多目标优化在分布式调相机控制中的优化算法研究

多目标优化在分布式调相机控制中的优化算法研究

孙鹏

青岛华丰伟业电力科技工程有限公司   山东   青岛   266000

摘要：调相机在分布式能源输出电压协调控制中扮演了关键角色，本文通过结合特征分析电力系统暂态过电压的传播，根据当前新能源的形式发展，为了提高电网稳定，针对调相机在电网中起到的作用，通过对比多种无功调节设备进行分析验证。本文主要分析多目标优化的分布式调相机控制方法。

关键词：分布式调相机；电网无功调节；协调控制；优化配置

引言

在绿色可持续发展理念的引领下，电力系统正在向可再生和清洁化的能源利用方向发展，如风力发电、光伏发电等规模正在逐渐扩大。电能的超远距离传输在电力系统领域一直是一个难题，我国在此方面的研究处于领先地位，已建成了多条特高压直流输电线路。特高压直流输电可大大降低建造成本以及电能损耗，但随着新能源发电量规模的不断扩大，使得直流送端系统发生故障的概率也不断增加。

1、分布式调相机

分布式调相机是一种在光伏电站中用于调整电网连接点处的电压相位差的设备。光伏电站工作时，由于电网偶发故障或传输线路的阻抗变化等原因，可能导致电压相位差不平衡，进而影响电网的稳定性和电力质量。为了解决这个问题，分布式调相机被引入到光伏电站中。它通常由多个单元组成，每个单元安装在电网节点附近。每个单元内部包含传感器和控制器，通过监测电网连接点处的电压相位差，并根据控制策略实时调整电流的相位角度，在发电过程中实现电压相位差的平衡。分布式调相机的主要优势在于其分散、灵活的控制方式。相比集中式调相机，分布式调相机可以将控制任务分散到各个单元进行协同控制，减少了单点故障的风险，并提高了系统的可靠性和稳定性。

2、电网调相机与大型新能源场站的优化配置

电网调相机是用于调节电网中的电压相位差，以优化电网的运行稳定性和功率质量的设备。大型新能源场站（如风电场、光伏电站等）通常具有较高的电流容量和复杂的电网接入条件，因此，对于大型新能源场站的优化配置来说，电网调相机的应用也是非常重要的。大型新能源场站在接入电网时会产生大量的无功功率，这可能导致电压波动和电网不稳定。电网调相机可以通过动态控制无功功率的注入或吸收，来调整电网中的电压相位差，从而稳定电网运行。同时，电网调相机还可以提高功率因数，减少电网线路损耗，提高电能利用效率。根据大型新能源场站的总容量和无功功率需求，确定电网调相机的容量大小。容量应能满足场站的无功功率调节需求，并保证操作的灵活性和可靠性。根据场站电网的结构和负荷情况，确定调相机的位置和数量。应优先考虑调相机的放置点，使其能够平衡改善各个关键节点的电压稳定性。制定合适的电网调相机控制策略，包括无功功率的调节范围、响应速度以及与其他设备的协调。同时，需配备合适的保护措施，如过压、过流和短路保护，以确保电网调相机的安全运行。

3、分布式调相机优化配置

3.1新能源电站中调相机的配置优化

在新能源电站中，调相机的配置优化是关键的，它的合理配置可以提高电网稳定性和电力质量。仔细分析电站的负荷特性和无功功率需求，包括高峰负荷、低负荷时段以及季节性变化等。根据不同负荷情况，考虑配置合适容量和数量的调相机。分析电网拓扑结构，确定电网关键节点以及电压稳定性差的区域。在关键节点放置调相机，提高电网的电压稳定性。通过优化调相机的控制策略，调整无功功率的注入或吸收量，用于电网的电压调节和储备能量。控制策略应根据电压和功率因数的实时变化进行调整，以确保电网运行在稳定的工作范围内。对于大型新能源电站，也可以考虑使用不同类型的无功调节技术，例如静态无功补偿装置（SVC）和静态同步补偿装置（STATCOM）等。根据电站的需求和经济性，选择最适合的技术方案。除了调相机的容量和数量，还需要考虑调相机与其他设备的协调和配合，例如变压器、风机、逆变器等。确保调相机与其他设备的联动控制，以实现整体系统的协调运行。配置调相机后，需要定期监测其运行状态和性能指标，定期进行检查和保养。及时发现并处理潜在问题，确保调相机的正常运行和可靠性。

3.2协调控制策略

协调控制策略是指在分布式调相机中，通过节点之间的数据交流和信息共享，实现各个调相机的协同工作，以达到平衡电压相位差和优化功率因数的目标。各个调相机之间通过通信网络进行数据交流和信息共享，共享电压相位差信息、功率因数信息和控制策略等，以实时了解整个电网系统的状况。根据数据交流的结果，各个调相机根据协调控制策略进行相位角度的调节。例如，可以根据相位差的大小和变化趋势，让具有较小相位差的调相机适当减小相位角度，而具有较大相位差的调相机适当增大相位角度。各个调相机可以采用相同或类似的控制策略，根据实时数据进行调节。共享控制策略可以避免不同调相机之间的不一致性，保证协同控制的一致性和有效性。调相机可以根据实时监测数据和反馈信息，自适应地调节相位角度。通过寻找最优的相位角度配置，使电网连接点处的电压相位差尽可能接近理想的平衡状态。

3.3新能源电站中SVG与调相机的配置优化

在新能源电站中，静态同步补偿器的配置优化对于提高电网稳定性和电力质量也非常重要。综合考虑电站的负荷特性和无功功率需求，在高峰负荷、低负荷时段以及季节性变化等情况下对调相机和SVG容量进行合理规划。确保也可可以将调相机放到生产单元环节用来满足电站各个负荷情况下的无功功率补偿需求。分析电网拓扑结构和潮流分布，确定电网关键节点和电压波动较大的区域。根据电网结构特点和无功功率的需求分配，合理布置调试机和SVG设备。根据电站的运行模式和需求选择合适的无功补偿模式模式，包括调相机、静态无功补偿装置（SVC）和静态同步补偿装置（STATCOM）等。根据具体情况确定补偿设备的选择及设置参数等。电网通过优化的调相机分布配置及控制策略，实现快速而精确的无功功率补偿和电压控制。结合电网运行情况和需求，统筹考虑调相机和SVG之间的配比关系，将调相机放到偏远区域的大型的新能源电源单元去，形成各自功能及优势相互互补，利用不同设备的调整响应速度、控制范围和精确度等参数特性，以实现更好的电网质量稳定和。根据电站的要求和经济性，考虑使用不同类型的无功补偿技术方案，根据需求和电网情况选择最适合的无功补偿技术方案。

3.4实时监测与调整

实时监测与调整是指在分布式调相机中，通过实时监测电网连接点的电压相位差和功率因数等关键指标，并根据监测结果进行相应的调整和优化。使用监测设备和传感器对电网连接点处的电压相位差、功率因数等关键指标进行实时监测。这些监测设备可以连通到调相机或集中的监控系统，以获取准确的数据。将实时监测数据进行分析处理，识别出电压相位差是否超过设定阈值，功率因数是否达到优化目标等。可以使用统计分析、数据挖掘和机器学习等技术来对数据进行处理和分析。持续监测调整后的效果，并实时反馈到监控系统。通过监控和反馈，及时发现和解决问题，保障电网连接点的电压相位差平衡和功率因数优化。

结束语

综上所述，分布式调相机的多目标优化和协调控制方法为光伏电站提供了一种高效、智能的电网调控方案。通过科学合理地配置调相机位置、选择适当的控制算法、实施协调调节和持续实时监测与调整，可实现光伏电站的电力质量优化和发电效率提升，推动清洁能源的可持续发展。

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