（电气工程专业论文）含小水电的区域电网优化运行研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e r e s e a r c ho fo p e r a t i o no p t i m i z a t i o ni nr e g i o n a lp o w e r g r i dw i t hs ma l lh y d r o p o w e rs t a t i o n m a s t e rc a n d i d a t e ：z h a n gc o n g h u i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f p e n gx i a n g a n g m a y 2 0 1 0 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u , g u a n g d o n g ，p r c h i n a , 5 10 0 9 0 摘要 摘要 随着能源和环境危机，绿色清洁的流域小水电群并网发电发挥了其很好的优越 性，受到越来越多人们的关注，但由于小水电的并网，使得原有的网络结构及运行 方式发生变化，一些传统的计算方法由于其自身的局限性已不能很好地满足多电源 网络的优化计算，所以，如何使并网的小水电与区域电网间网损最小、电压波动越 小及小水电弃水最小，更加稳定、经济的运行方式已成为众多研究人员的共同目标。 本文简单介绍了小水电的概念、分类及国内外发展状况，详细阐述了目前并网 小水电发电存在的问题，归纳总结了小水电发电对配电网的各种影响及定量分析了 对网损、电压及无功方面的变化。并对潮流计算进行分析研究，提出了基于节点和 支路分层的含小水电的配网潮流快速算法，为后文优化方案的调用奠定基础。同时， 对优化方案中采用的粒子群算法进行介绍，在分析了其算法的相关性能后，进行有 关参数改进，提出了改进的自适应粒子群优化算法。为了小水电与区域电网更好地 运行，针对目前区域电网电压在小水电丰、枯水期波动大，无功不足，造成有功损 失，本文结合改进的粒子群优化算法研究并联电容器组进行投切补偿及小水电弃水 最小的区域电网优化运行方案。 为验证上述优化算法及方案的可行性，本文对某市含小水电群的区域电网进行 潮流分析，潮流计算结果表明本文所提出的快速潮流算法较传统的潮流计算有更快 的计算速度。同时，通过i e e e 9 节点系统对本文所提出的含小水电的配网优化运行 方案进行测试，结果表明，该优化方案能够更好地获得全局最优解，对实现电网节 能降损和小水电站的经济运行有着很好的理论指导价值。 关键词：网损；电容器投切； 弃水；改进p s o 算法；潮流 a b s t r a c t w i t he n e r g ya n de n v i r o n m e n t a lc r i s i s ，c l e a na n dg r e e nv a l l e ys m a l lh y d r o p o w e r s t a t i o n sg r o u pp o w e rg e n e r a t i o nc o n n e c t e ds y s t e mg r i dh a sp l a y e d p r e t t ya d v a n t a g e s a n d a t t r a c t e dm o r ea n dm o r e p e o p l e sa t t e n t i o n b u td u et ot h e s en e w e n e r g yw i t hp o w e rg r i d ， t h es t r u c t u r eo fg r i da n do p e r a t i o nm o d eh a sc h a n g e d ，s o m et r a d i t i o n a lm e t h o dc a n ，tw e l l m e e tt h ed e m a n do fm o r ep o w e ro p t i m i z a t i o nb e c a u s eo fi t so w n a n a l y s i sl i m i t a t i o n s h o wt om a k es m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n sa n dr e g i o n a lp o w e r g r i do p e r a t el l l o r es t a b l e 、 m o r ee c o n o m yi sc o m m o ng o a lo f m a n yr e s e a r c h e r s t h i sp a p e e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p t ，c l a s s i f i c a t i o na n di t sd e v e l o p m e n t a t1 1 0 m ea n d a b r o a do fs m a l lh y d r o p o w e r ，e x p o u n d si nd e t a i ls m a l lh y d r o p o w e rg e n e r a t i o nc o n n e c t e d s y s t e mg r i ds u b s i s t e n tp r o b l e m sa tp r e s e n t ，s u m m a r i z e dt h ei n f l u e n c e so nd i s t r i b u t i o n n e t w o r ko fs m a l l h y d r o e l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o nc o n n e c t e d p o w e rs y s t e m a n d q u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e st h ec h a n g eo fp o w e rl o s s 、v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e r m a d et h e a n a l y s i so fp o w e rf l o ww h i c hi st h eb a s i ce l e m e n to f o p t i m a lo p e r a t i o ni np o w e rs y s t e m ， t h ep a p e ra p p r o v e df a s tp o w e rf l o wa l g o r i t h m sb a s e do nb r a n c ha n db u sl a y e r i n g ，f o rt h e l a t e rs t u d yl a yt h ef o u n d a t i o n m e a n w h i l e ，b r i e fi n t r o d u c e sp a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m ，b a s eo nt h ea n a l y s i so fi t sr e l a t e dp r o p e r t i e s ，i m p r o v e m e n to f p a r a m e t e r s t h e i m p r o v e da d a p t i v ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ( a p s o ) h a v eb e e n p u tf o n v a r d i no r d e rt oo p e r a t ew e l lb e t w e e ns m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n sa n dr e g i o n a ld i s t r i b u t i o n n e t w o r k ，a i m i n ga tt h ev o l t a g ef l u c t u a t i o no fs m a l lh y d r o p o w e r 、r e a c t i v ep o w e rs h o r t a g e a n dp o w e rl o s s ，s t u d yo na c c o m m o d a t i o nw a t e rd i s c h a r g eo fs m a l l h y d r op l a n ta n d c a p a c i t o r 。s w i t c h i n g ，t h i sp a p e rp r o p o s e dt h eo p t i m i z a t i o ns c h e m ec o m b i n i e dw i t h i m p r o v e da p s oi nr e g i o n a lp o w e rg r i dw i t hs m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n i no r d e rt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo f o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m sa n dp r o g r a m s ，t h ep a p e r a n a l y s i so n ec i t y sa c t u a lp o w e rf l o w ，t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o w st h a t p r o p o s e d a l g o r i t h mh a sf a s t e rs p e e dt h a nt r a d i t i o n a la l g o r i t h m s m e a n w h i l e ，t h ep r o p o s e do p t i m a l i st e s t e d b yi e e e9 - b u ss y s t e m ，t h ei n v e s t i g a t i o n sr e v e a lt h a tm e t h o di s c a p a b l eo f o b t a i n i n gh i g h e rq u a l i t ys o l u t i o n se f f i c i e n t l y ，i tc a nr e s u l ti ns y s t e ml o s sr e d u c t i o na n d 1 1 1 广东工业大学硕士学位论文 口 罩 h习 摘要i a b s t l 王a c t i i 目录i v c o n t e n t s ，v i i 第一章绪论j 1 1 1 课题研究背景1 1 2 小水电发电概述3 1 。2 1 小水电概念与分类3 1 2 2 小水电发电研究意义4 1 2 3 我国小水电发展存在问题现状5 1 3 含小水电的配网优化研究方法概述。6 1 4 论文主要工作8 第二章含小水电的配网运行分析一9 2 1 引言9 2 2 小水电机组并网运行的几种状态9 2 3 小水电接入对配电网的影响1 1 2 4 含小水电的配网电压及无功分析1 7 2 5 小水电弃水分析2 1 2 6 本章小结2 2 第三章含小水电的配网潮流快速算法2 3 3 1 引言2 3 3 2 含小水电电源的配网潮流计算2 4 3 2 1 配电网潮流计算模型2 4 i v 目录 3 2 2 配电网潮流计算方法概述2 4 3 2 3 小水电在潮流计算中的处理方法2 7 3 2 4 算法研究及实现2 8 3 3 算例分析3 2 3 4 本章小结3 4 第四章改进的自适应粒子群算法研究3 5 4 1 引言3 5 4 2p s o 算法概述3 5 4 2 1p s o 基本原理3 5 4 2 2 参数意义一，3 7 4 2 3 粒子群优化算法与其它优化算法比较3 9 4 3 改进的p s o 算法研究3 9 4 3 1 改进自适应粒子群优化算法4 0 4 3 2 优化算法的具体步骤4 3 4 3 3 优化算法流程4 4 4 4 本章小结4 4 第五章基于改进p s o 算法含小水电群的区域配网优化运行研究4 5 5 1 引言4 5 5 2 配电网无功补偿及电容器投切研究4 5 5 2 1 电容器补偿研究4 6 5 2 2 电容器投切研究4 7 5 3 含小水电群的配电网优化运行研究4 9 5 3 1 优化数学模型4 9 5 3 2 优化求解步骤5 1 5 4 算例分析5 2 5 4 1 算例介绍5 3 5 4 2 算例参数设置5 4 5 4 3 算例计算结果5 4 5 5 结论分析5 6 v 广东工业大学硕士学位论文 5 6 本章小结5 6 结论与展望5 7 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的论文6 2 独创性声明6 3 致 谢6 4 v i 1 2o v e r v i e wo fs m a l lh y d r o p o w e rg e n e r a t i o n 3 1 2 1c o n c e p ta n dc l a s s i f i c a t i o no fs m a l lh y d r o p o w e r 3 1 2 2r e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n ts t a t u so fs m a l lh y d r o p o w e r 4 1 2 3c u r r e n tp r o b l e m si ns m a l lh y d r o p o w e rd e v e l o p m e n t 5 1 3o p t i m i z a t i o nm e t h o d so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hh y d r o p o w e r 6 1 4r e s e a r c hc o n t e n to ft h i sp a p e r 8 c h a p t e r 2 o p e r a t i o na n a l y s i so f d i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t ht h es m a l l h y d r o p o w e r 9 2 1i n t r o d u c t i o n 9 2 2s e v e r a lo p e r a t i o ns t a t e sf o rs m a l lh y d r o p o w e rg r i d c o n n e c t e d 9 2 3i n f l u e n c eo nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka c c e s st os m a l lh y d r o p o w e r 131 2 4v o l t a g ea n dr e a c t i v ea n a l y s eo fn e t w o r kw i t hh y d r o p o w e r 9 7 2 5a n a l y s eo fs m a l lh y d r o p o w e rw a t e rd i s c h a r g e 17 2 6s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 2 2 c h a p t e r3 f a s tp o w e rf l o wa l g o r i t h mw i t hs m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n 一2 3 3 1i n t r o d u c t i o n 2 3 3 2f a s tp o w e rf l o wa l g o r i t h mw i t ht h es m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n 2 4 3 2 1p o w e rf l o wc a l c u l a t i o nm o d e l 2 4 v t t 广东工业大学硕士学位论文 3 2 2p o w e rf l o wc a l c u l a t i o nm e t h o d 2 4 3 2 3p r o c e s sm e t h o d so fs m a l lh y d r o p o w e ri nf l o wc a l c u l a t i o n 2 7 3 2 4a l g o r i t h m sr e s e a r c ha n dr e a l i z e 2 8 3 3e x a m p l ea n a l y s i s 3 2 3 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 3 4 c h a p t e r4i m p r o v e da d a p t i v e p s oa l g o r i t h m 3 5 4 1i n t r o d u c t i o n 3 5 4 2p s oa l g o r i t h m 3 5 4 2 1p s ob a s i cp r i n c i p l e 3 5 4 2 2t h em e a n i n go ft h ep a r a m e t e r s 3 7 4 2 3t h ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi sc o m p a r e dw i t ho t h e r o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 一3 9 4 3i m p r o v e dp s oa l g o r i t h m 3 9 4 3 1i m p r o v e da d a p t i v ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 4 0 4 3 2s p e c i f i cs t e p so ft h eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 4 3 4 3 3p r o c e s so fo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 4 4 4 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 4 4 c h a p t e r5r e g i o n a l d i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t h s m a l l h y d r o p o w e rg r o u p o p t i m i z a t i o nr e s e a r c hb a s e do nt h ei m p r o v e dp s oa l g o r i t h m 4 5 5 1i n t r o d u c t i o n 4 5 5 2r e a c t i v ec o m p e n s a t i o na n dc a p a c i t o r - s w i t c hr e s e a r c h 4 5 5 2 1s t u d yo nc a p a c i t o rc o m p e n s a t i o n 4 6 5 2 2s t u d yo nc a p a c i t o r - s w i t c h 4 7 5 3r e s e a r c hf o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p t i m i z a t i o nw i t hh y d r o p o w e r 4 9 5 3 1m a t h e m a t i c a lm o d e lo fo p t i m i z a t i o n 4 9 5 3 2o p t i m a ls o l u t i o np r o c e d u r e 5 1 5 4e x a m p l ea n a l y s i s 5 2 5 4 1e x a m p l ei n t r o d u c t i o n ：5 3 5 4 2t h es e t t i n go f t h ep a r a m e t e r s 5 4 v l i t o r i g i n a l i t ya n n o u n c e m e n t 6 3 a c k n o w l e d g e m e n t 6 4 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论弟一早珀 。f 匕 当前，中国经济已进入新的发展时期，随着国民经济结构的调整和电力行业的 飞速发展，当今社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性要求日益提高。而集 中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要 方式，正在为全世界9 0 以上的电力负荷供电，这些集中式电力系统在向“大电网、 大机组”模式发展的过程中，不可避免的存在着如下一些弊端，严重影响着重要用 户供电。 ( 1 ) 不能灵活跟踪负荷的变化。随着负荷峰谷差的不断增大，电网的负荷率正逐 年下降，发电及输电设施的利用率都有下降的趋势。 ( 2 ) 对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电。一种情况是距离负荷现有电力系 统太远，输配电系统的投资较大；另一种情况是由于自然条件太恶劣，现有电力系 统到用户的输电线路根本无法架设，即使建成后也会经常出现故障。 ( 3 ) 大型互联电力系统中，局部事故极易扩散，任何一点的故障所产生的扰动都 会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾 难性后果。 同时，集中式发电系统大量地消耗以煤为主的化石能源导致日益严重的污染， 以及对生态环境的破坏，使得资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态 环境压力持续增大。面对新的能源和经济形势，我国“十一五”规划提出了“发展 循环经济，保护生态环境，加快建设节约型、环境友好型社会”的要求。2 0 0 6 年1 月1 日起实施的可再生能源法明确指出，我国鼓励和支持可再生能源发电。其后， 国家发改委正式发布可再生能源发电有关管理规定，要求电网企业应当根据规 划需求，确保可再生能源发电全额上网，发电企业应当积极投资建设可再生能源发 电项目，并承担国家规定的可再生能源发电配额义务。2 0 0 8 年8 月节能发电调度办 法( 试行) 获得国务院批准，进一步将可再生能源，如风电、小水电等在电力调度 过程中提升到发电排序的前列。 在国家大力推进清洁能源开发的各种政策背景下，小水电作为一种清洁无污染、 广东工业大学硕士学位论丈 可再生、具有良好生态与社会效益的绿色能源类型，其重要性日益突出。我国的小 水电资源丰富，分布广泛，经济上可开发的容量约为1 2 , f l k w 左右。经过几十年的建 设，国内小水电发展已达到相当规模，特别是在新世纪国家提出节能减排、科学发 展的要求后，小水电得到了更为迅速的发展。截止2 0 0 6 年底，全国已建成小水电站 4 6 9 8 9 座，总装机4 4 9 3 4 m w ，约占可开发容量的3 7 4 ，约占全国水电总装机 2 8 5 7 0 m w 的3 4 9 t 1 1 。 但往往机遇和挑战是并存的，在大力推进小水电等可再生能源发电的同时，还 要充分考虑这些分散电源的接入对配电系统的影响。大多数的配电系统结构呈放射 状，采用这种结构的主要目的是为了运行的简单性和保护、控制系统的经济性。配 电网的运行控制、调压和继电保护是以放射状电网为基础设计运行的。在接入小水 电群这些分散电源之后，配电网由单电源供电变为双端电源供电，随之给电网带来 一些新的技术难题：分散电源的接入改变了系统的潮流，系统的有功、无功及电压 的幅值和相角都会发生相应变化，这些变化使得传统的适用于辐射型配网的自动电 压控制a v c 的调整难度增加了；如果小水电的容量大于它所在馈线的总负荷量，会 向系统供电，使潮流反向，造成馈线末端电压升高，为避免小水电连接处电压过高， 烧毁部分用电设备，需要采取电容器投切等无功补偿措施，这又会增加网损。而在 较长的配网馈线末端，线路压降较大，电压比较低的情况下，小水电的接入使其电 压升高，在一定程度上也可以改善系统的电压状况。对于随季节性变化发电的小水 电，在丰水期往往存在着无功欠发，甚至还要从大电网吸收感性无功的现象，加重 了电网的无功负担，在与电网进行无功交换中形成了大量的有功损耗；并且，在小 水电群运行的丰水期，考虑峰谷负荷的差异需要投切电容器来控制电网电压，而很 多水电站在优化计算中，没有考虑电容器投切次数对设备寿命的影响，因此其结果 经常出现电容器的频繁投切操作，并不符合实际运行和经济性的要求；同时在水电 大发汛期，大量小水电冲击电网主网，低谷倒送电力，大大增加了电网调峰的负担， 有时为了满足电网调峰运行指标的限制而导致在低负荷下的大量弃水，这对电网的 安全运行和电站的经济运行都是不利的【2 】f 3 1 。 因此，小水电作为绿色可再生能源受到国家的重视，研究其接入配电网后，使 配电网和小水电群能够更好地稳定、经济运行，对其的优化运行研究有很大的现实 意义。 2 1 2 小水电发电概述 1 2 1 小水电概念与分类 在中国，小水电站系指装机容量2 5 m w 及以下的水力发电站及其配套电网的统 称，容量小于0 5 m w 的水电站又称为农村小水电。小水电站的容量界限是与我国 国民经济的发展相协调的，尤其与我国农村经济的发展和农村用电水平有关。我国 在五十年代，一般称5 0 0 千瓦以下的水电站为农村水电站；到六十年代，小水电站 的容量界限到3 0 0 0 千瓦，并在一些地区出现了小型供电线路；八十年代以后，随着 以小水电为主的农村电气化计划的实施，小水电的建设规模迅速扩大，小电站定义 也扩大到2 5 万千瓦；九十年代以后，国家计委、水利部迸一步明确装机容量5 万 千瓦以下的水电站均可享受小水电的优惠政策。 小型水电站的分类方式很多，以下介绍三种有代表性的分类方式t ( 1 ) 按容量可分为小i 型，小i i 型和微型电站。小i 型电站的容量为 5 0 0 k w 2 5 0 0 0 k w ；d , i i 型电站为1 0 0 k w 5 0 0 k w ；微型电站系指容量小于1 0 0 k w 的水力发电站。 ( 2 ) 按电站的组成建筑物及其特征，可以分为三类：一是坝式( 包括河床式和坝 后式) 电站，指筑坝抬高水头，集中调节天然水流，用以生产电力的水电站。其主要 特点是拦河坝和水电站厂房集中布置于很短的同一河段中，电站的水头基本上全部 由坝抬高水位获得。二是引水式电站，用明渠、隧洞、管道等引水建筑物集中河流 的落差而形成发电水头的水电站。兴建这种水电站的基本条件是河流天然坡降很陡 ( 通常应l o 以上) 或有天然跌水、瀑布，可以通过水力坡降平缓的引水道取得集中 落差；或者河流流向存在u 形和s 形大河湾，可以通过裁湾取直引水取得集中落差； 或者相邻两条河流，高程相差大，可以通过跨流域引水取得很大的落差。这种电站 一般布置较分散，但其开发方式较经济，投资小；三是混合式电站，是由坝和引水 道两种建筑物共同形成发电水头的水电站，即发电水头一部分靠拦河坝提高水位取 得，另一部分靠引水道集中落差取得。这种电站可以充分利用河流有利的天然条件， 在坡降平缓河段上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下游坡降很陡或落差集中的 河段采用引水方式得到大的水头。它通常兼有坝式水电站和引水式水电站的优点和 工程特点。我国引水式电站数量较多，主要原因是这种开发方式较为经济，投资小； 广东工业大学硕士学位论文 而坝式和混合式电站数量较少，但因其有调节水库，往往成为梯级开发或地区供电 中的骨干电站。单纯发电的坝式电站一般造价较高，但综合利用枢纽中的坝式电站， 在投资分摊后，仍相当经济。 ( 3 ) 按水库的调节能力可分为无调节和有调节水电站。其中，无调节水电站由于 没有水库，不能对径流进行调节，只能直接引用河中径流进行发电，所以又称为径 流式水电站。无调节式水电站的运行方式，以尽可能多利用河中径流为原则；有调 节水电站借助于水库，能在某种限度内按照用电负荷对径流进行调节，把超过发电 所需的多余来水蓄入水库，供来水不足时增大发电流量之用。有调节水电站也称为 蓄水式水电站，它的运行方式可以在一定程度上适应用电负荷情况，按照调节径流 的周期长短，有调节水电站又可分为日调节水电站、年调节水电站和多年调节水电 站，视水库的大小而定【4 】【”。 1 2 2 小水电发电研究意义一 小水电是一种绿色能源，它属于非碳清洁能源，既不存在资源枯竭问题，又不 会对环境造成污染，是可持续发展战略不可缺少的组成部分。因地制宜地开发小水 电等可再生能源，把水力资源转变成高品位的电能，不仅对于农村地区( 尤其是老少 边穷地区) 的脱贫致富，提高人民生活水平具有现实意义，而且对保护生态环境，促 进农村社会、经济环境协调发展也有着十分重要的作用。 小水电作为最现实的可再生能源，近2 0 年来在世界能源和农村发展中已经成为 热门话题。小水电在各国能源中的比重虽然很小，但它和各国的经济发展还是有关 系的。值得注意的是，g d p 增长缓慢的国家，小水电发展也很慢，但g d p 增长较快 的发展中国家，小水电不一定同比增长。综合各种统计数据可知，近2 0 年来小水电 在世界上虽然得到了明显的发展，但无论在能源、电力或水电行业中，小水电的比 重仍然很小。尽管如此，发展小水电的重要意义还是越来越为人们所重视。 1 9 8 1 年联合国“新能源和可再生能源大会 水电专家组对小水电的评价是：“虽 然小水电在整个水电发电量中所占比重很小，但它在某些发展中国家的农业地区可 能有很重要作用。 1 9 9 2 年世界能源大会委员会发表的“1 9 9 0 - - - , 2 0 2 0 年可再生能源的机遇与障碍一 一小水电篇章”中，指出：“有情况表明，在国家的政策对可再生能源有利的情况下 4 第一章绪论 ( 如提供资助并鼓励对可行的项目投资等) ，小水电发展的步伐得到了显著的加快。 2 0 0 3 年第三届世界水论坛上发的“部长宣言 肯定了水电的作用，并呼吁“加 大对所有可再生能源包括水电的利用”。还明确了“可再生能源政策立法应该涵盖 所有规模的水电站；根据具体情况，大型和小型水电项目的作用都要发挥。” 这可以说是近2 0 年来国际社会对发展小水电所达成的各阶段的共识。此外，2 0 年来各种国际组织包括联合国有关机构举行过一系列小水电会议，对小水电发展作 出了许多决议和呼吁。可以说，国际宏观形势和国际社会的舆论对小水电发展形威 了很有利的环境。 1 2 3 我国小水电发展存在问题现状 我国小水电资源丰富，这些小水电大多分布在以山地、丘陵为主的山区地带， 往往通过1 0 k v 配电线路或分支线接入电网内的3 5 k v 终端变电所。小水电的并网 在一定程度上缓解了大电网电力不足的局面，但因各种原因造成发电上网的不合理 性，加大了并网线路的电力损失。此外，由于小水电完全依赖自然及气候条件为基 础进行发电，季节特征非常明显，并且大多数小水电站库容不足，利用水库库容进 行的处理调整能力较差，给其所接入的配电网日常运行也带来了很多严重问题和安 全隐患，主要体现在： 1 小水电发电季节性、气候性强。枯水期，流域内小水电均无水量用于发电， 小水电附近供区从电网吸收功率；而丰水期，流域内所有小水电均满发，小水电附 近供区功率倒送。小水电附近供区两季潮流变化过大，造成电网潮流控制困难，容 易造成潮流超标、支路过负荷，并引起保护的不正确动作、电压不合格等问题。 2 小水电大多没有配置远程监控系统，调度部门无法监控各小水电的实时运 行状态，无法针对电网需求进行小水电的协调和优化。因此，丰水期各小水电站为 减少弃水，抢发有功而减发无功，造成电网无功不足负担，反而使电网损耗大幅增 加，甚至导致电网实际并未因小水电出力而实现节能。而在枯水期，各水电站均不 能稳定发电，对电网的供电可靠性和安全性都造成了一定的影响。 3 并网小水电站大部分地处山区、远离城镇、装机规模较小，基本上都是通 过3 5 k v 、l o k v 线路与配网并网，且其并网线路上时常t 接有多个小水电站和多台 广东工业大学硕士学位论文 用户变压器，在每年的雷雨季节，遇其并网线路故障，往往是电网侧开关先跳闸， 致使小水电站的发电机飞车导致线路t 接处的电压过高，烧毁挂在线路上的用户设 备。 因此，部分电网公司为了保障配电网的正常运行，经常对不符合上网要求的小 水电站实施高额罚款，甚至限制个别小水电的发电，这不仅造成了小水电业主投资 的损失、挫伤职工积极性，又与当前国家鼓励可再生资源的合理应用的政策背道而 驰，不利于节能降损目标的实现【6 儿7 1 。 1 3 含小水电的配网优化研究方法概述 基于上述含小水电的配网运行中存在的问题，如何对其进行优化研究就显得很 有必要。而含小水电的配网运行优化控制是一个离散变量( 如电容器投切、水电弃 水量的多少) 、多约束的非线性优化问题，其目的是对小水电机组发出无功功率予以 控制，以降低系统有功网损，并保证节点电压在规定范围内，并使运行投资及费用 总和最小。 目前，含有诸如小水电等分散电源的配电网优化研究中，在优化目标函数、等 式约束、不等式约束方面同传统电网有相似之处，只是在控制手段上有不同，因此 在优化算法方面可以借鉴传统电网的方法。现阶段对配电网运行优化研究大致分为 传统数学优化算法和人工智能优化算法两大类。 1 传统优化算法 传统的数学优化算法包括线性规划、非线性规划、混合整数规划法等等，以下 将分别对此进行简单介绍。 线性规划法的原理是把目标函数和约束条件全部用泰勒公式展开，忽略高次项， 使非线性规划问题在初始点处转化为线性规划问题，用逐次逼近的方法来进行解空 间的寻优。它的数学模型简单直观，计算迅速，收敛可靠，便于处理各种约束问题。 常用的是灵敏度方法和内点法。 非线性规划法的优点是物理概念清晰易于理解，计算精度高，缺点是计算量大， 内存量需求大。罚函数法、梯度法、二次规划法都是非线性规划法的一种。 混合整数规划法的原理是先确定整数变量，再与线性规划法协调来处理连续变 量，它能够有效地解决优化计算中的变量的离散性问题，其数学模型也比较准确的 体现了运行优化的实际情况。 6 第一章绪论 传统的配网运行优化算法研究己经比较成熟，并取得了较好的效果，但是这些 方法有明显的局限性。如不容易实现全局最优，只能找到局部最优解，般要求目 标函数可微或线性化，用于求解含离散变量的目标函数有可能有较大的误差，一些 传统方法对求解过程加以简化，无法保证优化结果精度【8 】。 2 智能优化算法 近年来，人工智能方法作为一种新兴的方法，越来越广泛的应用到电力系统运 行优化研究中。该类方法不像传统方法那样依赖于精确的数学模型，这种智能方法 对自然界和人类本身活动的有效类比而获得启示，具有代表性的有模拟退火法、遗 传算法和粒子群优化算法等等。 模拟退火算法是模拟物理学中固体物质的退火过程来求解组合优化问题。它的 优点是算法即使落入局部最优的陷阱中，经过足够长的时间后也可以跳出来从而收 敛到全局最优解。 遗传算法通过模拟生物进化过程来达到学习和优化的目的。这种迭代自适应概 率性搜索算法含有进化过程中的信息遗传思想【9 】及生物优胜劣汰的原则。文献【9 】提 出了一种改进的免疫遗传算法