CN102035210A - 电力系统放松约束的无功设备优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力系统放松约束的无功设备优化方法,其步骤如下：(一)对实际电网模型的无功设备优化：(1)从EMS系统的电网模型数据库中读入实际电网模型；(2)在无功设备优化分析开始前，通过人机界面选择参与无功优化决策的无功设备范围；(3)对每个数据断面，进行无功优化决策；(二)对放松约束的无功设备优化：(1)对实际电网中的每个断面，采用当前的优化策略进行模拟计算，对每个时刻电压的控制情况和无功设备的投入率情况进行分析；(2)在上述步骤(1)完成后，已经确定了规划无功源的接入点，在此基础上，对规划无功源进行定量计算。本发明能够使电力系统无功分布更加合理，提高了电力系统运行的安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统放松约束的无功设备优化方法。
技术背景
随着电力系统自动化程度的不断提高，无功优化控制将越来越得到人们的重视。合理地运用电压无功的调节手段，能使电力部门及用户总体设备的运行指标达到最佳状态。
无功功率在电网中的流动，对电网的安全、经济运行有着重要的影响。要保证电网的安全、经济运行，降低电网损耗，总是希望电网的无功最好不流动，即所谓的理想状态。或者尽量少流动，特别要避免无功功率通过输电线路远距离流动．实现系统的无功平衡。维持无功平衡是保持节点电压水平的关键。由于电网中不仅有大量的无功负荷，而且还有大量的无功功率损耗，仅靠发电机提供的无功功率往往满足不了电网在额定电压水平下的无功功率平衡，或为避免大量无功流动，因此还需要进行无功补偿。在电力网适当的地点接入并联无功功率补偿装置，能够减小线路和变压器输送的无功功率，因而可减小线路和变压器的电压损耗和提高电力网的电压水平，同时还能减小电力网的功率损耗，提高经济效益。当系统负荷变化时，通过调节无功功率补偿装置输出的无功功率，就能控制电力网的电压。
但实际电网的无功电源配置方案可能存在不足，通过无功设备优化后的线损和理论线损的对比，可以发现实际电网运行中存在的问题。对实际电网模型的无功设备优化的潮流是在当前实际电网结构和负荷需求状态下的最优的运行方式，是电网无功调度的理想状态。通过放松约束的无功设备优化，可以得到定量的规划无功源的规划结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电力系统放松约束的无功设备优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
本发明包括对实际电网模型的无功设备优化和对放松约束的无功设备优化，具体步骤如下：
（一）对实际电网模型的无功设备优化
（1）从EMS系统的电网模型数据库中读入实际电网模型，所述实际电网模型来自用户指定的实际模型；
（2）在无功设备优化分析开始前，通过人机界面选择参与无功优化决策的无功设备范围，包括：电容器、电抗器、发电机、变压器分接头；按照设备类型、电压等级、地调区域进行选择：选择待分析模型和待分析时段；
（3）从全息断面数据库中读入全息数据断面；
（4）以地区级的线损管理辅助分析系统对每个全息数据断面，进行无功优化决策，所述无功优化决策是指以网损最小为目标，确定无功设备的调节方法，通过计算给出当前电网的无功优化决策，决策的目标为：
a.保证母线电压在电压计划曲线的上下限范围内；
b.通过调节无功设备，降低系统的功率损耗；
c.进行无功优化决策计算,以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化策略，无功优化决策的计算流程如下：
①根据用户设定确定参与优化的无功源；
②确定无功源的约束条件，包括：发电机无功上下限、容抗器组数容量；
③确定母线电压运行的上下限约束；
④以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化决策，调节手段包括：发电机无功出力调整、电容器、电抗器投切操作、主变压器分接头调整；
d.在无功优化的过程中动态维护实时的优化决策表：
所述优化决策表记录每个时刻采用的无功优化决策，这个决策是当前断面进行潮流计算后给出新的的电网无功优化决策，也是下一个断面的电网起始状态，在每次读入新的断面后，都需要将上个断面已经生成的决策作用到全息历史断面上，作为新的断面优化的“基态”，在无功优化的过程中，系统在每个断面计算完成后，记录当前的优化策略，最终给出的优化决策表，包括在全天时间段内，发电机无功出力调整、设备投切的操作类型和操作时刻；
e.在无功优化的过程中，在每个断面的优化决策计算完成后，采用当前的优化决策对整个电网进行模拟计算，得到优化决策执行后的仿真潮流，并进行电量积分和网损计算，从而给出无功优化后的全日网损曲线，与历史网损曲线进行对比分析；
（二）对放松约束的无功设备优化
（1）对实际电网中的每个断面，采用当前的优化策略进行模拟计
算后，保存每个时刻优化后的无功电压运行的数据，对每个时刻电压的控制情况和无功设备的投入率情况进行分析：
在高峰时刻，对于主网母线电压偏低，电容器投入率较高的厂站，增加容性无功电源；
在低谷时刻，对于主网母线电压偏高的厂站，增加感性无功电源；
通过上述定性分析，给出实际电网无功源的薄弱环节，并选择规划无功源的接入点；
（2） 在上述步骤（1）完成后，已经确定了规划无功源的接入点，在此基础上，对规划无功源进行定量计算，计算流程如下：
①根据用户设定确定参与优化的无功源；
②确定无功源的约束条件，包括：发电机无功上下限、容抗器组数容量；
③对规划无功电源的接入母线，松弛无功约束；
④确定母线电压运行的上下限约束；
⑤以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化策略；
按照上述①-⑤所示算法流程进行计算，并按照上述第（一）步的流程进行扫描，形成对规划无功源的定量分析结果，通过分析松弛无功源前后的无功注入，得到定量的规划无功源的规划结果。
本发明的理论根据如下：
电力系统无功分布的合理与否直接关系着电力系统的安全和稳定，并且和经济效益有着密切的联系。无功设备的合理配置和优化运行能有效地降低网损，改善电压质量和保证系统电压稳定性，从而提高电力系统运行的安全性和经济性。合理的无功补偿优化规划在保证电力系统的安全性和电能质量符合要求的前提下，使系统的经济性最好，即在满足系统的负荷需求及各节点电压约束和有功无功潮流约束等前提条件下，确定新增无功补偿设备的安装位置及容量，使系统的全年电能损失费用与无功补偿设备的投资费用之和最小。
无功优化规划包含对系统无功功率所做的各种决策，应以有功损耗最小、系统运行经济性最好为目标的运行子问题以及系统中新增无功设备投资最小化，而产生的费用决策形成的投资子问题。电网无功补偿优化规划通常以系统的电能损失费用与新增无功补偿设备的投资费用之和最小为目标，在目标函数中包括运行变量和投资变量，约束条件包括系统运行条件的约束（如电压约束）和无功补偿设备安装地点、最大安装容量等条件的限制，两种变量的性质不同，但又相互
作用、相互影响，如何处理两种变量之间的关系成为无功补偿优化规划的主要问题之一。
通过放松约束的无功设备优化与实时电网模型的无功设备优化的结果对比，可以得到定量的规划无功源的规划结果。实时电网模型的无功设备优化计算是以现有发电机无功出力、变电站电容容量、变压器调节方式和范围等为约束条件，如果放松以上约束条件后重新优化计算，其结果可能与实时电网模型的无功设备优化相异，说明当前电网在支持无功管理上存在缺陷。通过对两种结果的统计分析，可以把改善电网的投资水平和其提高的降损效益进行对比，以量化的数据验证电网无功配置改进策略的科学性，找出改善电网无功、电压管理水平的最优无功电源配置方案。
本发明的有益效果如下：
本发明能够使电力系统无功分布更加合理，使电网无功、电压管理水平达到最优化无功电源配置，有效地降低了网损，改善了电压质量，保证了电压的稳定性，从而提高了电力系统运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为实际电网模型的无功优化总体流程图；
图2为优化决策的计算流程图；
图3为对规划无功源进行计算的流程图。
具体实施方式
本实施例包括对实际电网模型的无功设备优化和放松约束的无功设备优化。对实际的电网模型，以每日96个全息断面为依据，进行连续的优化计算。所述全息数据断面是指断面的存储采用了压缩方式，直接以二进制数据包方式存入历史数据库中，断面占用空间少，信息完整、全面，免除了大量的数据文件管理的负担；全息数据断面包含的是完整的EMS电网计算模型的信息，包括电网结构、参数、实时量测数据和状态估计数据。对每个全息数据断面给出无功设备优化计算的具体决策并模拟执行，形成覆盖全天数据的无功优化的连续模拟分析，从而定量计算在现有的实际电网模型基础上，进行无功优化后，整体电网的网损变化，以及网损组成的分布变化。实际电网模型的无功优化总体流程如图1所示。
一、对实际电网模型的无功设备优化的具体步骤如下：
（1）对实际电网模型的无功优化分析，实际电网模型来自用户指定的实际模型（对应图1中的框B）。
（2）在无功优化分析开始前，通过人机界面选择参与无功优化决策的无功设备范围，包括：电容器、电抗器、发电机、变压器分接头；可以按照设备类型、电压等级、地调区域等进行选择（对应图1中的框C、框D、框E）。
（3）读入全息数据断面（对应图1中的框F）。
（4）河北南网线损管理辅助分析系统对每个全息断面，进行无功优化的决策，所述无功优化决策是指以网损最小为目标，确定无功设备的调节方法；通过计算给出当前电网的无功优化决策，决策的目标为：
1）保证母线电压在电压计划曲线的上下限范围内（对应图1中的框G）；
2）通过调节无功设备，降低系统的功率损耗；
3)进行无功优化决策计算,以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化策略；无功优化决策的计算流程图如图2所示；根据用户设定确定参与优化的无功源；确定无功源的约束条件，包括：发电机无功上下限、容抗器组数容量；确定母线电压运行的上下限约束；以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化决策，调节手段包括：发电机无功出力调整、电容器、电抗器投切操作、主变压器分接头调整（对应图1中的框J）
4）在无功优化的过程中动态维护实时的优化决策表；优化决策表记录每个时刻采用的无功优化决策，这个决策是当前断面进行潮流计算后给出新的的电网无功优化决策，也是下一个断面的电网起始状态；在每次读入新的断面后，都需要将上个断面已经生成的决策作用到全息历史断面上，作为新的断面优化的“基态”；在无功优化的过程中，系统在每个断面计算完成后，记录当前的优化策略，最终给出的优化决策表，包括在全天时间段内，发电机无功出力调整、设备投切的操作类型和操作时刻（对应图1中的框K）；
5）在无功优化的过程中，系统在每个断面的优化决策计算完成后，采用当前的优化决策对整个电网进行模拟计算，得到优化决策执行后的仿真潮流，并进行电量积分和网损计算，从而给出无功优化后的全日网损曲线，与历史网损曲线进行对比分析（对应图1中的框M、框N、框O、框P）。
二、对放松约束的无功设备优化的具体步骤如下：
通过放松约束的无功设备优化与实时电网模型的无功设备优化的结果对比，可以得到定量的规划无功源的规划结果；放松约束后的无功设备优化即规划态无功设备优化，对规划态无功设备优化的辅助决策的具体步骤如下：
（1）对实际电网中的每个断面，采用当前的优化策略进行模拟计
算后，保存每个时刻优化后的无功电压运行的数据，对每个时刻电压的控制情况和无功设备的投入率情况进行分析，找到实际电网中无功源配置的薄弱环节，主要的分析方法包括：
在高峰时刻，对于主网母线电压偏低，电容器投入率较高的厂站，需要增加容性无功电源；
在低谷时刻，对于主网母线电压偏高的厂站，需要增加感性无功电源。
通过定性分析，给出实际电网无功源的薄弱环节，并选择规划无功源的接入点；
（2）上述步骤（1）的分析完成后，已经确定了规划无功源的接入点，在此基础上，可以对规划无功源进行定量计算，计算流程见图3所示。
可以看到，图3所示的优化控制流程中，与图2的区别主要体现
在进行规划无功源的模拟分析时，对上述步骤（1）中确定的规划无功源的接入点的母线，系统松弛了该母线上的无功约束，这样可以模拟在该节点上增加无功源后，系统无功优化的结果。
采用图3 的算法，按照图1的流程进行扫描，可以形成对规划无功源的定量分析结果。通过分析松弛无功源前后的无功注入，可以得到定量的规划无功源的规划结果。
Claims (1)
1.一种电力系统放松约束的无功设备优化方法，其特征在于它包括对实际电网模型的无功设备优化和对放松约束的无功设备优化，具体步骤如下：
（一）对实际电网模型的无功设备优化
（1）从EMS系统的电网模型数据库中读入实际电网模型，所述实际电网模型来自用户指定的实际模型；
（2）在无功设备优化分析开始前，通过人机界面选择参与无功优化决策的无功设备范围，包括：电容器、电抗器、发电机、变压器分接头；按照设备类型、电压等级、地调区域进行选择：选择待分析模型和待分析时段；
（3）从全息断面数据库中读入全息数据断面；
（4）以地区级的线损管理辅助分析系统对每个全息数据断面，进行无功优化决策，所述无功优化决策是指以网损最小为目标，确定无功设备的调节方法，通过计算给出当前电网的无功优化决策，决策的目标为：
a.保证母线电压在电压计划曲线的上下限范围内；
b.通过调节无功设备，降低系统的功率损耗；
c.进行无功优化决策计算,以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化策略，无功优化决策的计算流程如下：
①根据用户设定确定参与优化的无功源；
②确定无功源的约束条件，包括：发电机无功上下限、容抗器组数容量；
③确定母线电压运行的上下限约束；
④以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化决策，调节手段包括：发电机无功出力调整、电容器、电抗器投切操作、主变压器分接头调整；
d.在无功优化的过程中动态维护实时的优化决策表：
所述优化决策表记录每个时刻采用的无功优化决策，这个决策是当前断面进行潮流计算后给出新的的电网无功优化决策，也是下一个断面的电网起始状态，在每次读入新的断面后，都需要将上个断面已经生成的决策作用到全息历史断面上，作为新的断面优化的“基态”，在无功优化的过程中，系统在每个断面计算完成后，记录当前的优化策略，最终给出的优化决策表，包括在全天时间段内，发电机无功出力调整、设备投切的操作类型和操作时刻；
e.在无功优化的过程中，在每个断面的优化决策计算完成后，采用当前的优化决策对整个电网进行模拟计算，得到优化决策执行后的仿真潮流，并进行电量积分和网损计算，从而给出无功优化后的全日网损曲线，与历史网损曲线进行对比分析；
（二）对放松约束的无功设备优化
（1）对实际电网中的每个断面，采用当前的优化策略进行模拟计
算后，保存每个时刻优化后的无功电压运行的数据，对每个时刻电压的控制情况和无功设备的投入率情况进行分析：
在高峰时刻，对于主网母线电压偏低，电容器投入率较高的厂站，增加容性无功电源；
在低谷时刻，对于主网母线电压偏高的厂站，增加感性无功电源；
通过上述定性分析，给出实际电网无功源的薄弱环节，并选择规划无功源的接入点；
在上述步骤（1）完成后，已经确定了规划无功源的接入点，在此基础上，对规划无功源进行定量计算，计算流程如下：
①根据用户设定确定参与优化的无功源；
②确定无功源的约束条件，包括：发电机无功上下限、容抗器组数容量；
③对规划无功电源的接入母线，松弛无功约束；
④确定母线电压运行的上下限约束；
⑤以网损最小为目标，采用启发式算法给出优化策略；
按照上述①-⑤所示算法流程进行计算，并按照上述第（一）步的流程进行扫描，形成对规划无功源的定量分析结果，通过分析松弛无功源前后的无功注入，得到定量的规划无功源的规划结果。
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