主动配电网无功协调优化控制.docx

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主动配电网无功协调优化控制

主动配电网无功协调优化控制

题目

二○一七年六月

毕业设计（论文）

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主动配电网无功协调优化控制

摘要

随着大量分布式电源并入主动配电网（ADN），对ADN的电能质量、电压稳定性、继电保护等诸多方面都会产生影响，ADN的无功优化是确保系统能够安全、经济运行的重要手段，能够有效的提高电压稳定性并降低网络损耗。

因此，研究ADN的无功协调优化问题有着极其重要的意义。

本文简要回顾了ADN的无功优化这一课题的历史和研究现状，介绍了配电网无功优化的概念、基本模型及优化算法的分类。

之后，在充分了解和考虑到分布式电源的加入给配电网带来的影响后，本文提出一种基于ADN运行背景下的多目标无功协调优化控制方法，通过对系统中的分布式电源、无功补偿装置、分组电容器等的协调控制，以实现对ADN进行无功优化的目的。

文中以电压水平最佳和有功网损最小为目标函数，建立了ADN的无功优化模型。

对粒子群算法进行了一定的介绍，并在基本粒子群算法的基础上提出采用免疫粒子群算法来对模型进行优化计算。

通过采用IEEE33节点标准测试系统，结合具体参数，进行了编程和优化仿真。

优化结果证明本文所提出的优化方法能有效改善ADN的电压水平并降低网络损耗。

关键词：

主动配电网；分布式发电；无功优化；粒子群算法

Reactivepowercoordinatedoptimalcontrolofactivedistributionnetwork

Abstract

Withalargenumberofdistributedpowerintoactivedistributionnetwork,thedistributionsystemofpowerquality,voltagestability,manyaspectssuchasprotectionwillhaveanimpactontheinitiative,thedistributionnetworkreactivepoweroptimizationisanimportantmeanstoensurethesystemsafetyandeconomicaloperation,caneffectivelyimprovethevoltagestabilityandreducethenetworkloss.Therefore,theresearchonreactivepowercoordinationoptimizationofactivedistributionnetworkisofgreatsignificance.

Inthefullunderstandingandconsideringthedistributedpowerdistributionnetworktobringintoeffect,thispaperproposesareactivepowercoordinationcontrolmethodbasedonmultiobjectactivedistributionnetworkoperationbackground,distributedthroughthepowersupply,thereactivepowercompensationdevice,componentcapacitorcoordinatecontrolofreactivepoweroptimizationofdistributionnetworkinordertoachievethepurposeoftheinitiative.

Inthispaper,thereactivepoweroptimizationmodelofactivedistributionnetworkisestablishedwiththeobjectiveofminimizingthevoltagelevelandminimizingtheactivepowerloss.Theparticleswarmoptimization（PSO）algorithmisintroduced,andtheimmuneparticleswarmoptimizationalgorithmisusedtooptimizethemodelbasedontheparticleswarmoptimizationalgorithm.ThroughtheuseofIEEE33nodestandardtestsystem,combinedwithspecificparameters,theprogrammingandoptimizationsimulationarecarriedout.Theoptimizationresultsshowthattheoptimizationmethodproposedinthispapercaneffectivelyimprovethevoltagelevelofactivedistributionnetworkandreducenetworkloss.

Keywords：

Activedistributionnetwork；Distributedgeneration；Reactivepoweroptimization；Particleswarmoptimizationalgorithm

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1主动配电网的产生及特点1

1.2主动配电网无功优化的目的及意义2

1.3主动配电网无功优化的发展与现状2

1.4本论文的主要工作4

2无功协调优化的基本理论5

2.1无功优化的基本概念5

2.2无功优化的数学模型5

2.3无功优化算法6

2.3.1传统优化算法7

2.3.2人工智能算法8

2.3.3混合优化算法9

2.4本章小结10

3主动配电网的无功协调优化11

3.1分布式发电简介11

3.2分布式发电对配电网的影响13

3.3基于多目标的ADN无功优化模型13

3.3.1对DG的处理14

3.3.2目标函数14

3.3.3约束条件15

3.4本章小结16

4基于粒子群算法的优化计算17

4.1粒子群算法概述17

4.2基本粒子群优化算法17

4.2.1粒子群算法的数学模型17

4.2.2粒子群算法的参数18

4.2.3粒子群算法的基本流程19

4.2.4对基本粒子群算法的评价20

4.3免疫粒子群算法21

4.4本章小结22

5无功优化程序设计和算例分析24

5.1网络参数及模型参数设置24

5.1.1IEEE33节点系统模型及参数设置24

5.1.2算法的参数设置25

5.2优化结果及分析25

5.3本章小结27

总结与展望28

参考文献29

致谢31

1绪论

当今社会，伴随着经济的发展，大量分布式电源（DG）、储能装置等在电网中的渗透率逐渐增加，对配电网的电压稳定性、调度灵活性、配电安全性等各方面都提出了挑战，而传统的配电网将越来越难以应付这种变化，因此，具有更加灵活的拓扑结构和更加优秀的可调控性的主动配电网（ADN）将成为为来配电网发展的主流。

在发展主动配电网的过程中，如何对电网的无功进行优化以实现减小网损、提高电压质量和增强对分布式电源的消纳能力是十分重要的。

1.1主动配电网的产生及特点

主动配电网这一概念首先于2008年国际大电网会议（CIGRE）上被提出，配电与分布式发电专委会（C6）的C6.11项目组发表了名为“主动配电网的运行与发展”的研究报告，并在其中明确提出了主动配电网和分布式能源（DER）的概念，C6对于ADN和DER的基本定义和构成设想进行了大量研究，其成果得到了国际学术组织CIRED和IEEE的广泛认可[2]。

主动配电网是指内部含有分布式或分散式能源，具有一定的调度和控制能力的配电网。

AND有着灵活的拓扑结构，可以有效地控制管理配电网的潮流分布，从而实现对电网局部的DG进行监视、管理、调度。

与传统被动配电网相比，ADN的优势主要表现如下：

（1）能源消纳能力强

传统配电网一般采用就地消纳间歇式能源的模式，但配电网本身没有调节能力，若间歇式能源发电过剩，则无法将多余的能量送入电网，只能降低电源的出力；而相对的，ADN具备一定的调节能力，若发电过剩，在满足电网约束条件的情况下，它可以通过能源分层、分区消纳等手段消纳过剩的能量。

（2）DG的统一调度

在传统配电网中，DG主要用于平衡当地负载，与电网间没有功率交换，因而配电网的最优潮流运行并没有考虑到DG的出力情况；而在ADN中，DG将与大型发电厂中的发电机组一样，作为可调控的机组参与到配电网的潮流优化中，并藉由ADN的协调控制系统进行统一的调度控制。

（3）DG的保护

传统配电网中，若电网在运行过程中出现故障，因无法对DG进行统一的协调控制，为防止扩大故障的影响，要将DG从电网中退出；而在ADN中，当配电网发生故障，通过控制中心对DG的调度控制，在确保电网故障不会对DG的供电造成影响的情况下，可以允许DG继续向非故障地区供电。

（4）DG的集中化监控

传统配电网中对DG的监控是独立的，没有与整个电网的自动化控制系统进行协调统一，不利于调度控制；而在ADN中，DG的监控系统是配电网的自动化系统的一部分，通过这种一体化的设计，可以更方便地实现对DG和配电网协调控制。

由以上介绍可以看出，主动配电网将是未来大容量、高渗透率DG及多个微网并入电网的主要渠道。

1.2主动配电网无功优化的目的及意义

随着科技的进步和经济的发展，我国用电负荷的数量一直在持续增加，用电需求日益增大，用户对电能质量和供电可靠性的要求不断提高。

尽管通过推行电力体制改革，这种情况得到了一定的缓解，但是面对能源紧缺、环境污染等一系列问题的出现，传统的火力发电显然已不足以独自应付这种现状。

因此，具有经济、环保、高效等特点的可再生能源受到了越来越多的关注，这也直接促进了分布式能源的发展。

但是，随着分布式能源渗透率的不断提高，对配电网的电压水平、电能质量、继电保护设备等都造成了一定的影响。

而针对传统配电网的而无功优化理论对于接入了大量分布式电源的ADN显然已不再适用，如何对含有大量DG的ADN进行无功优化具有很重要的意义。

电压水平是衡量供电质量的一项重要指标，它的好坏直接影响到电网的运行状况和受电侧的生产生活。

电压过高会导致绝缘设备、电气设备温度过高，影响其使用寿命甚至导致设备损坏，威胁了电网的安全运行；电压过低则会导致网损增大，并影响相关设备的正常运行，严重的还可能导致电压崩溃。

通过ADN的无功优化，能够有效地改善电网电压质量，提高系统的电压稳定性，减少有功网损，为安全生产生活提供保障，以提高电网的经济效益和社会效益。

1.3主动配电网无功优化的发展与现状

无功优化这一概念最初是由法国学者J.Caepentier于1962年提出，之后在1968年，J.Peschon等人提出了无功最优潮流的概念，从此，人们开始了对无功优化问题的独立研究。

在这之后，随着研究的不断深入，无功优化这一领域也不断地延伸，从最初的只考虑网损最小