；Step7：根据结果判断最终的迭代次数N，满足条件则结束优化过程，否则跳到Step3重新进行操作。利用改进灰色关联算法设计了配电网三相不平衡无功优化算法，实现光伏配电网的无功优化。二、算例分析为了验证文中无功优化方法在实际应用中的性能，本文以IEEE3节点分布式光伏配电网作为算例，首先在保证配电线路参数一定的条件下，连接两个光伏电源DG1和DG2、两个电容器C1和C2、调压变压器T，将节点1看作是平衡节点，节点2和节点13看作是PV节点，除此之外的其他节点看作PQ节点，IEEE3节点分布式光伏配电网结构图如图2所示。图2 IEEE3节点分布式光伏配电网结构图假设分布式光伏电源DG1和DG2可以为配电网提供无功补偿，有功的出力为2MW，无功出力在-11500kvar之间，用于无功补偿的电容器C1和C2容量分别为200kvar*3和200kvar*5。将变压器的电压比设置在0.81.4之间，步进量和上下档位设置为0.013和10。采用基于改进灰色关联算法的含分布式光伏配电网三相不平衡无功优化方法对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化，优化前后的对比结果如表1所示。表1 IEEE3节点分布式光伏配电网无功优化前后的控制变量参数表1的结果显示，文中方法对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化之后，可以保证配电网的安全稳定运行。，电气工程电气工程CE MAGAZINE PAGE 58CE MAGAZINE PAGE 59参考文献：1 俞佳莺.基于关联分析的智能电网数据传输冗余动态校验系统 J.微型电脑应用,2022,38(01):154-157.2 杨蕾,吴琛,黄伟等.含高比例风光新能源电网的多目标无功优化算法 J.电力建设,2020,41(07):100-109.3 刘梦依,邱晓燕,张志荣等.计及风光出力相关性的配电网多目标无功优化 J.电网技术,2020,44(5):1892-1899.4 倪爽,崔承刚,杨宁等.基于深度强化学习的配电网多时间尺度在线无功优化 J.电力系统自动化,2021,45(10):77-85.5 滕云,左浩,尚国政等.考虑管网压力特性的多能源系统无功优化模型 J.中国电机工程学报,2021,41(24):8384-8397.为了突出文中方法的优势，引入含高比例风光新能源电网的优化方法和计及风光出力相关性的优化方法作对比，得到优化前后节点的电压幅值情况，结果如图3所示。图3 节点电压对比图根据图3的结果可知，计及风光出力相关性的优化方法和文中方法的电压幅值提高幅度较大，可有效避免电压越限的发生，且文中方法对IEEE3节点分布式光伏配电网的无功优化效果更好。采用三种方法优化配电网的无功功率时，经过100次迭代之后，得到最终的优化结果，如表2所示。表2 无功优化结果从表2的结果可知，与含高比例风光新能源电网的优化方法和计及风光出力相关性的优化方法相比，文中方法对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化之后，网损下降率高达16.46%，且计算速度也是最优的。在上述实验结果的基础上，对三种优化方法的收敛性进行了测试，结果如图4所示。图4 收敛性曲线图4的结果显示，对IEEE3节点分布式光伏配电网进行无功优化时，经过30次迭代就进入收敛状态，则文中无功优化方法的优化效果更好。结束语在改进灰色关联算法的基础上，针对光伏配电网提出一种无功优化方法，网损下降率高达16.46%，经过30次迭代就进入收敛状态，可以更好地优化避免电压越限，保证配电网稳定运行。光伏发电系统控制策略及并网研究彭 博【摘 要】光伏发电作为一种清洁、可再生的重要能源形式，在能源领域应用越来越广泛。光伏发电系统的控制策略和并网技术是确保系统高效运行并实现电网互联的关键要素。本论文旨在研究光伏发电系统的控制策略和并网技术，以提高系统的稳定性和性能。【关键词】光伏发电系统；控制策略；并网作者简介：彭博，硕士，中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，工程师。光伏发电系统作为一种分布式能源系统，其可靠性、稳定性和运行性能对能源供给的安全与可持续发展具有重要意义。然而，由于太阳能的不稳定性和光伏发电系统与电网的相互作用，系统的控制策略和并网技术成为保障系统稳定运行的关键挑战。因此，深入研究光伏发电系统的控制策略和并网技术，提高系统的可靠性和性能，对推动清洁能源发展具有重要意义。一、光伏发电系统的相关概述（一）光伏发电系统的运行原理光伏发电系统是利用光伏效应将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统，光伏发电系统通常由光伏电池板、电池组、逆变器、电网连接器等组件组成。光伏电池板是光伏发电系统的核心组件，由多个光伏电池组成，光伏电池是由半导体材料制成的，当太阳光照射到光伏电池上时，光子的能量被半导体材料吸收，激发出电子与空穴，这些带电的电子和空穴的运动产生电流，这就是光伏效应。光伏电池板将光能转化为直流电能，然后通过电池组进行储存，电池组通常使用铅酸蓄电池或锂离子电池来存储电能，当需要使用电能时，储存在电池组中的直流电能通过逆变器转化为交流电能，以满足家庭、企业或公共设施的用电需求1。在光伏发电系统中，逆变器扮演着重要的角色，逆变器可将直流电能转换为交流电能，以适应电网的供电标准，使光伏发电系统能够实现与电网的连接，并监测系统的工作状态、输出功率等，且具备保护功能，保障光伏发电系统的安全运行。此外，光伏发电系统还需要与电网连接，以便实现电能的双向流动，当光伏发电系统产生的电能超过自身用电需求时，多余的电能可以注入电网，供其他用户使用；而在夜间或光照较弱，光伏发电系统无法满足用电需求时，可从电网中获取电能。（二）光伏发电系统的特点在光伏发电系统中，太阳能是一种可再生的能源，用于光伏发电系统的发电，可实现长期稳定的电力供应，光伏发电系统一般分布于我国的各个地方，如建筑物的屋顶、农田、沙漠等，可有效减少电能输送损耗，降低了输电线路的压力，且可以更好地适应当地的用电需求。而且，光伏发电过程中几乎没有任何排放物质，不会产生二氧化碳、污染物等有害物质的排放，对环境没有负面影响，符合可持续发展的要求。与传统的发电方式相比，光伏发电系统无需燃烧燃料，工作时非常安静，不会产生噪音污染，适合在对噪音敏感的地区使用，如居民区、医院等。同时，光伏电池板的寿命通常可达到25年以上，光伏发电系统几乎不需要维护，且没有移动部件，系统的损耗相对较小，运行稳定可靠。在适当的条件下，光伏发电系统可满足建筑物自身的用电需求，甚至可产生多余的电能供其他用户使用，从而降低对传统电力系统的依赖，减少电力供应的不确定性。二、光伏发电系统的控制策略（一）最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）控制是光伏发电系统中的关键策略，光伏电池的输出功率受到光照强度、温度和电池工作点等因素的影响，MPPT控制策略通过实时监测、分析和调整光伏电池的工作点，以使其输出功率达到最大值，从而实现最高的能量转换效率2。MPPT控制策略的核心技术是利用电流电压（I-V）曲线来确定光伏电池的最大功率点（MPP），该曲线描述了光伏电池在不同电压和电流下的输出特性，通过不断调整电池工作点，使其电流和电压在MPP附近波动，以获得最大输出功率。在实际应用中，MPPT控制策略通常通过电子电路或者微控制器实现，具体来说，MPPT控制器会根