配电网无功优化的分时段控制策略

王龙飞

（国网重庆市电力公司江津供电分公司重庆市402260）

摘要：随着我国用电规模越来越大，对于电网的可靠性和安全性提出了各种的要求。配电网无功优化的分时段控制策略的提出可以改善电压情况，可以有效降低电力能源消耗和保障电压的安全稳定，是未来发展的重要趋势。本文在此对于无功优化的分时段控制方法做了一定的探索，从而更好促进我国电力行业的发展。

关键词：电力行业；配电网无功优化；分时段控制策略

背景：

电力行业的发展对于企业行业的发展起着积极的促进作用，在近几年我国电力行业取得了很大的发展，各种电力技术被广泛应用于我国电力行业，其中配电网无功优化的分时段控制策略可以有效的降低能源消耗，同时能够保障配电网安全可靠性的运行，符合我国可持续发展的原则，是未来配电网重点发展的技术之一。因此无功功率成为了行业研究的重点领域，本文重要是从负荷曲线，将负荷曲线划分不同的阶段进行研究，从而制定最佳的控制策略，在不同的阶段采取不同的策略，从而更好提高供电网络的安全性和可靠性。

1.配电网无功优化的模型

1.1负荷曲线的分段

大多数配电网模型都是在已知的负荷曲线的条件下进行研究的，因为很容易获得负荷曲线，通过分析负荷曲线模型可以分析出当前网络的负荷水平以及负荷曲线的变化趋势以及对于补偿调压动作的限制次数。对于符合曲线分段模型来说，如何划区间对于研究制定重要，划分不同的区间往往制定的策略是存在着很大的区别。但是在分段时要明确自己的目标，采取分时段模型就是通过调整配电网中无功功率的流动来有效降低电网中的有功功率，因此优化目标是有功功率，而无功功率就是变量。在划分去见识是要以无功功率的变化曲线为变量曲线进行有效划分，同时在划分过程中要兼顾无功曲线的变化情况，尽量保持有功曲线和无功曲线在大体走向上保持一致。在理论上，满足无功设备工作的前提下，往往区间划分越细，目标函数的优化效果越好，从而使得有功功率越小。

图1：典型日负荷曲线

如上图1所示的日负荷曲线的无功功率在1天之内的变化情况不大，因此可以将负荷曲线分成简单的两段即可，比如可以这样分15：30～7：30为第一段，7：30～15：30为第二段，为了提高分时控制的精度也可以分为3段、4段或甚至是5段。

分段区间和复合点在确定之后，下一步就需要明确各个分段区间的计算方法了，然后根据每一段的优化方法之后，通过将这些段最优的方法进行累加求和就可以得到我们设计的最佳的损耗形势，从而到了这一天最小的运行方案，然后在进行有针对性的控制，从而获得这一天的最佳控制方案，使得有功功率得到最小值。

对于我们要优化的第s段区间来说，可以先假设这区间一共有个典型负荷点要参与优化计算当中，那么这一段的优化区间的目标函数就可以表示为如下的函数表达式，如公式1所示。其中对于两点之间的有功功率本文使用两点之间的有功功率的平均值来近视代替。公式中表示的是两个负荷点之间的时间间隔，而表示的是区间的划分总数。

2.配电网无功优化控制算法

在获得分段区间和目标优化函数和约束条件之后，就可以选择相应的优化算法进行求解过程。本文主要采用的加强的遗传算法，这种算法是在模拟退火的遗传算法（MAGA）的基础上加以改进，同时把前推回推法计算配电网潮流的方法有机结合在其中，构成了我们最终的优化算法。用退火选择遗传算法对于日负荷曲线中的中间点进行优化求解，通过不断的迭代过程系统最终能够获得一组不同的补偿调压装置的运行方案。然后在此基础上，用其他的负荷点来验证方案的可行性，从而最终计算出每一个点的最终有功损耗，从而能够很快求解整个系统的最小有功损失值，从而获得最小的电能损耗方案，在此基础上就可以制定科学合理的分时控制策略，从而最大程度提高电压的安全性和可靠性。

3.改进退火选择遗传算法实现方案

遗传算法的实现过程容易，同时能够有效解决有约束条件的求值过程，同时在求解的具体过程中不需要对目标函数进行求导，只需要将连续函数进行离散化，通过迭代来完成最终的求解过程，这样就可以充分发挥计算机的计算能力。这是因为遗传算法可以有效解决离散问题，已经被广泛应用于电力系统。本文采用的基于退火选择的遗传算法是在简单遗传算法的基础上改进的，同时在函数中引入了时变因子，将模拟退火的退火因子引入选择操作中，允许父代参加竞争且逐代保存最优个体，具有收敛速度快、全局寻优能力强的优点，具体实现过程主要包含了以下几个过程：

1）编码：本文采用二进制编码方案

2）适应函数F：主要用来惩罚有功损耗和电压越限，相当于一个正则项。

3）退火选择：这一步主要是构造退火函数，这是迭代的关键步骤，同时它需要满足以下性质，需要随着进化迭代数的增加而趋于0。

4）交叉和变异：本文采用单点交叉、固定交叉率和变异率。

5）迭代停止条件：达到预定的最大进化代数或最优个体的保持代数时，停止优化。

结语

综上所示，配电网无功优化的分时控制方案对于提高我国供电网络的安全性和可靠性至关重要，同时也能够最大程度减少能源的消耗，是符合我国可持续发展战略思想的，本文主要在研究了日负荷曲线的基础上，将无功功率合理划分区段，然后设计合理的优化函数，使用遗产算法就可以得到最优的方案。希望本文提供的方案对于读者有一定的参考作用。

参考文献：

[1]胡泽春，王锡凡.配电网无功优化的分时段控制策略[J].电力系统自动化，2002，26（6）：45-49.

[2]陈华.配电网无功优化的分时段协调控制策略研究[D].广州：华南理工大学，2007.

[3]卢明成.基于无功优化下的配电网分时段控制策略[J].大科技，2012（10）：72-73