摘要:隨著分布式光伏和電動汽車充電樁在配電網中的廣泛使用，配電網的無功功率優化問題日益復雜。文章構建結合新能源和電動汽車充電站并網的主動配電網無功功率優化框架，旨在實現配電網運行成本變小和系統穩定性優化。建立光伏發電和電動汽車充電行為的隨機模型以及儲能系統的工作狀態模型，以準確反映分布式電源和負荷的不確定性；設計多目標無功優化數學模型，通過權重系數分配法，綜合考慮配電網的經濟性和安全性；引入蜣螂優化算法求解模型，以提高求解的準確性和快速性。結果表明，通過調整充電樁功率因數，減少了無功補償設備的使用，縮短了電容器和有載調壓變壓器的操作時間，增強了配電網的系統控制可靠性，并提升了配電網的韌性。19821800313

關鍵詞:無功功率優化；電動汽車；蜣螂優化算法；分布式光伏；主動配電網

隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，對可持續能源的需求不斷增長。因此，建立以新能源技術為核心的電力系統逐漸成為解決能源挑戰問題的關鍵。新能源分布式發電 （DG） 的發展和電動汽車的普及，使得配電網絡的供需不確定性顯著增加，同時也改變了潮流和電壓分布的模式。無功功率對于電網的穩定性和安全性至關重要，其能夠確保電壓保持在安全水平，降低電壓崩潰的風險。因此，對無功功率優化模型進行合理調整，并動態管理無功潮流，對于減少電力傳輸損耗、提升電壓水平和增強系統穩定性至關重要。

目前，國內外學者對配電網的無功功率優化問題進行了廣泛研究。特別是在無功功率調節方面，由于逆變器的應用，光伏發電站能夠執行無功功率調節，其在無功優化的應用中得到了廣泛應用。杜明波針對新能源大量接入配電網的問題，提出了風能、太陽能和儲能系統聯合電壓調節的解決方案，并利用博弈論求解了一個包含電壓偏差和線路損耗等多重優化目標的數學模型。多數文獻集中于傳統無功補償設備的優化模型研究，關于儲能設備的無功電壓調節的研究較少。隨著可再生能源在電力生產中占比的增加，電池儲能系統（BESS）成為關鍵組件，這些系統能夠存儲多余的可再生能源，并在需求高峰時釋放，以實時響應電力需求波動。ALRASHIDI等提出了一種基于BESS和智能光伏逆變器的電壓管理策略，采用元啟發式優化算法解決BESS的雙層優化問題，以調節電壓水平并利用光伏和風能。盡管現有研究通過優化無功功率模型或算法，緩解了新能源接入電網導致的電壓波動和損耗問題，但往往忽略了電動汽車充電站對電網負荷端的影響，且對負荷端和電源端的穩定性問題關注不足。電動汽車憑借其移動性和靈活性優勢，已被部署用于多種輔助服務。通過車聯網技術，電動汽車能夠參與電網調節，與電網進行能量交易，從而實現良性互動。因此，為加快能源結構轉型、提高電網整體無功調節能力，可利用電動汽車優化無功調節。這不僅有助于解決電力存儲問題，還能對配電網的無功調節產生積極影響。

本研究構建了融合新能源和電動汽車充電站接入的主動配電網無功功率優化框架，開發相關隨機模型，設計多目標無功優化數學模型并引入蜣螂優化算法求解，以實現配電網運行成本變小和系統穩定性優化。

1無功優化數學模型

1.1光伏發電隨機模型

光伏發電系統的運行依賴逆變器與電網的連接，通過逆變器的調節功能，DG能夠同時向電網輸送有功功率和無功功率。

太陽輻射強度與光伏出力存在正相關關系，即太陽輻射強度越高，光伏出力越大。

1.2 電動汽車隨機模型

以電動汽車為研究對象，其日常行駛里程s和充電時間t遵循統計概率分布函數。

1.3 儲能系統隨機模型

儲能系統是一種能夠靈活調節電力存儲與釋放的設備，在主動配電網的運作和控制中發揮著重要作用。儲能系統的總體性能和工作狀態通常可通過容量和荷電狀態的變化描述。

1.4 目標函數

通過權重系數分配策略，兼顧配電網運行的經濟性和安全性。

1.5 約束條件

為確保配電網的可靠性，設定等式和不等式等約束條件，這些條件對決策變量和狀態變量進行了詳盡規定。

2、多目標無功優化算法

2.1 蜣螂優化算法

蜣螂優化算法是一種智能優化技術，在麻雀搜索算法之后被提出。該算法主要仿照蜣螂的5種基本行為：滾球、跳舞、繁殖、覓食和偷竊。在前方無擋球滾動情況下，蜣螂的滾動數學模型公式為：

確定產卵區后，蜣螂每次迭代只產1個卵。因此，卵球位置根據產卵面積變動而調整，其位置公式為：

2.2 無功優化流程圖

應用蜣螂優化算法對含光伏和電動汽車充電樁的配電網進行無功優化。蜣螂優化算法無功優化流程。

3.1 算例參數設置

仿真測試采用配備光伏儲能系統和電動汽車充電站的IEEE33節點配電網。修改過IEEE33節點如圖所示。由圖可知，配電網的總負荷為3715+j2300 kVA，基準功率為10 MVA，基準線電壓為12.66 kV。

實驗旨在驗證無功功率優化策略的有效性。具體配置如下：在節點16、節點25和節點28分別接入500 kW、500 kW和1 MW的光伏電源；在節點25和節點32分別接入6組和9組電容器組，容量為150 kvar；在節點30接入儲能電池，容量為1 MWh；在節點22接入靜止無功補償器，調節范圍為0~900 kvar；電動汽車充電站集成在節點7和節點23，每個節點配備了150個充電樁，功率因數角為18.2°~161.8°。有載調壓變壓器的電壓比范圍[0.9,1.1]，上下檔位為±4；各個節點電壓范圍為[0.95 p.u.,1.05 p.u.]（標幺值以功率10 MVA為基準，基準線電壓以12.66 kV為基準）。此外，假設電動私家車常規充電、快速充電和更換電池占比數量分別為0.7、0.2和0.1，總數為300輛。

3.2 仿真結果

在不含風電、光伏、無功補償裝置時，分析節點電壓幅值變化。若干邊緣節點電壓已超出下限。經過優化，整體電壓上升。

優化前后結果對比如表1所示。由表1可知，優化后系統整體性能得到了顯著提升。相比優化前，優化后的電網損耗成本降低了41.69%，電壓偏移度減少了45.78%。

24 h內優化前后電網損耗和電壓偏移分別如圖6和圖7所示。由圖6和圖7可知，在高峰用電時段 （約21：00） 內，優 化 前 的 有 功 損 耗 峰 值 約375.53 kW，優化后有功損耗減少至約254.07 kW；優化前的電壓偏移百分數為2.32%，優化后的電壓偏移百分數減少至1.50%。結果表明，優化措施有效減少了電網損耗和電壓偏移，提升了系統的運行效率和穩定性。

碳電表是一種新型的計量工具，它的出現是為了幫助我們更好地理解和計算企業在電力使用中的碳排放。它的工作原理是根據實際電能消耗的計量數據，動態計算并按照使用條件、區域等因素更新電碳因子，也就是平均每度電所蘊含的碳排放量。這個數值是實時更新的，能夠真實反映企業電力使用中的碳排放情況。碳電表的出現對于企業有著非常重要的意義，有了這些數據，企業就可以追蹤產品生產過程的碳排放，根據碳排放情況優化電源結構，制定更加綠色低碳的生產模式。

AEM96三相多功能碳電表，集成三相電力參數測量、分時電能計量及碳排放統計，根據不同使用工況的電碳折算因子集成碳結算功能，包含12組碳排放值及對應的碳排放因子，它能夠實時計算并給出企業生產用電帶來的碳排放量，讓碳排放像電能一樣方便記錄，配合安科瑞碳資產管理平臺，大大簡化企業的碳排放統計工作。

圖1AEM96三相多功能碳電表

分布式光伏是零碳園區新能源建設的首選，隨著新型電力系統的發展以及國能發新能規〔2025〕7號文、發改價格〔2025〕136號文相繼出臺，分布式光伏建設越來越需要面臨并網、運行安全和能量管理方面的問題，并不是建了就能用，建了便可以有穩定收益的。供電部門對于分布式光伏電站保護、穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

圖2分布式光伏建設系統圖

儲能系統作為光伏發電蓄水池和中轉站，在消納光伏發電過程中起著很重要的作用，在零碳園區建設中必不可少。

按照GB/T36547-2018《電化學儲能系統接入電網技術規定》要求，儲能系統的微機保護配置要求：儲能電站并網點配置AM5-IS防孤島保護，非計劃孤島時應在2s動作，將儲能電站與電網斷開。

關于儲能系統計量點的設置：如果儲能系統接入園區內部電網，計量點設置在并網點。

儲能單元應具備絕緣監測功能，當儲能單元絕緣低時應能發出報警和/或跳閘信號通知儲能變流器及計算機監控系統，如果BMS或者PCS不具備絕緣監測功能可單獨配置直流絕緣監測裝置。

通過10kV接入公用電網的儲能系統電能質量宜滿足GB/T19862要求的電能質量監測裝置，當儲能系統的電能質量指標不滿足要求時，配置電能質量在線監測裝置監測并網點電能質量。

圖3儲能系統圖

儲能系統二次設備選型

以電代油、以電代氣是零碳園區能源轉型中一個必不可少的過程，為新能源車補充能源的充換電站也是必配設施。安科瑞有序充電系統基于預測算法，可以實現對企業變壓器負荷率、光伏發電和充電負荷需求預測結合充電樁的監控、調度和管理，提高光伏發電消納，提升園區微電網的運行可靠性，降低充電成本。

圖4有序充電系統圖

有序充電系統設備選型方案

AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺碳資產管理采用權威碳排放核算因子數據庫，符合SO14064-1：2018組織層級溫室氣體排放和清除的量化和報告指南要求，為園區提供包括碳盤查清冊、碳配額管理、碳排放分析、碳流向、碳盤查報告、碳交易記錄等等功能，幫助園區建立碳排放統計、核算、報告、核查體系。

圖5碳排放核算符合性評估聲明

ACCU-100微電網協調控制器主要采集光伏逆變器、儲能系統、變壓器負荷等數據，根據設置的新能源使用邏輯來構建本地控制策略以及云端數據的交互，控制儲能設備、分布式能源、可調負荷設備的出力與電力需求，并能根據經濟效益模型在滿足調度的前提下，進行光儲置換，響應云端策略配置，充分消納利用新能源。ACCU-100微電網協調控制器具備以下功能特點：

數據采集：支持串口、以太網等多通道實時運行，滿足各類風電與光伏逆變器、儲能等設備接入；

通訊管理：支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約，可實現云邊協同（結合安科瑞智慧能源管理云平臺進行遠程運維）、OTA升級、就地/遠程切換、本地人機交互（選配）；

邊緣計算：靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、邏輯控制、斷點續傳、數據加密、4G路由；

策略管理：防逆流、計劃曲線、削峰填谷、需量控制、有功/無功控制、光儲協調等，并支持策略定制;

系統安全：基于不可信模型設計的用戶權限，防止非法用戶侵入；基于數據加密與數據安全驗證技術，采用數據標定與防篡改機制，實現數據固證和可追溯；

運行安全：采集分析包括電池、溫控及消防在內的全站信號與測量數據，實現運行安全預警預測。

10、AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺-園區級微電網能源管理

在零碳或近零碳園區建設中，“光伏+儲能+充電”組合必不可少的被應用到園區電網之中。隨著新能源占比增加，園區的管理必須依靠智慧能源管理平臺來實現碳資產管理、新能源策略控制、有序充電管理、能耗分析、設備運維等等。AcrelEMS3。0智慧能源管理平臺可以幫助園區有效的管理能源，其功能包括：

圖6AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺

11、結語

本研究綜合考慮了新能源和電動汽車充電負荷的動態變化，提出了一種融合新能源和電動汽車充電站接入的主動配電網無功功率優化策略。研究表明：所構建的主動配電網無功功率優化框架能夠顯著降低電壓波動，增強系統穩定性，并有效降低運行成本，顯示出對實際應用需求的高度適應性；采用蜣螂優化算法求解模型的結果表明，該算法能夠處理含光伏儲能的配電網無功優化問題，具有良好的收斂性和計算效率；無功補償裝置與充電樁結合的二級電壓調控策略，適合大規模電動汽車接入配電網絡的應用場景。通過調整充電樁功率因數，減少了無功補償設備的使用，縮短了電容器和有載調壓變壓器的操作時間，增強了配電網的系統控制可靠性，并提升了配電網的韌性。

審核編輯 黃宇