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含风电场的电力系统无功优化综述 1.引言 电力系统无功优化的目的主要是确定在未来某一时段内系统中各种无功设备的状态，以保证电网运行的经济性和安全性。无功优化从优化时间段的长短上来看，可分为静态优化和动态优化，静态优化只考虑一个时间断面上的负荷情况，动态优化考虑了负荷的动态变化过程，一般要求无功补偿装置次数的限制。在传统的无功优化模型中，用来进行的控制手段主要有发电机无功出力的调节、变压器分接头的调整和无功补偿装置的投切等。发电机无功出力是可以连续调整的变量，变压器分接头的调整和无功补偿装置的投切都是离散控制的变量，而系统中的潮流方程为非线性方程，所以无功优化是一个十分复杂的非线性混合整数规划问题。 近年来，分布式电源，特别是风电在我国得到了迅速发展，对缓解用电紧张的局面发挥了重要作用，但同时也对电网的电压质量及电压调节模式带来了较大的影响，传统的无功优化方法不能完全适应分布式电源的并网情况，主要表现在风电出力具有随机变化、预测难度大的特点。本文就含风场的电力系统无功优化问题展开论述，讲述了无功优化的意义，理论基础，优化方法，风场模型等。 2.无功优化的意义及理论基础 2.1无功优化的意义 电力系统无功优化的主要目的就是通过改变系统中无功潮流分布，降低网络有功损耗并提高各节点的电压水平，保证系统安全、经济、稳定运行。对系统动态无功优化问题进行研究，还需要考虑负荷时间的变化情况以及控制设备在一定周期内的动作次数限制。 电力系统电压调整与无功功率分布有着十分密切的关系，无功功率的分布除了要满足调压的要求外，也要满足经济要求。虽然无功的产生是不用消耗能量的，但无功在电网中流动，在线路、变压器等电网元件中产生了电流的无功分量，使总的电流增大。因此在这些元件中电阻的有功损耗加大了，增大了能量的消耗。因此希望电网的无功功率要尽量少流动，特别要避免无功功率的远距离流动。无功潮流的优化就是在满足电网高压要求的条件下，使线路无功功率损耗最小的无功功率分布的最优方案。这是个静态最优化问题，一般分成两个问题进行研究，一个是无功电源的最优分布，一个是无功负荷的最优补偿。 2.2无功补偿容量的确定 在掌握了无功电源和无功负荷的基础上，就要做好无功的就地平衡，制订无功补偿方案，尽力做到各级电网的无功负荷能得到就地补偿。可通过如下方法来确定无功补偿容量： 1.提高功率因数需要 2.降低线损 3.提高运行电压需要 2.3无功补偿的原则 无功补偿通常遵循如下原则： 1.无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置．可采用分散和集中补偿相结合的方式，接近用户端的分散补偿可取得较好的经济效益，集中安装在变电所内有利于控制电压水平； 2.无功补偿设施应便于投切，装设在变电所和大用户处的电容器应能自动投切。 3.无功优化的数学模型及常用求解算法 3.1数学模型 1.无功优化目标函数 配电网无功优化的目标函数是多种多样的，除最小网损外，有最小运行费用、综合经济效益最大、电压水平最好、控制量的变化量最小、调节次数最少或投切次数最少、多目标整体最优等，恰当的目标函数对优化过程有重要的作用。 配电网无功优化目标函数为 （2.1） 式中，为网损；为控制变量；为状态变量。 2.控制变量为 （2.2） 式中,为母线电压；并联电容器功率；变压器变比。 3. 状态变量 （2.3） 式中，为母线电压相角；为母线电压幅值。 4. 等式约束条件 （2.4） （2.5） 其中，，。 式中，为母线的机组有功出力；为母线的有功负荷；为母线注入有功功率方程；为母线的机组无功出力； 为母线的无功负荷； 为母线注入无功功率方程;；为母线数；为母线导纳矩阵元素的电导部分；为母线导纳矩阵元素的电纳部分。 5.不等式约束条件 （2.6） （2.7） （2.8） 3.2优化算法 电力系统无功优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题，其操作变量既有连续变量(如节点电压)，又有离散变量(如有载调压分接头档位、补偿电容器的投切组数)，使得优化过程十分复杂。实际常用算法如下： 1.传统优化算法 60年代后，运筹学上的多种优化方法，几乎都在无功优化计算上作了研究、尝试和应用。其中比较经典的算法有：梯度类算法，牛顿法，二次规划法和线性规划法。下面对这些常用方法的优缺点进行列表总结： 经典算法 优点 缺点 梯度类算法 原理最基本，最简单 在接近最优点时会出现最速下降有哪些信誉好的足球投注网站方法的锯齿国家气象局；对罚函数和梯度步长的选取要求严格，收敛慢，不能有效处理函数不等式约束 牛顿法 可以很好地利用电力系统导纳矩阵的稀疏性 在处理不等式约束方面不够成熟，尚不能有效处理无功优化中的