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近幾年來(lái)，風(fēng)電和光伏等分布式電源（Distributed Generation, DG）的發(fā)展十分迅速，呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，給電網(wǎng)帶來(lái)了許多問(wèn)題。DG出力的隨機(jī)性、不確定性以及與負(fù)荷的不匹配特性都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生影響，其安裝位置的隨機(jī)性會(huì)改變電網(wǎng)的潮流，進(jìn)而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

目前對(duì)于新能源并網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化已開(kāi)展了較多研究。對(duì)于含有新能源的無(wú)功優(yōu)化控制既要考慮DG和無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功出力的連續(xù)控制，又要考慮新能源的不確定性。

• 有學(xué)者將風(fēng)電和光伏的有功無(wú)功輸出能力與傳統(tǒng)有功無(wú)功優(yōu)化方式相配合，利用場(chǎng)景縮減方法，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
• 有學(xué)者側(cè)重分析了含光伏配電網(wǎng)的有功無(wú)功資源，利用二層規(guī)劃分別將光和電容器的狀態(tài)變量和出力分為上下層優(yōu)化變量，通過(guò)發(fā)掘光伏的無(wú)功調(diào)節(jié)潛力，對(duì)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行了優(yōu)化。新能源并網(wǎng)后，對(duì)配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)模式產(chǎn)生了一定的影響，分布式電源有功出力的隨機(jī)性變化超過(guò)了無(wú)功調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)速度，可能會(huì)導(dǎo)致電壓的越限運(yùn)行。
• 有學(xué)者以有功網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，利用錐松弛等原理構(gòu)造了含分布式能源的配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化模型，保證了新能源消納的同時(shí)配網(wǎng)的網(wǎng)損最小。
• 有學(xué)者分析了多種新能源接入電網(wǎng)的無(wú)功電壓控制，但是缺少了對(duì)新能源消納的分析。
• 有學(xué)者提出適用于主動(dòng)配電網(wǎng)的無(wú)功電壓全局優(yōu)化控制策略，建立了無(wú)功電壓全局優(yōu)化控制模型，使用多目標(biāo)優(yōu)化的方法，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功潮流分布。

大多數(shù)無(wú)功優(yōu)化的研究都是采用多目標(biāo)非線(xiàn)性?xún)?yōu)化方法。多目標(biāo)可以同時(shí)考慮多個(gè)問(wèn)題，更符合實(shí)際，但是多目標(biāo)之間存在相互影響，不同目標(biāo)之間的權(quán)重取舍會(huì)在一定程度上影響優(yōu)化結(jié)果。

部分學(xué)者考慮了分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。有學(xué)者通過(guò)增大短路容量削弱光伏電源對(duì)配電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，提高了光伏的接入容量。有學(xué)者建立了分布式光伏的消納模型，通過(guò)使用調(diào)壓措施，有效地提高了光伏的消納，并對(duì)多種調(diào)壓方式進(jìn)行了對(duì)比。

新能源一般運(yùn)行在最大功率點(diǎn)跟蹤方式，不參與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)壓。但是新能源會(huì)受反調(diào)峰特性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受限、系統(tǒng)消納水平低等因素的影響而被迫棄光棄風(fēng)，新能源的裝機(jī)容量并沒(méi)有得到完全利用，仍然蘊(yùn)含著發(fā)送大量無(wú)功的潛力，如果能將這部分無(wú)功合理運(yùn)用，將能夠提高全網(wǎng)電壓水平，進(jìn)而提升系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力。

考慮到系統(tǒng)中，除了DG具有一定無(wú)功調(diào)節(jié)能力外，還有諸多無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，這些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備均能達(dá)到提升電壓、提高新能源消納的效果。傳統(tǒng)消納問(wèn)題并沒(méi)有考慮到無(wú)功電壓優(yōu)化對(duì)消納的提升，因此，如果能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化新能源無(wú)功余量與無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)功容量，達(dá)到提升系統(tǒng)電壓水平及系統(tǒng)消納水平的目的，將具有重要意義。

目前，大多數(shù)文獻(xiàn)都是針對(duì)含有分布式電源的配電網(wǎng)利用系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行電壓優(yōu)化，缺乏優(yōu)化這一過(guò)程對(duì)電網(wǎng)電壓水平和新能源消納能力影響的研究。

新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)）、國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的研究人員提出了以電壓質(zhì)量為目標(biāo)的無(wú)功電壓優(yōu)化模型，利用單目標(biāo)來(lái)驗(yàn)證優(yōu)化前后的影響。采用智能粒子數(shù)控制的粒子群（Particle Swarm Optimization, PSO）算法進(jìn)行求解。常規(guī)的粒子群算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但收斂速度較慢，采用智能粒子數(shù)控制可以節(jié)省優(yōu)化所需時(shí)間。

圖1 算法流程

研究人員首先對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力進(jìn)行分析，建立了無(wú)功優(yōu)化對(duì)配電網(wǎng)電壓和新能源消納的影響模型。考慮到風(fēng)電和光伏等分布式電源存在一定的無(wú)功余量，具有一定無(wú)功調(diào)節(jié)能力，利用這些無(wú)功余量進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化，將節(jié)點(diǎn)電壓和額定電壓偏差的方差作為目標(biāo)，建立了無(wú)功電壓的優(yōu)化模型。在常規(guī)粒子群算法基礎(chǔ)上，使用智能粒子數(shù)控制提高計(jì)算效率。最后，通過(guò)IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行了多場(chǎng)景仿真分析，結(jié)果表明所提出的無(wú)功電壓優(yōu)化模型可以起到改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高消納能力的作用。

在高滲透率場(chǎng)景下，系統(tǒng)可以利用風(fēng)電光伏的無(wú)功余量對(duì)系統(tǒng)電壓水平進(jìn)行優(yōu)化，在提高系統(tǒng)電壓水平的同時(shí)保證新能源的消納。新能源接入的位置不同，無(wú)功電壓優(yōu)化對(duì)其消納的影響也不同。

研究人員表示，光伏和風(fēng)電等可再生能源的迅速發(fā)展，將逐漸取代傳統(tǒng)的能源發(fā)電，其并網(wǎng)和系統(tǒng)對(duì)它們的消納能力必將成為新能源發(fā)電研究的重點(diǎn)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)無(wú)功電壓優(yōu)化與新能源接入的關(guān)系，達(dá)到提升系統(tǒng)電壓水平及系統(tǒng)消納水平的目的，將具有重要意義。將風(fēng)機(jī)的無(wú)功余量考慮到模型中，針對(duì)新能源出力的波動(dòng)性，可以對(duì)一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，將其季節(jié)特性加入對(duì)電網(wǎng)的影響。

以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“無(wú)功電壓優(yōu)化對(duì)新能源消納的影響”，作者為劉華志、李永剛、王優(yōu)胤、張曉天、曹南君。