安徽理工大學電氣與信息工程學院 徐雄風

煤礦配電網(wǎng)無功補償優(yōu)化

安徽理工大學電氣與信息工程學院 徐雄風

為了解決煤礦配電網(wǎng)無功優(yōu)化的問題,采用粒子群算法對煤礦配電網(wǎng)進行無功補償優(yōu)化.首先,通過靈敏度分析的方法,確定無功補償?shù)攸c.然后,通過粒子群算法進行優(yōu)化.最后,通過IEEE-33節(jié)點算列分析,驗證此算法的可行性和有效性.

無功補償;靈敏度分析;粒子群算法

0 引言

當前,煤礦配電網(wǎng)中大功率設備不斷增多,導致用電負荷不斷增加,造成煤礦供電系統(tǒng)的電壓嚴重偏低.煤礦配電網(wǎng)往往處于配電網(wǎng)的末端,電壓不穩(wěn)定,想要保持負荷端電壓的水平,就需要進行無功補償.因此,進行無功補償優(yōu)化是十分必要的,不僅可以降低有功網(wǎng)損,而且可以提高電壓質(zhì)量,保證系統(tǒng)的正常運行.

配電網(wǎng)無功規(guī)劃的候選節(jié)點較多,若同時求解無功補償點和無功補償量容易陷入維數(shù)災難.本文先通過靈敏度分析確定無功補償點,再通過改進的粒子群算法確定無功補償容量.

1 無功補償優(yōu)化模型

對電力系統(tǒng)進行無功補償優(yōu)化,就是已知系統(tǒng)的負荷情況和網(wǎng)絡結構參數(shù)下,通過對控制變量的優(yōu)化,找到在滿足所有指定約束條件的前提下,使系統(tǒng)的某個或多個性能指標達到最優(yōu)時的無功調(diào)節(jié)措施.煤礦配電網(wǎng)屬于通常只有單個電源,優(yōu)化模型可不考慮發(fā)電機.本文以最小有功損耗為目標函數(shù),函數(shù)表達式為:

等式約束條件:

控制變量約束條件:

狀態(tài)變量約束條件:

式中:Gij和Bij分別是節(jié)點i和節(jié)點j之間電導和電納;δij為節(jié)點i和節(jié)點 j之間的電壓相角差;Ui和Uj分別為節(jié)點i和節(jié)點j的電壓幅值;n、nc和nt分別是為負荷節(jié)點總數(shù)、無功補償裝置數(shù)和變壓器可調(diào)分接頭數(shù);QCj為無功補償容量,QCjmin和QCjmax分別是無功補償容量的最小值和最大值;Ttk是變壓器的分接頭,Ttkmin和Ttkmax分別是變壓器分接頭的最小值和最大值.

2 靈敏度分析和粒子群算法

煤礦配電網(wǎng)負荷節(jié)點多,不可能一一補償,需要先確定無功補償位置.本文采用靈敏度分析確定無功補償選點,節(jié)點電壓無功靈敏度系數(shù)為:

式中,SUQ(i, j)表示i節(jié)點的電壓對j節(jié)點無功的靈敏度值.根據(jù)靈敏度系數(shù),選擇其中較大的幾個節(jié)點為無功補償節(jié)點.

粒子群算法(PSO)通過初始化一群隨機粒子(每個粒子代表著一個潛在的解),并利用迭代方式,使每個粒子向自身找到的最好位置和群體中最好粒子靠近,從而搜索最優(yōu)解.標準 PSO 算法中,粒子根據(jù)如下公式來更新自己的速度和位置:

式中,xi表示粒子當前位置;vi表示粒子的速度,它決定了粒子的飛行方向和距離;w為慣性權重,是保持原來速度的系數(shù);c1與c2為學習因子,分別表示個體經(jīng)驗和群體經(jīng)驗對粒子的影響程度,通常c1=c2=2;rand1()和rand2()是0到1之間的均勻分布的隨機數(shù);pbesti是粒子個體極值,是粒子個體歷史最優(yōu)解;gbest是種群極值,是種群歷史最優(yōu)解.

3 仿真分析

通過IEEE-33節(jié)點系統(tǒng)為算例分析,驗證本文方法的可行性,通過MATLAB進行仿真,優(yōu)化后系統(tǒng)網(wǎng)損收斂曲線如圖1所示.系統(tǒng)優(yōu)化前網(wǎng)損為204.0906kW,優(yōu)化后的網(wǎng)損為127.1692kW,并且具有較快的尋優(yōu)速度.

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)損收斂曲線

4 結論

本文通過靈敏度分析的方法確定無功補償位置,以最小無功網(wǎng)損為目標,通過粒子群算法確定補償容量,對系統(tǒng)進行無功補償優(yōu)化,通過IEEE-33節(jié)點系統(tǒng)進行仿真,驗證該算法具有較好的優(yōu)化效果,能夠有效的降低系統(tǒng)的有功網(wǎng)損.

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