基于新能源不同并网容量的无功优化的研究

基于新能源不同并网容量的无功优化的研究

孙宁于天一陆涛卞海波

天津市电力公司滨海供电分公司天津滨海300450

摘要：本文考虑新能源不同并网容量的电网无功优化方式，应用了一种基于非线性原-对偶路径跟踪内点算法。以IEEE14节点系统为算例，针对几种典型运行情况进行了仿真计算，仿真结果表明，该方法可以综合考虑系统多种无功优化方式，同时计及连续变量和离散变量，得到新能源不同入网容量不同和是否考虑无功调控手段对系统电压质量和支路有功损耗的影响效果。

关键词：新能源；无功优化；非线性

0引言

电网无功优化是保证系统安全、经济运行的一项有效手段，是改善系统无功分布、降低有功损耗提高电压质量的一项重要措施，因此，具有非常重要的理论意义和应用价值[1]。本文提出了一种基于非线性优化的考虑新能源不同入网容量的系统无功优化方法。建立了新能源不同入网容量的电网无功优化模型，以IEEE14节点系统为算例进行仿真计算，验证了所提出方法的有效性。该方法可以综合考虑系统的各种运行约束和新能源不同入网容量对系统电压质量和有功损耗的影响，得到较为准确的新能源不同入网容量的系统无功优化方案。

1新能源入网的无功优化模型

本文从系统的最优潮流的角度研究新能源不同入网容量对系统节点电压和支路有功损耗的影响。为了保证计算精度，本文采用内点法。优化系统电压的模型可以表述为

优化的目标函数关系式为：

min(1)

等式约束：

(2)

不等式约束：

(3)

式中：为第台新能源发电机有功出力；、、分别为新能源发电机台数、带负荷的节点数和离散变量个数；为第条支路上的有功损耗；和分别为第台发电机(常规发电机和新能源发电机)的有功出力和无功出力；、和分别为节点和的电压幅值和相位差；、为网络导纳矩阵中相应的元素；为支路的非标准变压器变比；为节点的无功补偿容量；、为支路的正向有功潮流和反向有功潮流；、和分别为第个离散变量的惩罚因子、邻域中心和实际值，其中可根据离散变量的实际计算值求出的最为靠近的离散取值得到[4]。

2非线性原-对偶路径跟踪内点算法

非线性原-对偶内点算法是拉格朗日函数、牛顿法和对数障碍函数三者的结合。它很好地继承了牛顿法最优潮流计算的优点，并可将函数型不等式约束和变量型不等式约束统一处理[4]。

非线性原-对偶内点法优化潮流的计算步骤如下

输入原始数据。

初始化。设置松弛变量、，保证；设置拉格朗日乘子、、，满足；设优化问题各变量的初值；取中心参数，给定计算精度，迭代次数，最大迭代次数的值，本文取30。

计算步长间隙和最大潮流偏差。若，最大潮流偏差小于，则输出最优解，计算结束；否则转至步骤4)。

计算壁垒函数。求解方程组，得到各个变量的修正值：、、、、和。

确定原始和对偶步长和，其计算表达式如式(4)和式(5)，并对变量进行修正。转至步骤3)。

(4)

(5)

3算例分析

本文以IEEE14节点系统为例，验证非线性内点法在研究系能源入网的系统无功优化上的可行性和有效性，并研究风电最大入网容量对系统电压和支路有功损耗的影响。IEEE14节点系统接线图如图1所示，节点1、2、3、6和8号节点依次为1~5号常规发电机组，10、13、14节点为并网的新能源机组。新能源机组的有功出力上下限如表Ⅰ所示。2、10、13、14号节点为无功补偿点。可调变压器变比的上、下限分别为1.10和0.90，分级步长为2.5%。无功补偿设备出力的上下限分别为5.0和0，分级步长为0.05，节点电压的上、下限分别为1.06和0.94。

本文做了如下三种情况的仿真。方案1：新能源机组出力范围，考虑无功调控手段；方案2：新能源机组最大有功出力减半，考虑无功调控手段；方案3：新能源机组出力范围如表Ⅰ所示，不考虑无功调控手段。

方案1、方案2和方案3的系统支路有功损耗(标幺值)分别为0.0195、0.0137和0.0268。结合表Ⅱ，方案1和方案2比较可知：新能源机组最大有功出力增大时，系统的支路有功损耗有所增加，系统节点电压的波动幅度增大；方案1和方案3比较可知，考虑无功调控手段时可以减少系统支路有功损耗，减少系统电压波动，改善电压质量。且第1、2种方案的电压波动较方案1都有所增大，这是由于新能源入网的缘故。

方案1的有载调压变压器变比分别为0.975、0.975和0.925，无功补偿出力分别为0.3、0.3和0.25；方案2的有载调压变压器变比分别为0.975、0.975和0.925，无功补偿出力分别为0.3、0.3和0.25。

图2为三种方案的收敛特性曲线。从图中可以看出：方案1和方案2比较可知：新能源机组最大有功出力越大；方案1和方案3比较可知，考虑无功调控手段以后系统收敛速度较不考虑无功调控手段要慢。

图2系统的收敛特性

4结论

本文应用了一种基于非线性优化的新能源不同入网容量的电力系统无功优化计算方法。并以IEEE14节点系统作为算例，对本文所提方法进行了验证。针对几种不同的情况进行了仿真计算，仿真计算结果表明：该方法可以考虑系统多种无功优化手段，得到较为准确的新能源不同入网容量不同时对系统的电压质量和有功损耗的影响以及无功调控手段对系统优化的收敛速度、电压质量以及支路有功损耗的影响。同时，该方法具有较好的收敛性，运用该方法可以得到较为满意的优化结果。

参考文献

[1]王秀云,邹磊,张迎新,李辉,潘文明.基于改进免疫遗传算法的电力系统无功优化.电力系统保护与控制.2010/1/1,38(1).

[2]别朝红,周婷,王锡凡.电力系统多时段无功优化研究.西安交通大学学报.2008/6,42(6).

[3]林济铿,李鸿路,仝新宇.基于自适应免疫算法和预测-校正内点法的无功优化.天津大学学报.2008/2,41(2).

[4]孙保功,叶鹏,邵广惠,徐兴伟,侯凯元,陶家琪.基于非线性内点方法的风电接入能力研究.中国电机工程学报.2010/4/5,30(10).

作者简介

孙宁（1986-），男，河北任丘人，汉族，本科生，主要研究方向为电力系统分析运行与控制，工程师。Email：sunxxxning@163.com。