[发明专利]计及光伏发电和谐波污染的基于随机潮流的无功优化方法

说明书

发明公开了计及光伏发电和谐波污染的基于随机潮流的无功优化方法，属于电力系统配电系统优化技术领域。本发明考虑了配电网运行中的多种随机因素，如负荷波动的不确定性、发电机组的故障停运和光伏电站出力的随机性等，利用蒙特卡罗模拟法计算随机潮流结果，然后进行无功优化。在无功优化的过程中，利用遗传算法优化控制发电机机端电压、可调变压器分接头的位置、无功补偿装置的无功补偿量、光伏电站的无功功率容量，对系统节点基波电压和节点电压总谐波畸变率进行机会约束，综合考虑降低有功网损和减少谐波污染，以提高配电网运行的经济性和安全性。

技术领域

本发明涉及计及光伏发电和谐波污染的基于随机潮流的无功优化方法，属于电力系统配电系统优化技术领域。

背景技术

作为一种重要的分布式电源，光伏发电在电力系统中装机容量所占比例越来越大，已经成为新型电力系统不可阻挡的发展趋势。由于太阳能光伏电站是间歇式电源，在大规模并网过程中将对配电系统结构和运行等方面产生显著影响，各国学术界和工程界均给予极大关注。准确的元件模型是进行电力系统仿真分析的基础，因此，建立准确光伏发电模型是开展相关研究的基础。现在世界上许多国家都加大了对光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的发展。近几年，世界太阳能电池组件的年平均增长率为33％，光伏产业已成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。

由于负荷变化及预测的不确定、发电机组和输电网络元件的计划检修或强迫停运，网络中的潮流分布本质上是不确定的。用概率理论来描述这种不确定性，探讨相应的数学建模、计算机算法和实际应用，称为随机潮流研究。1973年B.Borkowska首次提出了一种直流潮流求解随机潮流问题，此模型仅分析系统的有功功率，此后，R.N.Allan等把B.Borkowska的直流潮流模型扩展为交流潮流模型，即不仅考虑系统的有功功率还分析系统的无功功率。随机潮流自从Borkowska在20世纪70年代提出后，发展至今，其求解方法主要有近似法、模拟法和解析法3类。其中，模拟法以蒙特卡罗模拟法为主要代表。

电力系统无功优化对系统的安全性和经济性存在重大影响，该问题的目标是通过改变无功功率的分布来实现全网的有功功率损耗最小化，并且满足各种运行约束。然而，由于无功优化问题是一个非常复杂的非线性问题，具有多目标、多不确定性、多约束、多极值和离散性等特点，尚有很多问题有待解决。因能够多路径搜索全局最优解，并可以自然地解决离散性问题，遗传算法被应用到无功优化问题的求解。

由于非线性设备的广泛应用，电网中的谐波污染日益严重，极易使补偿电容器受到损坏，而补偿电容器又会放大谐波分量。因此，研究谐波畸变情况下的配电网无功优化，对配电网安全、稳定的运行具有十分重大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了计及光伏发电和谐波污染的基于随机潮流的无功优化方法。该方法计及光伏发电和谐波污染，利用蒙特卡罗模拟法计算随机潮流，并在潮流计算结果的基础上，应用遗传算法进行无功优化，可有效提高无功优化的准确性和效率，适合实际配电网的无功优化研究。

本发明的计及光伏发电和谐波污染的基于随机潮流的无功优化方法，包括如下步骤：

1)建立负荷和发电机组的随机模型。

2)建立光伏发电系统的随机模型。

3)利用蒙特卡罗模拟法对系统数据进行采样，模拟负荷波动的不确定性、发电机组的故障停运和光伏电站出力的随机性。

4)计算随机潮流结果，给出系统节点基波电压、节点电压总谐波畸变率和系统基波网损等的概率分布情况，得到系统基波网损的期望值。

5)应用遗传算法进行无功优化，控制发电机机端电压、可调变压器分接头的位置、无功补偿装置的无功补偿量、光伏电站的无功功率容量，对系统节点基波电压和节点电压总谐波畸变率进行机会约束。