基于修正功率因数评估的配电网低压电容器协同控制-北极星输配电网

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配电网无功补偿是电力系统运行中提高电压质量、减少有功损耗的有效手段之一[1-2]。由于我国主网架结构相对配电网而言更清晰、稳定，并且通信系统更为完善，因此无功协同控制在高压电网中已经得到广泛的关注和应用[3-5]。而在中低压配电网中，由于其数据量庞大、自动化水平较低等原因，无功协同控制难以实施，低压无功补偿直接采用局部就地控制成为了主流做法[2]。由目前的相关导则，配变低压侧电容器一般都按照0.90~0.95的功率因数区间进行自动控制投切[6]。该策略没能充分发挥电容器的功能，设备利用率低下，节能和电压质量提升还存在巨大潜力[2]。

配电网的协同无功电压控制通常有2种方法来实现：一种是采用控制规则来决策，另一种则采用优化方法。无功优化是目前协同控制研究的主流[7-12]，大量文献专注于数学建模和算法的研究。文献[8]提出一种融合裂变和变异操作的分合群粒子群算法，保持粒子的多样性并避免收敛早熟;文献[9]通过改进小生境遗传算法，实现了从下而上的配电网全网无功优化;文献[10]则采用二阶网损无功灵敏度矩阵计算，考虑了不同补偿节点之间的相互影响;文献[11-14]则对光伏等分布式电源(distributed generation，DG)接入的电网无功优化进行研究并提出相应的算法和改进方案。

在电容器协同控制方面，文献[15]提出一种针对低压配电网的集中无功补偿系统，可以扩展从而适应负荷的逐年增长;文献[16]引入净现值(net present value，NPV)的概念来评估电容器的补偿效果;文献[17]借助GPRS网络，利用配电监测系统对低压电容器进行动态跟踪和控制;文献[18]提出在通信和自动化水平较高的农村智能电网中实现对电容器进行最优计算和准确控制。

上述文献提出的控制方法往往都依赖于配电网数据的全面采集和线路的准确建模才能寻优，一旦数据缺失或线路拓扑结构发生变化则需要重新收集和建模，在实际应用中极为不便，因此研究成果更多是停留在理论层面。针对当前配电网自动化水平较低、数据庞大、结构多变的特点，如何改进无功补偿和电容器控制规则成为当前实用化的一个重要课题，这也是主动配电网的研究重点之一[19]。

本文从功率损耗的机理出发，针对现有的配电网协同控制需要全面建模且无法适应拓扑变化的现状，提出一种新型的配电网低压电容器协同控制方法——修正功率因数评估法(简称修正法)，以馈线的修正功率因数到平衡区间的数值距离的最小值为目标函数进行定向寻优。

1 配电系统有功损耗机理

图1是包括10 kV和0.4 kV母线的低压配电系统示意图，配电系统中的有功损耗主要包括线路和配变2部分。在配变中有功损耗分为铁耗和铜耗：铁耗为空载损耗，与运行电压大小有关，在通常运行方式下是一个很小的量;而铜耗为负载损耗，与线路中的有功损耗一样，与负载电流的平方成正比。忽略配变铁耗，则配电系统元件有功损耗的表

图1 中低压配电系统示意图

Fig. 1 Low voltage distribution system

达式为

(1)

式中：DP为有功损耗;I为配变或线路电流;R为配变或线路电阻;P为输送功率;U为运行电压;cosj为功率因数。

原标题：基于修正功率因数评估的配电网低压电容器协同控制

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