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上海電力新能源發(fā)展有限公司 上海 200000
光伏電站配電網(wǎng)負荷變動大是導(dǎo)致無功波動變化大的主要原因,無功功率的過剩與不足,需采取有效的調(diào)壓措施,抑制無功功率引起的電壓波動。無功補償?shù)脑瓌t是就地補償,盡量避免無功在電網(wǎng)中的流動,集中補償與分散補償相結(jié)合能很好的解決補償問題。當(dāng)前,主要方法是在變電站和低壓用戶中安裝適當(dāng)?shù)臒o功補償裝置,使無功功率在整體上達到平衡。
配電網(wǎng)無功補償是調(diào)節(jié)電壓質(zhì)量、降損節(jié)能的有效手段。合理選擇無功補償位置和確定補償容量,可使系統(tǒng)電壓質(zhì)量維持在較高水平,提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性,最大限度地限制大容量無功的遠距離傳輸,降低了網(wǎng)損和電費。隨著無功補償技術(shù)的發(fā)展,無功補償在配電網(wǎng)中越來越普及,并積累了豐富的經(jīng)驗。然而,無功規(guī)劃主要依靠規(guī)劃人員的經(jīng)驗,不能滿足配電網(wǎng)的實際需求,無功補償效果欠佳,經(jīng)濟效益難以最大化。因此,在規(guī)劃中要充分利用配電網(wǎng)有限的數(shù)據(jù)資源,優(yōu)化無功補償?shù)攸c的配置,確定補償容量,以最小的投資達到最佳的補償效果[1]。
細菌群體趨化算法是一種受生物行為啟發(fā)的函數(shù)優(yōu)化方法,基本的BCC算法包括趨化過程、感知過程和精英保留策略。與粒子群算法相似,BCC算法的主要缺點是容易陷入局部最優(yōu)。因此,在算法的迭代過程中,本文除趨化感知外,增加第三個待選位置以減少細菌聚集,并對其控制參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)整,通過與趨化感知位置的比較,可選擇一個更好的細菌位置,提高算法的全局能力。
傳統(tǒng)的無功補償裝置的無功功率是離散變量,因此在使用BCC算法時,速度和位置將被視為相似的整數(shù)來處理;光伏電站的無功出力是一個連續(xù)變量,本文將光伏電站分解為N個單位容量為Q的小型光伏電站,即光伏電站的無功出力由無功下限開始以步長Qa往無功上限增長,在此過程中得到最佳無功出力值[2]。
在Matlab程序設(shè)計中,本文通過改變小型光伏電站的數(shù)量來調(diào)整控制變量的大小。例如,若光伏電站的無功出力大小為-100-100kvar,選步長為5kvar,則小型電站的數(shù)量上下限為-20-20,若獲得最佳解的函數(shù)為l7,則可確定光伏電站的最佳無功出力為17×5=85kvar。
這樣,細菌在搜索空間中的位置對應(yīng)于無功優(yōu)化的控制變量,包括光伏電站的無功容量,傳統(tǒng)無功補償設(shè)備出力可統(tǒng)一處理,并通過對算法的搜索可得到最優(yōu)解。
(1)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù),計算初始目標函數(shù)值,初始化菌群:輸入配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)參數(shù)和算法相關(guān)參數(shù)。(2)通過潮流計算各細菌的適應(yīng)度值,分別進行趨化和感知過程,比較兩個位置對應(yīng)的三個網(wǎng)損值和位置,并選擇較好的位置。(3)精英保留策略,記錄最佳值。(4)循環(huán)計算,直到達到最大迭代次數(shù)或達到精度要求為止。
該模型采用了改進的IEEE.33節(jié)點配電系統(tǒng),除增加兩座光伏電站和兩套無功補償設(shè)備外,其余線路參數(shù)不變,如圖1所示。
假設(shè)兩個光伏電站都具有無功補償能力,其無功出力在-100-500kvar范圍內(nèi)調(diào)節(jié),額定照明強度Sr=1000W·m2,Weibul1分布曲線的形狀指數(shù)k=1.8,規(guī)模指數(shù)C=5.5;6節(jié)點和31節(jié)點補償裝置的無功功率分別為300kvar和500kvar。計算時,取基準容量為100kVA,電壓基準值為12.66kV,負荷節(jié)點電壓范圍為0.95、1.05。
圖1
總體數(shù)量為50,最大迭代次數(shù)為500次。最初,使用50個4維隨機變量來表示補償裝置數(shù)量QPV1(節(jié)點2)、QPV2(節(jié)點13)、QC1(節(jié)點6)、QC2(節(jié)點31),并將上限和下限分別調(diào)整為(0-50)、(0-50)、(0-4)和(0-7)。因它是一種隨機搜索算法,所以前后進行50次迭代,并取平均值作為比較值。由其結(jié)果可知,極大地降低了優(yōu)化后的系統(tǒng)網(wǎng)損。雖改進算法的運行時間比標準的BCC算法長,但在50次迭代計算中,改進算法的搜索成功率為100%,而改進前算法的搜索成功率僅為80%,因此改進算法的全局搜索能力更強[3]。
同時,優(yōu)化后的系統(tǒng)電壓水平得到了提高。在優(yōu)化前,系統(tǒng)中有14個節(jié)點電壓越限,分別是11-18和29-33,優(yōu)化后的節(jié)點電壓在合理范圍內(nèi)。優(yōu)化前后的電壓水平曲線如圖2所示。
圖2
因此,光伏電站參與無功優(yōu)化能在很大程度上降低系統(tǒng)網(wǎng)損,提高系統(tǒng)電壓水平。同時,改進的BCC算法具有更好的全局搜索能力。