基于负荷实测工业园区配电网节能降损动态优化方法.pdf

工业加熟2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023D0I:10.3969/j.issn.1002-1639.2023.06.012基于负荷实测工业园区配电网节能降损动态优化方法王冬,李文辉,李书钟,张尚贵（1.国网西安供电公司，陕西西安7 10 0 3 2;2.重庆星能电气有限公司，重庆40 0 0 3 9）摘要：针对工业园区内变压器负载等多种因素影响导致配电网损耗较高的问题，提出基于负荷实测的工业园区配电网节能降损动态优化方法。考虑电容器组、分布式电源和有载调压变压器在配电网中的调节代价与能力，对工业园区配电网展开负荷实测。分析工业园区配电网负荷情况，根据分析结果将损耗最小作为优化目标，建立配电网节能降损动态优化模型。在约束条件的基础上采用粒子群优化算法获取模型最优解，实现工业园区配电网节能降损的动态优化。实验结果表明，所提方法优化后的网损率低、配电网效益高、降损潜力强。关键词：负荷实测；工业园区；配电网节能降损；粒子群优化算法；中图分类号：TM714.3Dynamic Optimization Method for Energy Saving and Loss Reduction of Distribution Network in Industrial Park(1.State Grid Xian Electric Power Supply Company,Xian 710032,China;2.Chongqing Electric Energy Star Co.Ld.,Chongqing 400039,China)Abstract:In view of the high loss of distribution network caused by transformer load and other factors in Industrial Park,a dynamic optimiza-tion method for energy saving and loss reduction of distribution network in Industrial Park Based on load measurement is proposed.Consideringthe regulation cost and capacity of capacitor banks,distributed generators and on load voltage regulating transformers in the distribution net-work,the load measurement of the distribution network in the industrial park is carried out.Analyze the load of the distribution network in theindustrial park,take the minimum loss as the optimization goal according to the analysis results,and establish the dynamic optimization modelof energy conservation and loss reduction of the distribution network.On the basis of constraints,particle swarm optimization algorithm is usedto obtain the optimal solution of the model,so as to realize the dynamic optimization of energy conservation and loss reduction of distributionnetwork in industrial park.The experimental results show that the optimized method has low network loss rate,high distribution network eff-ciency and strong loss reduction potential.Key Words:load measurement;industrial parks;energy saving and loss of energy saving;particle group optimization algorithms;配电网节能降损有助于电网结构的整体优化，对配电网进行降损优化也可以节约配电网在运行过程中消耗的电网能源，为电网改造和建设提供相关依据2 。随着工业园区配电网的发展，不同类型的分布式电源接人其中，配电网结构改变的同时，容量情况和电源接入位置都会出现变化，对网损产生影响。在上收稿日期：2 0 2 2-0 7-12；修回日期：2 0 2 3-0 6-2 6基金项目：国家科技重大专项（2 0 2 1SZ01085060）作者简介：王冬（198 5一）,男，硕士，高级工程师,研究方向为电网规划及电力调度；李文辉（197 6 一）,男，本科,高级工程师,研究方向为电网规划；李书钟（198 6 一）,男,本科,工程师,研究方向为电网规划；张尚贵（1992 一），男，本科，工程师,研究方向为电网规划技术.INDUSTRIALHEATING文献标志码：A文章编号：10 0 2-16 3 9(2 0 2 3)0 6-0 0 49-0 5Based on Load MeasurementWANG Dong,LI Wenhui,LI Shuzhong,ZHANG Shanggui?述背景下研究配电网节能降损优化方法具有重要意义。汤红卫3 等在配电网节能减损优化过程中，将电能损失和投资费用作为优化目标，并将总投资限制、线路允许电压偏差、损耗率和支路传输功率作为约束条件,结合遗传算法和枚举法对函数求解，实现降损优化。但是该方法优化后的配电网网损率较高，优化效果差。王涛4 等将配电网运行线损最小化作为目标，构建优化目标函数，结合非支配遗传排序协同进化算法和粒子群优化算法求解函数，获得分布式电源的容量以及位置，实现降损优化。但是该方法优化后的总有功损耗高、无功补偿降幅低，存在配电网效益差和降损潜力低的问题。为了解决工业园区配电网运行损耗较大的问题，提出基于负荷实测的工业园区配电网节能降损动态优化方法。工業加熟.50.INDUSTRIALHEATING1负荷实测分析工业园区配电网通过线路和变压器实现供电，具体供电馈线图如图1所示。Uk:1U。R+jX图1工业园区配电网供电馈线图1中，U。表示变压器低压侧在配电网中产生的电压；U表示变压器高压侧在配电网中产生的电压；P、Q 表示末端节点在工业园区中注人的有功功率和无功功率；k表示占空比；R+jX表示线路在配电网中产生的阻抗；P,+jQ表示分布式电源和工业园区负荷接人馈线末端节点时产生的负荷功率。计算配电网潮流时通常利用恒功率模型描述配电网中的负荷,这种模型没有考虑实际负荷功率受配电网电压的影响。由于工业园区配电网系统频率不受电压变化的影响,因此本文在ZIP负荷模型5-6 的基础上建立工业园区配电网的负荷模型：P,=Pos,()22+Q,=Qos,(式中：P。为负荷在额定电压情况下产生的有功功率，MW;snpvn,均表示负荷比例系数,存在s,+n,+,=1,s，+n，+u=1;U 为工业园区配电网的额定电压,kV;Q。为负荷在额定电压情况下产生的无功功率,Mvar。根据上述负荷模型，获得工业园区配电网电压灵敏度与负荷功率之间存在的关系7-8 ：dPL=P(2s,U+n,)dUdQLQo(2s,U+n,)dU受多种因素的影响，工业园区配电网的电压特性呈多样性，当ZIP负荷为工业园区配电网所带负荷时，可通过下式计算供电馈线在工业园区配电网中产生的网损Dlos:(3)U22023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023式中：Ppc为分布式电源的有功功率,MW；Q p c 为分布式电源的无功功率,Mvar。设置负荷模型1:s，=0.3、n，=0.3、,=0.4;负荷模型2:s,=0.4、n，=0、=0.6,利用以上两个负荷模Pi+jQ.型分析有功网损电压特性受不同负荷参数的影响，馈DG线电压与有功网损之间的关系如图2 所示。0.8r口负荷模型1负荷模型20.6FMN/4区0.4F0.20.0L0.80.6FMN/区0.4F0.20.0图2 有功网损在不同参数下的电压特性由图2 可知，当负荷系数保持不变时,DG并网前+U,工业园区配电网的网损高于DG并网后的网损。工业(1)园区配电网在运行过程中网损变化情况直接体现了有+V。功网损的电压敏感性，负荷分量中恒功率分量的增加在工业园区配电网中会导致网损电压敏感性的增强2工业园区配电网节能降损动态优化方法2.1酉配电网节能损耗动态优化模型根据上述工业园区配电网负荷实测分析结果，将工业园区所有配变与线路的有功损耗电量总和最小作为优化目标9-10 ，建立配电网节能损耗动态优化模型minG:(2)minG=ZZP(t)u+ZPr(t)uteMneT式中：M所有时段在优化周期内构成的集合；I为线路构成的集合；P（t）为配电网在节点n处产生的有功损耗,MW；u 为时间间隔,h；P （t）线路m在工业园区配电网中产生的有功损耗，MW。工业园区配电网在运行过程中需要满足调容临界负载约束和常规静态约束，设Pc.（t）表示发电机在配电网运行过程中节点i在t时刻的有功功率；P（t）表0.92(a)DG未并网口负荷模型1负荷模型20.920.94电压/V(b)DC并网met0.94电压/V0.960.96(4)工業加熟2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023示配电网运行过程中节点i在t时刻注入的有功功率；Qc,（t）表示无功补偿电容器在配电网运行过程中产生的补偿量；Dopt,（t）表示第k个有载调压调容配变在配电网运行时段t内对应的负载功率；Dw、D 分别表示Dop,（t）的最小值和最大值，工业园区配电网节能降损动态优化模型的约束条件如下：Pc,i(t)-Pp,i(t)-P,(t)=0Qc,(t)-Qer,(t)-Qp,i(t)+Q:(t)=0JUU.(C)U0Q.()Q(YYam(t)Y式中：Pp,（t）为节点i在t时刻的有功负荷,MW；Qc,（t）为节点i在t时刻的无功功率,Mvar；Q w、Q w)分别为Qcr,i（t）的最小值和最大值，Mvar；Q p,i（t)、Q（t）分别为在工业园区配电网中节点i在t时刻的无功负荷和无功功率,Mvar；U（t）为节点i在t时刻的电压；Upin、U mx 为节点i在t时刻的电压Ut)的最小值和最大值,kV；Ya p（t）第l个有载调压变压器在t时刻的分接头档位；Y、Y分别为其最低档位和最高档位。2.2降损优化实现本文采用粒子群优化算法1-12 对上述配电网节能降损动态优化模型求解，实现工业园区配电网节能降损动态优化，具体步骤如下：（1)对粒子群优化算法中的种群展开初始化处理，初始化的主要目的是保证分布式电源在工业园区配电网中的数量与粒子维度保持一致,用0,Apc,i,max表示在第i维度中粒子的位置分布区间,其中 Apc,imx表示第个分布式电源在降损优化过程中对应的出力限值，1,1 为粒子在种群中的初始速度区间；(2)设置适应度函数G(X)13-14,输人决策变量X计算粒子在种群中的适应度值；(3)比较第h代中第i个粒子在寻优过程中经历的最优位置A=（a i l,a i z，,iD）和步骤(2）中计算得到的G(X),当 G(X)劣于A时,将 G(X)作为粒子的目前的最优位置；（4)比较第h代中第i个粒子在全局寻优过程中经历的最优位置 A=（a g l，a g z，a g D）和步骤(2)中计算得到的G(X），当G(X）优于A时,将 G(X）作为粒子群的全局最优位置；(5)利用式(6)更新粒子在粒子群中的位置ia和速度Vi：1INDUSTRIALHEATINGxia=Xia+Vidlviu=w+T,Rand(aid-xia)+T2Rand(agd-xgd)式中：Ti、T 2 为加速常数；w为惯性权重；Rand（）为随机函数。(6)设置粒子群优化算法的最大迭代次数Hmx，如果满足上述条件，则输出工业园区配电网节能降损动态优化模型的最优值，实现工业园区配电网节能降损动态优化。(5)3实验与分析在图3 所示的工业园区配电网中选取3 条损耗较为严重的线路作为优化目标,采用所提出的基于负荷实测的工业园区配电网节能降损动态优化方法、文献3方法和文献4 方法对其进行降损优化。图3 工业园区配电网选取的线路参数如表1所示。表1线路参数参数线路1长度/km5.916电缆化率/%11.24配电变压器总容量/kVA10076配电变压器公变20配电变压器专变1平均功率因数0.83统计线损率/%4.66采用三种方法对表1所示线路进行优化，优化前后的网损率变化情况如图4所示。由图4可知，针对工业园区配电网中三条线路的优化结果,与优化前的网损率相比,所提方法、文献3 方法和文献4 方法优化后的网损率均有所下降，但在相同时间段内，所提方法优化后的网损率均控制2.0%以内,远低于文献3 方法和文献4 方法优化后的网损率,表明所提方法具有良好的降损优化效果，因为所提方法对工业园区配电网的负荷展开分析，以此为依据建立配电网节能降损动态优化模型，提高了降损优(6)线路2线路317.24818.62331.4528.931634818 846383611340.900.944.325.55工業加熟.52INDUSTRIALHEATING化效果。10.08.0F6.04.02.02468101214161820时间/h(a)线路1优化前后的网损率10.0优化前文献3 方法8.0F-所提方法文献4 方法%/率鲜网6.04.0F2.0F246810.1214161820时间/h(b)线路2 优化前后的网损率10.0一优化前一-所提方法8.0F%率鲜网6.0F4.02.0H图4不同方法网损率优化结果将总有功损耗和无功补偿降幅作为指标，测试所提方法、文献3 方法和文献4 方法降损优化后工业园区配电网的效益和降损潜力，测试结果如图5和图6所示。优化前口文献3 方法口所提方法口文献4 方法7570656055F50图5优化前后的总有功损耗由上述测试可知，采用所提方法优化后，工业园区配电网的总有功损耗明显减少，且无功补偿降幅高，表明优化后，工业园区配电网所需的无功补偿减少，所提方法的测试结果优于文献3 方法和文献4 方法,验证所提方法具有良好的效益和降损潜力。2023年第52 卷第6 期Vol.52No.6202350所提方法口文献3 方法口文献4 方法一优化前.文献3 方法-所提方法文献4方法0.22242224.文献3 方法文献4 方法2468101214161820时间/h(c)线路3 优化前后的网损率线路1线路240F%302010F0图6 不不同方法优化后的无功补偿降幅4结语我国配电网负荷在近几年中飞速增长，在此背景下配电网建设与负荷增加之间的矛盾不断加剧，配电网损耗严重会影响工业园区的经济效益，同时损耗严重的情况下难以满足用户的供电要求，为了促进工业园区配电网的发展，需要研究配电网降损优化方法。针对配电网降损过程中网损率高、效益差和降损潜力低的问题，提出基于负荷实测的工业园区配电网节能降损动态优化方法。本文根据工业园区配电网负荷实测情况，建立降损动态优化模型，在粒子群优化算法的基础上实现工业园区配电网降损的动态优化。测试结果表明，所提方法优化后，工业园区具有较低的网损率、配电网效益较高，降损潜力较好。2224参考文献1李琼林,刘书铭,温佳静,等.计及电能质量影响的10 kV配电网损耗计算模型及其实验验证J.电力自动化设备，2022,42(1):212 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页)设计自动调节逻辑、串级启动、自动投送控制逻辑以及各个系统的子控制PLC；并且针对锅炉的燃烧情况实行针对性优化控制，因此，可保证锅炉燃烧NO,排放质量浓度在满足规定标准的情况下，进一步降低，优化控制效果良好。表6 出口的NO,排放质量浓度结果和氨逃逸量结果热负荷5t/h热负荷2 5t/h燃煤量/NH*逃t h-1逸量/uLL-1100.49200.51300.52400.51500.49600.53700.52800.55900.491000.513 结 论为实现燃煤电厂锅炉燃烧NO，排放质量浓度的优化控制，保证排放结果在满足规定排放标准的基础上，进一步降低，研究燃煤电厂锅炉燃烧NO,排放优化控制技术。并以某燃煤电厂锅炉为例，实行相关试验分析。分析结果显示：该控制技术具有良好的NO,排放控制效果,可保证NO,排放质量浓度在标准范围内，,在此基础上，实现排量质量浓度的进一步优化。参考文献1付文华,谢珺,任密蜂,等.基于FAR-HK-ELM的燃煤电站锅炉NO,排放预测J.太原理工大学学报，2 0 2 1,52(3):430-436.2赵宁波,黄飞,冯胜波,等.对冲燃烧燃煤锅炉NO,深度减排技术应用分析J.锅炉技术,2 0 2 0,51（5）：45-50,7 2.3邓云天,李道林,潘卫国.变磨煤机组合下的墙式对冲燃煤锅炉炉内燃烧特性数值模拟J.锅炉技术，2 0 2 0,51（4）：38-42.4刘坤朋，魏博，陈丽娟，等.低负荷烟气再循环对煤粉锅炉燃烧及NO,排放的影响J.动力工程学报，2 0 2 1,41（5）：345 349,379.5许剑,罗志,周鑫，等.W火焰锅炉SCR分区混合动NO,排放NO,排放NH*逃逸量/质量浓度/质量浓度/mg:muL L-148.60.4749.40.5252.50.4951.90.5154.10.5252.90.5453.60.4951.90.5154.40.53550.55态调平技术及应用J.中国电力，2 0 2 0,53（11）：2 3 4mg:m3242.52.66陈旭,朱永郁,陶军,等.低氮燃烧器的NO,排放性能及51.7运行优化J.化工进展,2 0 2 1,40（2）：10 6 9-10 7 6.50.97刘菌,王英男,李新利,等.基于互信息-图卷积神经网络54.4的燃煤电站NO,排放预测J.中国电机工程学报,2 0 2 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