外文翻译译文-关于低压中压配电网络的集成功率优化

中北大学 2013 届中英文翻译第 1 页 共 7 页关于低压中压配电网络的集成功率优化雍俊章 陈超 廖敏川电力学院，中国科技大学，广州 510640，中国摘要：在大功率节能的分销网络，通过合理使用若干低压和中压的无功补偿，会取得更好的效果。本文提出了全面的优化配置中压（MV）配电馈线和低电压（LV ）侧公共变压器无功补偿，其目标的工程因素根据整合 10/0.4KV 无功补偿的数学模型，涉及到设备投资和节能降耗的收入，来尽量减少每年的开支以满足各种操作，安装和维护约束。控制变量包括电容器组的数量和容量的各种补偿计划。采用灾变分组整数编码遗传算法来解决这个问题。事实证明在一个真正的配电网中，该模型是有优势的，算法也是有效的。关键词：分销网络;无功优化，低压和高压;遗传算法1.介绍作为电能配置的终端环节，广泛的分销网络供应面积与各种馈线和负载，它们的功率损耗是电力系统中主要的亏损总额。分销网络进一步的节能研究同时具有经济效益和社会效益。无功补偿及电压调节是改善电压质量的两个有效措施。无论国内国外，针对分销网络已经做了很多工作来达到无功功率的最佳补偿。基于数学规划1,2 或物理特性分析3-5，无功优化补偿（ORPC）模型和分销网络的算法研究，已经取得了许多进展，比如智能搜索和启发式算法6-9等，但他们往往是局限于只考虑 10kV 中压（MV）补偿或 0.4KV低电压（LV）的补偿，因此进一步研究节能分销网络能力是有限的。事实上，在考虑许多工程因素时，配电线路无功补偿应综合优化几种 10/0.4KV 两级电压的无功功率补偿模式，以实现最佳的投资和整体损失最少。因此，一个综合 10/0.4kV 无功补偿模型，提出了考虑低压和中压，固定/分组集成 ORPC 和三相不平衡因素，其目的是尽量减少每年的支出，满足各种技术和操作限制，如功率平衡，安全电压，无功补偿容量，主馈线上的固定点的数目。配电变压器采用“T”型的模型，它可以准确地根据不同的电压和电流计算开路损失和加载损失。然后，采用遗传算法来解决这个问题，代码的分组的整数确定的中北大学 2013 届中英文翻译第 2 页 共 7 页电压电平和三相不平衡度。最后以分析的例子给出。2.配电线路无功补偿工程因素目前，自动分组交换补偿（即动态补偿或分组补偿）和固定的补偿，一般使用在 10kV 的馈线的配电网络中，动态电容器组是适用于配电变压器的低压侧，根据无功功率或无功电流，以电压为约束进行开关，如图 1 所示。在工程实践中，低压和中压配电网补偿必须注意一些因素：1）配电网的电压调节和无功补偿，关闭电器的相关性，他们应进行协调。2）低电压补偿具有便宜的价格和良好的效果，但小容量分布变换为低电压补偿和一些专用变压器无法实现功率因数的标准是不适合的，因此，适当的中压补偿是必要的。3）分组补偿和固定补偿的优点和缺点。前者是灵活的，但昂贵的，后者则是便宜和简单的维护，但其操作是有限的。4）在配电变压器低压侧的补偿根据三相不平衡负载应该选择统一或分相补偿。5）由于 10kV 支线的中等电压补偿的安装，维护和环境等条件限制，补偿点不适合超过 3 处显然，如何协调上述矛盾是达到最佳的节能配电馈线无功功率补偿的关键。图 1 10/0.4kV 集成配电系统无功补偿中北大学 2013 届中英文翻译第 3 页 共 7 页3.数学模型3.1 目标函数10/0.4KV 综合无功优化是使每年最低支出为目标函数，即Min f= (1)CM1在公式中， 是每年投资回收率（） 。 M C是每年的分销网络中的功率损耗成本。 M I是考虑每一种补偿无功功率设备的额外费用M1=Mm,f+Mm,s+M1,s+M1,p-Mh,0 （2）准确地说，Mm,f= (3)(, fmffmNmf QKaPQMm,s= （4）)(, ssfPQMl,s= (5), slplNlsKfaPMl,p= (6)(, sllllQMm,o= (7),fmsNlfpqNPQ是 PQ 节点的预设值，M 为 PQ 节点中压侧，I 是低压侧，M m,f是中压固定补偿投资;M m,s是中压分组补偿投资; M I,s在是低压分组补偿投资; M I，p 是低压分相分组补偿投资，当结合一个设备的中压固定补偿及低压分组补偿，M M，0 是节约投资，; f m,s，K m,s和 Qm,s，分别代表使用固定补偿时安装成本，电容器单价和节点m 补偿容量; F m,s，K m,s和 Qm,s分别代表使用分组补偿时安装成本，电容器单价和节点 m 补偿容量; f i,s，K i,s和 Qi,s分别指的安装成本，电容器的单位价格和使用统一的分组补偿时节点 I 的补偿容量; f i,p，K i,p和 Qi,p分别表示电容器的安装成本，单位价格和使用分相分组补偿节点 I 的补偿容量，a m,f和 am,s为逻辑变量，代表节点 m 是否安装的中压固定补偿或中压分组补偿，a i,s和 ai,p为逻辑变量，代表节点 i 是否安装的低压固定补偿或低压分组补偿。当节点安装补偿时，相应的逻辑变量取 1，否则取 0。中北大学 2013 届中英文翻译第 4 页 共 7 页是否采用分相补偿取决于变压器低压侧三相不平衡度。根据“电气配电系统设计规范”（GB50052-95）和变压器的工作标准，配电变压器运行时中性线电流不能超过 25的额定电流。当测得的数据超过这个标准后，应使用分相补偿。制定分销网络的成本，每年的网损为MC= （8）)(max) cFetCuLNdd PTPP 是电价，N d负荷水平期预设值; 是在 d 标准下一年的等效负荷水平 ; 在分销网络 d 标准下的总活跃损失; 最大负荷的损失小时数; T t是分布变换下max年度经营小时数; T c为电容器的年运行时间;，P L， P Cu,P Fe和P C分别是 10千伏馈线的损耗，配电变压器的铜损，变压器的铁损和电容的功率损耗，即P L= （9）)cos2(2),( ijjijijinNbVyP Cu= （10）)2),( ijjijijinttP Fe= （11）2,kNVgP C= （12）,ncn是在分销网络等效的分支数，N b是配电馈线的分支预设值;N t是分布变换的等效阻抗分支预设值; N T是分布变换的等效激励分支预设值;N C是电容器的分支预设值;y n,b是配电馈线分支中电导,y n,t是分布变换下电导的等效阻抗， g n,t是分布变换下电导的等效励磁， g n,c是电容器的等效电导; V i和 Vj为在负载等级 d 期间节点 i 或 j 的电压的大小，; 为 Vi与 Vj之间的相角差。ij3.2 约束在该模型中的约束包括潮流方程，无功补偿容量，变电站总线电压幅度和每个负荷节点和工程安装和维护的因素等。1） 功率流方程约束Pi=Vi （13）)sinco(1 jjijNjijBGV中北大学 2013 届中英文翻译第 5 页 共 7 页Qi=Vi （14）)cossin(1 ijijjNjjBGV其中，P i和 Qi分别为节点 i 注入有功功率和无功功率，G ij和 Bij分别是节点i 和节点 j 之间电导和电纳，N 是在分销网络中的节点总数2）约束的操作变量Vk,minV kV k,max kN A （15）Qk,cmin Qk,cQ k,cmax kN MN L （16）Q m,fQ L,min mN M （17） 其中 NA，N M和 NL分别是总节点预设值，中压补偿的节点预设值和低压补偿预设值 Vk,min和 Vk,max分别是 VK最大的下限和上限，Q k,cmax，Q K,cmin是节点 k 动态补偿下 Qk容量最大值和最小值， ，Q m,f是动态补偿容量下节点 m 中压补偿容量。Q m,min是最小无功负荷的馈线。约束（17）保证在轻负载期间，以防止无功功率弧段，传输到变电站固定补偿塔。2） 其他制约因素由于 10kV 的电容一般都是安装在塔上，如环境约束，维护等现有的各种麻烦，所以中压补偿节点的数量应不要太大，因此， max, )(sfmsNmf naNm,max是 10 千伏馈线的最高赔偿节点4.优化算法集成的无功优化分销网络是一个混合整数非线性规划问题，目标函数是复杂的，不可微和涉及许多变量和约束。因此，遗传算法（GA）具有广泛的应用范围和优化能力强，是一个合适的选择，为了提高 GA 的全局搜索能力，本文介绍了“分组优化”选择算子和灾难分组10,11，并通过分组整数编码根据该模型的特点。详细的编码，如图 2 所示。在图 2 中，V bus是变电站 10kV 的总线电压，从而对应总线安全范围内的电压幅值离散码，n th是固定安装在节点 h（hN H）的补偿组数; N ck安装在节点 k 的动态补偿组号 （KN HN L）; V ek是节点 k 的电压电平， ek是节点 K（KNL）的三相负荷不平衡度指标。因此，总线操作电压可通过 Vbus获得,用由 NFH 数量和中北大学 2013 届中英文翻译第 6 页 共 7 页NCK，相应的 VEK，容量补偿模式和补偿容量可以通过相应的 Vek和单位容量的 nth和 nck大小来获得图 2 分组整数编码与识别的电压水平和分相补偿5.模拟实际的配电线路的导线及变压器的条件示于表 1 和表 2。专用变压器的负载功率因数一般都在 0.90 以上，而公共变压器一般都在 0.80 和 0.90 之间，在变电站的记录中馈线最大功率为 Pmax=2.804MW 和 Qmax=1.733Mvar。表 1 10kV 线路参数表 2 配电变压器参数中北大学 2013 届中英文翻译第 7 页 共 7 页由于专用变压器的功率因数都不够好，低压补偿只用来考虑公共变压器，在本文中不同的 ORPC 模式，假设的最大负荷增长 20。比较的好处示于表 3 中，其中“I 型”电压无校正和无补偿情况，“模式 II”是电压调节和只有低压补偿“，模式 III”电压调节和只有中压补偿，“模式 IV”为电压调节和混合补偿。表 3 不同方案的好处对比注：在这个最佳配置计划，2 个配电变压器应在低压侧根据三相电流的实际数据和分相补偿的原则采用分相动态补偿。表 3 中可以看出，与只有低压的 OPRC相比，综合投资回收期相比略有增加，但节能降耗，电压质量和功率因数的效果要好得多。另一方面，综合 ORPC 投资成本，节能效果和电压质量都优于只有中压的 ORPC。这个例子已经证