田通

（沈陽工學(xué)院，遼寧 沈陽 113122）

電力系統(tǒng)控制變量的優(yōu)化，對電力控制以及系統(tǒng)運(yùn)行水平等會(huì)產(chǎn)生直接的影響。分析電力系統(tǒng)控制變量對其網(wǎng)損、電壓偏移等所產(chǎn)生的影響，可以為調(diào)度部門提供特定性能指標(biāo)的優(yōu)化程度，并對電力系統(tǒng)做出科學(xué)有效的調(diào)度決策。結(jié)合電力系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓偏移的求解模型，分析發(fā)電成本模型中的目標(biāo)函數(shù)選取，求解結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不確定性。因此，利用粒子群算法分別獨(dú)立調(diào)度IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的有功功力、電壓、變壓器功率、無功補(bǔ)償容量與電力網(wǎng)損、電壓偏移之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過控制變量的調(diào)整，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

1 文獻(xiàn)研究

章早立（2020）是通過粒子群優(yōu)化算法，對電力系統(tǒng)控制變量的影響因素以及性能指標(biāo)變化等進(jìn)行量化分析，通過電壓、控制變量與特定性能指標(biāo)檢驗(yàn)，提高電力系統(tǒng)調(diào)度變化的綜合分析水平。陳厚合、邵俊巖（2020）則是對電力系統(tǒng)性能指標(biāo)的靈敏度與安全運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行分析，根據(jù)系統(tǒng)特定性能指標(biāo)的影響,將電力系統(tǒng)調(diào)度的控制變量轉(zhuǎn)化為優(yōu)化指標(biāo)，以此為依據(jù)，做出科學(xué)有效的調(diào)度決策。目前，相關(guān)研究是針對無功補(bǔ)償容量與電力系統(tǒng)的網(wǎng)損變化進(jìn)行研究。所以，在利用粒子群算法的過程中，可對不同控制變量的數(shù)據(jù)關(guān)系以及網(wǎng)損、電壓偏移的影響程度等指標(biāo)的不確定性進(jìn)行量化，系統(tǒng)分析電壓偏移與網(wǎng)損的相關(guān)指標(biāo)的影響程度，并分析不同指標(biāo)對電力調(diào)度所產(chǎn)生的影響，提高電力控制水平。

2 粒子群算法分析

2.1 目標(biāo)函數(shù)

通過電力系統(tǒng)的網(wǎng)損以及電壓偏移變化分析，以最小偏移為目標(biāo)函數(shù)，并通過不等式約束，將需要優(yōu)化的目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并利用節(jié)點(diǎn)功率平衡約束，對電力系統(tǒng)電壓、無功功率等進(jìn)行檢驗(yàn)與計(jì)算。

在上述公式中，Pi、Qi分別為節(jié)點(diǎn)i、j注入的有功與無功功率，Bij為節(jié)點(diǎn)i、j之間的線路電納。

電網(wǎng)功率平衡約束的表達(dá)方式如下：在上述公式中，PGi為第i臺發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率，Pload為負(fù)荷有功功率，Ploss為電力系統(tǒng)的有功損耗。

2.2 不等式約束

電力系統(tǒng)控制變量的不等式約束包括：

在上述公式中，PG為發(fā)電機(jī)的有功功率，UG為電力系統(tǒng)中的電壓值，T為變壓器的功率值，Qc為并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量，通過對最大值、最小值的設(shè)定，檢驗(yàn)變量的動(dòng)態(tài)變化。

2.3 算法流程

粒子群算法在實(shí)際應(yīng)用中，引入慣性權(quán)重w，并將原始數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，設(shè)置粒子群算法參數(shù)。建立初始化種群，進(jìn)行潮流計(jì)算，計(jì)算個(gè)體目標(biāo)函數(shù)值，確定全局最優(yōu)值。調(diào)整相應(yīng)的控制變量，并更新個(gè)體位置，通過對比更新的個(gè)體最優(yōu)值、全局最優(yōu)值，進(jìn)行迭代數(shù)據(jù)分析與處理，并輸出最終的計(jì)算結(jié)果，具體的操作流程如圖1。

圖1 算法流程圖

3 粒子群算法分析過程

3.1 電力系統(tǒng)網(wǎng)損分析

電力系統(tǒng)控制變量對其網(wǎng)損所產(chǎn)生的影響分析，以算例的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。發(fā)電機(jī)6臺，電力線路41條，變壓器4臺，初始網(wǎng)損為5.4849MW，初始懲罰項(xiàng)為0。利用粒子群算法，確定迭代次數(shù)為100，分別對4個(gè)控制變量與網(wǎng)損之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，可分析不同控制變量對電力系統(tǒng)網(wǎng)損所產(chǎn)生的影響程度。

控制變量調(diào)節(jié)中，具體調(diào)節(jié)范圍如下：5臺發(fā)電機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)區(qū)間為10～80MW；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，在{0.95，1.1}范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)變壓器變化，對變壓器的功率變化進(jìn)行分檔調(diào)節(jié)，通過0.125的步長，對變壓器狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足電力控制需求；調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償容量，通過節(jié)點(diǎn)設(shè)置，按照10、12、15、17、20、21、23、24、29的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，最大的補(bǔ)償容量為20Mvar，以1mvar為1檔，并進(jìn)行分檔調(diào)節(jié)與控制。獨(dú)立調(diào)度相關(guān)控制變量，具體計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 電力系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)節(jié)各控制變量的網(wǎng)損目標(biāo)值

根據(jù)電力系統(tǒng)控制變量變化，可對網(wǎng)損進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，對網(wǎng)損影響程度最大的變量為發(fā)電機(jī)有功功率，最小為變壓器功率。

在電力系統(tǒng)控制變量分析中，節(jié)點(diǎn)數(shù)量不同，電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制也會(huì)存在一定的差異性。設(shè)定54臺發(fā)電機(jī)、186條線路，變壓器9臺。并通過1kV、11kV、33kV、138kV4個(gè)電壓等級構(gòu)成，并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置設(shè)置為33kV側(cè)。由于高壓側(cè)不會(huì)安裝無功補(bǔ)償，所以，考慮其他3種控制變量進(jìn)行網(wǎng)損影響分析。粒子群算法可對控制變量的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并利用參數(shù)因子，對電力系統(tǒng)的網(wǎng)損變化、電力平衡等進(jìn)行完善，通過20MW的參數(shù)控制，可對電壓變化進(jìn)行調(diào)整，提高控制變量的綜合控制效果。

對54臺發(fā)電機(jī)的電壓的范圍進(jìn)行設(shè)定，并在{0.95，1.1}的范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)變壓器，通過0.0125的步長進(jìn)行分檔調(diào)節(jié)與分析。

通過調(diào)節(jié)上述3中控制變量，網(wǎng)損平均值的變化比較明顯。根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)損的變化規(guī)律，發(fā)電機(jī)有功功率對電力系統(tǒng)網(wǎng)損會(huì)產(chǎn)生直接的影響。

3.2 電壓偏移

電壓偏移分析仍然是選擇30節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行研究。IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，初始電壓會(huì)產(chǎn)生偏移，偏移值為0.6065，通過對有功功率、發(fā)電機(jī)電壓、電壓器變化、無功補(bǔ)償容量進(jìn)行控制，電壓偏移分別降低到0.5737、0.1448、0.22226、0.2540。根據(jù)IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，電壓對電力系統(tǒng)電壓偏移的影響最大，發(fā)電機(jī)有功功力對電力系統(tǒng)電壓偏移的影響最小。

從IEEE118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的角度分析，在控制變量中，剔除無功補(bǔ)償容量這一指標(biāo)，其他控制變量對電壓偏移的影響是按照30次平均值的方式計(jì)算，電壓偏移分別為1.4089、0.2966、1.3638。這說明在IEEE118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)與電壓偏移變化規(guī)律分析中，電壓對電力系統(tǒng)電壓偏移所產(chǎn)生的影響最大，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的影響最小。

4 電力系統(tǒng)控制變量與網(wǎng)損、電壓偏移的影響分析

無功補(bǔ)償容量以及變壓器對網(wǎng)損的影響相對比較小。從電壓偏移的角度分析，在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的過程中，電力系統(tǒng)運(yùn)行變化以及系統(tǒng)性指標(biāo)變化，對系統(tǒng)電壓偏移過程會(huì)產(chǎn)生直接的影響。通過電壓偏移分析，可對電力系統(tǒng)的電壓變化過程進(jìn)行監(jiān)督，通過電力調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電壓偏移分析水平的進(jìn)一步提升。結(jié)合線路的網(wǎng)損變化，對控制變量的參數(shù)變化進(jìn)行調(diào)整，可提高電壓調(diào)節(jié)的控制水平。電力系統(tǒng)各控制變量中，獨(dú)立調(diào)度各控制變量，可得到最優(yōu)計(jì)算結(jié)果，在對控制變量進(jìn)行分檔調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，調(diào)整電容補(bǔ)償、電壓波動(dòng)變化，通過電力系統(tǒng)的性能檢驗(yàn)與調(diào)整，可滿足電力系統(tǒng)的調(diào)度與控制需求。

5 結(jié)語

通過粒子群算法，分別獨(dú)立調(diào)度發(fā)電機(jī)有功功力、電壓、變壓器功率以及無功補(bǔ)償容量的變量控制，對降低電壓偏移影響有調(diào)節(jié)作用。在系統(tǒng)負(fù)荷不變的狀態(tài)下，無功補(bǔ)償容量、變壓器功率對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響程度相對比較小。從電壓偏移的角度分析，電壓對電力系統(tǒng)控制變量的控制最大，變壓器功率與無功補(bǔ)償容量次之。電力系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)度的過程中，綜合考慮并調(diào)節(jié)控制變量的成本代價(jià)，量化電力系統(tǒng)控制變量對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響程度，并通過電力系統(tǒng)控制變量的指標(biāo)調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的綜合控制水平。分析電力系統(tǒng)控制變量與性能指標(biāo)之間的關(guān)系，調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)，滿足電力系統(tǒng)的綜合控制需求。