CN101232185A - 一种企业配电网综合节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种企业配电网综合节能方法，企业配电网调度中心通过以网损最小为目标的无功优化调度策略全局协同谐波治理和无功补偿装备，利用最优匹配注入流法求出无功补偿装置的最优投切状态和投切容量，确定无功补偿装备投入时间和地点的选择、无功补偿装置投入容量等，从而减少线路损耗和畸变损耗，实现企业配电网节能。本发明能够促进企业综合节能降耗，降低线路无功潮流，减少线路发热，延长企业配电网线路使用期寿命；减小电机工作电流，延长使用寿命；提高供电质量，保证电压相对稳定等。电流抑制负荷不平衡和闪变；并且实行全局协同优化节能与控制，提高电能总体利用效率，并且能够实现全局优化控制。

Description

一种企业配电网综合节能方法

技术领域

本发明涉及一种配电网综合节能技术，特别是一种企业配电网综合节能方法。

背景技术

节能减排，作为我国“十一五”规划中一重要任务，已不仅是政府的一个行动目标，而且还能给企业带来经营上的收入，让城市居民能获得一个较好的生存环境。节能减排更是一个人类解决环境问题的必经之路。企业作为全国最主要的用电户，企业节能降耗不仅能够给企业本身带来经济效益，而且能够缓解全国的供电压力。据国家电力信息网统计，2000年全国年电能损失达875亿度；国家信息中心经济预测部的统计表明，2005年全国年电能损失超过2千亿度。无功补偿不足是导致电能损失的主要因素。

配电网无功优化是降低网损的一项重要措施。通过无功优化调度可以优化配电网的无功潮流分布，并降低配电网的有功损耗和电压损耗，从而改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现代电力系统的安全性和经济性方面，无功优化调度的重要性已得到了全球的关注。目前，为保证企业生产的正常运转，提高用电电能质量，在各大企业配电网中配置了先进的谐波治理(HAPF)和无功补偿(SVC、DSTATCOM、IVC)装置，通过调节各种装置备来改变无功潮流在配电网络中的分布，从而达到降损节能的目的。无功优化调度应用于企业配电网能够降低线路无功潮流，减少线路发热，延长企业配电网线路使用期寿命；减小电机工作电流，延长使用寿命，解决企业配电网安全与经济运行问题，具有实际意义。

发明内容

针对现有技术，本发明旨在提供一种企业配电网综合节能方法，特别提供一种企业配电网综合节能系统的无功优化控制方法。企业配电网调度中心通过以网损最小为目标的无功优化调度策略全局协同谐波治理和无功补偿装备，利用最优匹配注入流法求出无功补偿装置的最优投切状态和投切容量，确定无功补偿装备投入时间和地点的选择、无功补偿装置投入容量等，从而减少线路损耗和畸变损耗，实现企业配电网节能。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种企业配电网综合节能方法，企业配电网调度中心通过以网损最小为目标的无功优化调度策略优化无功补偿装置的最优投切状态和投切容量，全局协同谐波治理和无功补偿装备，包括如下步骤：

1)建立无功优化的数学模型

对变量X的上下限取值采用如下表示方法：X代表其下限，

代表其上限；选取无功补偿容量的投切和有载变压器分接头调节作为控制手段，以有功网损最小为目标，建立无功优化模型为

式中，Q为可投切无功补偿容量的矢量；B_C是无功补偿单元的容量矢量；T为有载变压器的档位矢量；N为整数集；f(Q，T)是潮流方程；V为母线电压矢量；P_loss为有功网损；

2)优化问题的分解：

当系统电压不符合要求时就通过变压器分接头的调整来校正；而无功补偿容量的投切就根据流入无功补偿装置的无功大小来进行，电压分布与无功分布本身的耦合性就决定了变压器与无功补偿装置的优化调整措施必将互相影响，因此，优化问题分解为无功补偿容量的投切和有载变压器分接头调节两个优化子问题，进行来回交叉迭代，逐步逼近优化解；叠代首先要满足无功就地平衡的要求，即通过无功补偿容量的投切尽量减少变压器上无功的流动，然后再根据投切后的电压状况来调节有载变压器分接头的位置；因此，式(1)分解为无功补偿装置投切的子问题式(2)和有载变压器分接头调节的子问题式(3)：

3)利用最优匹配注入流对无功补偿装置的最优投切状态和投切容量求解：

对于最优匹配注入流，当无功充足时，可通过调整变压器有效地调节电压，所以，在模型中不考虑电压约束，无功补偿装置投切子问题简化为

利用式(4)模型求出无功补偿装置的最优投切状态和投切容量。

本发明所述企业配电网综合节能方法的益处是：通过不同类型的无功补偿装置根据不同的应用场合安装于企业配电网中，达到稳定系统电压，提高系统动态性能及暂态稳定性和改善供电电能质量的目的，为企业配电网无功补偿提供一种全面的解决方案，达到节能降耗的效果，且实现了全局无功补偿装置协同优化控制，提高电能总体利用效率。

下面结合附图和实施例就本发明进行进一步的说明。

附图说明

图1是实现本发明所述方法的企业配电网综合节能系统的结构框图；

图2是本发明中企业配电网综合节能方法的操作流程图；

图3是基于最优匹配注入流法的最优投切状态和投切容量求解的算法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，在企业配电网10KV侧使用大功率混合型有源电力滤波器(HAPF)和高压静止无功补偿器(SVC)，进行谐波治理和无功补偿；在380V侧使用智能无功补偿器装置(IVC)和配电网静止无功补偿器(DSTATCOM)抑制负荷不平衡和闪变，实现低压配电网的动态节能。通过将采集到的配电网实时状态参数的信息进行综合分析，选出经济上和补偿效果上均达到最优的若干个控制节点，这些节点的信息应能充分反映配电网的运行情况，多节点在联网方式时，通过动态规划方法对多个节点的单机无功补偿系统进行控制，使其协同工作，最终实现多节点的无功功率的全局协同优化补偿，使系统在经济上和补偿效果上达到最优。

如图2，为企业配电网综合节能系统的操作流程图，具体过程是：程序开始后，完成配电网网络拓扑分析和变压器拓扑分析，然后利用最优匹配注入流法求解补偿装置最优投切状态和投切容量进行优化控制，求解完成进行变压器分接头调整，调节完成后接下来判断系统整体优化是否完成，如果未完成返回到最优匹配注入流法求解补偿装置最优投切状态和投切容量，如果已经完成，程序结束。

其中企业配电网综合节能方法的具体实施过程如下：

1)建立无功优化的数学模型

对变量的上下限取值采用如下表示方法：对变量X，X代表其下限，

代表其上限。

选取无功补偿容量的投切和有载变压器分接头调节作为控制手段，以有功网损最小为目标，无功优化模型如下：

式中，Q为可投切无功补偿容量的矢量；B_C是无功补偿单元的容量矢量；T为有载调压变压器的挡位矢量；N为整数集；f(Q，T)是潮流方程；V为母线电压矢量；P_loss为有功网损；

上述模型是一个非线性整数规划模型，它的目标函数和约束条件都是控制量的非线性函数，一般都采用近似模型来逐步逼近原模型的精确解。

2)优化问题的分解

对于企业配电网，有载变压器分接头的调节和无功补偿装置的投切是无功和电压控制的主要手段。这两种控制手段在实际系统中常常是分开应用的。考虑到分接头的调整主要影响到电压水平，无功补偿容量的投切影响流入变压器的无功流，当系统电压不符合要求时就通过变压器分接头的调整来校正电压；而无功补偿容量的投切就根据流入主无功补偿装置的无功大小来进行。

实际上，电压分布与无功分布本身的耦合性就决定了变压器与无功补偿装置的优化调整措施必将互相影响。因此，在设计优化算法时，两种调整措施就当作两个优化子问题，进行来回交叉迭代，逐步逼近优化解。叠代首先要满足无功就地平衡的要求，即通过无功补偿容量的投切尽量减少变压器上无功的流动；然后再根据投切后的电压状况来调节分接头的位置。如果首先进行分接头的调节而不考虑无功的分布情况，有可能使此时分接头已经调到边界值，整个电压水平趋于理想，而调整无功补偿容量后电压发生偏差，此时变压器已不起作用。这样，式(1)模型就转化为无功补偿装置投切的子问题(式(2))和变压器挡位调节子问题(式(3))两个子问题：

3)利用最优匹配注入流对无功补偿装置的最优投切状态和投切容量求解：

对于最优匹配注入流，实际上是同时求出了多个补偿点的最优补偿无功。当无功充足时，可以通过调整变压器有效地调节电压，所以，在模型中可以不考虑电压约束。无功补偿单元投切子问题可以简化为

利用它可以快速地求出无功补偿装置的最优投切状态和投切容量。如图3，

具体算法实现步骤如下：

(1)k＝1，k表示叠代的次数；

(2)计算全网潮流；

(3)利用最优匹配注入流算法，求得无功补偿安装点的最优补偿无功ΔQoptik；

(4)若 $\left|\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k\right|<Q$ 或 $\left|\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k\right|<\mathrm{\&epsiv;},$ ε＞0(i＝1，2…，m)，则转至步骤(5)，其中m为装了无功补偿装置的节点总数；否则返回步骤(2)，且k＝k+1；

(5)对于ε＞0(i＝1，2…，m)，有：

1)若ΔQ_opti ^k远远大于Q₀，则投上该无功补偿装置总容量，节点i退出优化；

其中Q₀是节点i的无功补偿安装总容量；

2)若 $\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k<0$ 且|ΔQ_opti ^k|远远大于Q₀，则切除全部该无功补偿装置容量，节点i退出优化；

3)若不是以上2种情况，则投切最接近的无功补偿点，该节点继续参与优化，转至步骤(2)；

(6)结束运行。

Claims (2)

1.一种企业配电网综合节能方法，其特征在于，企业配电网调度中心通过以网损最小为目标的无功优化调度策略优化无功补偿装置的最优投切状态和投切容量，全局协同谐波治理和无功补偿装备，包括如下步骤：

1)建立无功优化的数学模型；

对变量X的上下限取值采用如下表示方法：X代表其下限，

代表其上限；选取无功补偿容量的投切和有载变压器分接头调节作为控制手段，以有功网损最小为目标，建立无功优化模型为

式中，Q为可投切无功补偿容量的矢量；B_C是无功补偿单元的容量矢量；T为有载变压器的档位矢量；N为整数集；f(Q，T)是潮流方程；V为母线电压矢量；P_loss为有功网损；

2)优化问题的分解；

当系统电压不符合要求时通过变压器分接头的调整来校正；而无功补偿容量的投切根据流入无功补偿装置的无功大小来进行，因此，优化问题分解为无功补偿容量的投切和有载变压器分接头调节两个优化子问题，进行来回交叉迭代，逐步逼近优化解；叠代首先要满足无功就地平衡的要求，即通过无功补偿容量的投切尽量减少变压器上无功的流动，然后再根据投切后的电压状况来调节有载变压器分接头的位置；因此，式(1)分解为无功补偿装置投切的子问题式(2)和有载变压器分接头调节的子问题式(3)：

3)利用最优匹配注入流对无功补偿装置的最优投切状态和投切容量求解；

对于最优匹配注入流，当无功充足时，通过调整变压器有效地调节电压，所以，在模型中不考虑电压约束，无功补偿装置投切子问题简化为

利用式(4)模型求出无功补偿装置的最优投切状态和投切容量。

2.根据权利要求1所述企业配电网综合节能方法，其特征在于，所述无功补偿装置的最优投切状态和投切容量的算法步骤如下：

(1)k＝1，k表示叠代的次数；

(2)计算全网潮流；

(3)利用最优匹配注入流算法，求得无功补偿安装点的最优补偿无功ΔQ_opti ^k；

(4)若 $\left|\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k\right|<0$ 或 $\left|\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k\right|<\mathrm{\&epsiv;},$ ε＞0(i＝1，2…，m)，其中m为装了无功补偿装置的节点总数，则转至步骤(5)；否则返回步骤(2)，且k＝k+1；

(5)对于ε＞0(i＝1，2…，m)，有：

1)若ΔQ_opti ^k远远大于Q₀，则投上该无功补偿装置总容量，节点i退出优化；其中Q₀是节点i的无功补偿安装总容量；

2)若 $\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{opti}}^k<0$ 且|ΔQ_opti ^k|远远大于Q₀，则切除全部该无功补偿装置容量，节点i退出优化；

3)若不是以上2种情况，则投切最接近的无功补偿点，该节点继续参与优化，转至步骤(2)；

(6)结束运行。

Images