CN103107547A - 10kV配电线路无功补偿差异化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,首先将电网10kV配电线路进行分类,分别针对各类线路特征参数构建基态模型;接着分别计算各类线路基态模型下线路各特征参数与无功补偿最优配置率之间的灵敏度,进而推算出线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围表,并形成各类线路无功补偿配置率推荐中值总表;最后根据各类线路无功补偿配置率推荐中值总表指导10kV配电线路进行最优无功补偿配置。本发明提出10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,避免了灵敏度系数求取繁琐及计算量大问题,能直观有效地确定同类相似配电线路的无功补偿配置。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电网无功补偿容量配置规划技术,具体涉及10kV配电线路无功补偿差异化配置方法。
背景技术
配电网无功功率补偿是改善电压质量和降损节能的有效手段之一。配电网无功规划的任务就是在已确定的网架基础上,根据配电网中无功负荷的分布情况,确定进行无功补偿的方式,选择合适的无功补偿装置,合理地确定无功补偿点位置、无功补偿容量和组数等相关信息,保证配电网能安全、优质、经济地向用户供电。
配电网无功规划通常通过两种途径实现:
1、按照电力系统规程设计配置;
2、通过传统无功优化算法,针对指定负荷水平进行配置。
以上两种途径存在以下问题:
①规程标准粗放。规程设计的给定范围较大,对规划配置的实际情况缺乏足够的具体指导;
②优化结论特殊。通过传统无功优化给定规划建议,需指定各个特征参数的值要求,对各个不同规划主体需要不同的计算过程,分布式电源、特殊线路等因素都对规划结果由很大影响,计算工作量大。
③分类标准缺乏。不论是通过规程标准还是算法优化设计都必须对具体的线路进行建模分析,缺乏在个体具体分析之上、总体规划标准之下的分类标准分析体系。
总的来说,对于如何合理地进行无功补偿点的选择以及补偿容量的确定、有效地维持系统的电压水平及提高系统的电压稳定性、避免大量无功的远距离传输等问题,目前,很多电力单位主要还是依靠规划人员的经验进行无功规划,并不能满足配电网的实际情况,且无功补偿的效果不佳,难以使有限的资金发挥最大的效益。此外,现阶段配电网线路上负荷测量的准确性和同时性无法保证,维护人员的技术水平参差不齐,这样的状况给配电网无功补偿计算带来一定困难。
因此,在配电网络自动化程度有待加强的前提下,迫切需要一种能充分利用配电网络现有的有限数据资源,对配电网系统无功补偿容量作直观配置,提高电网稳定性,保证电压质量,降低网损,且能广泛适用于众多配电网线路的无功补偿配置方法,以解决10kV配电网实际运行中无功补偿资源问题。
发明内容
本发明的目的在于提供10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,将10kV配电线路划分4类线路进行基态建模,并利用基态模型分别计算线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度,进而计算出线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围表,最终形成各类线路无功补偿配置率推荐中值总表,指导10kV配电线路进行最优无功补偿配置,直观有效地确定10kV线路配变低压侧的最优无功补偿配置容量。
本发明提供的方法,包括步骤:
(1)将广东电网10kV配电线路根据各自线路电气特征划分为4类,即城区电缆线路、城镇架空线路、农村无源线路及山区含源线路;
(3)采用遗传算法求解基于各类线路基态模型的无功优化规划模型,得各类线路的特征参数变化时的无功补偿配置率βLP,并得出各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ;
(4)根据各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ,推算出各类10kV配电线路无功补偿配置的推荐范围表,最后汇总得出能指导10kV配电线路进行无功补偿配置的各类线路无功补偿配置率推荐中值总表;
(5)根据各类线路无功补偿配置率推荐中值总表,对10kV配电线路进行无功补偿配置规划。
本发明中将10kV配电线路按各自线路电气特征能划分为以下4类:
城区电缆线路,其线路特点为主要由电缆线路构成、线路短、线路主干长约3km至4km、负荷较重、无小电源接入的线路;
城镇架空线路,其线路特点为主要由架空线路构成、线路较短、线路主干长约5km至6km、负荷较重、无小电源接入的线路;
农村无源线路,其线路特点为主要由架空线路构成、线路较长、线路主干长约6km至10km、负荷较轻、无小电源或者较少小电源接入的线路;
山区含源线路,其线路特点为主要由架空线路构成、线路长、线路主干长度一般超过10km、负荷较轻、有较多小电源接入的线路,等线路特点。
本发明中各类线路基态模型的构建过程为:将该类线路的特征参数基态值代入计算公式所得,即分别将线路配变平均负载率基态值αTB、配变自然功率因数基态值主干长度基态值LB以及发耗比基态值FB代入式(1)至(4),得该类线路基态模型中配变负荷、主干长度及小电源装机容量值;
PnB=αTB·STn (1)
∑GB=FB·∑STn (4)
式(1)至(4)中:PnB为第n台配变基态有功负荷;STn为第n台配变的配变容量;QnB为第n台配变基态无功负荷;LijB为主干节点i、j间线路基态下长度;LijO为主干节点i、j间线路原长度;LO为原主干线路总长度;∑GB为小电源基态下装机总容量。
本发明中各类线路特征参数基态值具体为:
城镇架空线路线路配变平均负载率基态值αTB为40%,配变自然功率因数基态值为0.85,主干长度基态值LB为5km;
(1)线路配变平均负载率αT的计算:
式(5)中包含变量:电线路总负荷PL(近似等于各配变负荷的总量),第i台配变容量STi。上式指标反映线路在某一负荷水平下,线路上各配变的平均负载水平。
(3)发耗比F计算:
式(6)中包含变量:配电线路上小电源装机总容量∑Gi。此项指标表征配电线路上的小电源发电能力和负荷耗电能力之比。当这一指标小于1时,说明该线路上小电源总发电量可能不足以满足当地负荷的消耗,即仍需要变电站下送功率供给负荷;当该指标大于等于1时,说明线路上小电源的总发电量可满足甚至超过负荷的消耗,且F值越大时,功率倒送至变电站的情况越严重。由于功率流向和大小关系到电压的分布,这两种情况将会表现出不同的电压特性。
本发明中无功优化模型如下:
minf=μMI+OC (7)
公式(7)中,μ为投资的年回收率(%),OC为配电网的年网损费用,MI为在配电变压器低压侧新增无功设备投资,且有:
MI=Ml,s+Ml,p (8)
式(8)至(10)中包含变量:PQ节点集NPQ;低压侧PQ节点l;低压统一分组补偿投资Ml,s;低压分相分组补偿投资Ml,p;节点l是否安装低压统一的逻辑变量αl,s,当某节点处有补偿安装时,对应逻辑变量αl,s取1,否则取0;节点l是否安装分相分组补偿的逻辑变量αl,p,当某节点处有补偿安装时,对应逻辑变量αl,p取1,否则取0;节点l采用统一分组补偿安装费用fl,s;节点l采用统一分组补偿无功补偿装置单价Kl,s;节点l采用统一分组补偿安装容量Ql,s;节点l采用分相分组补偿安装费用fl,p;节点l采用分相分组补偿无功补偿装置单价Kl,p;节点l采用分相分组补偿安装容量Ql,p。
本发明中无功补偿配置率βLP计算:
式(11)中包含变量:配电线路上优化配置的低压无功补偿总量∑QC。无功补偿配置率βLP反映线路所需配置的最优化无功补偿总量与全线路配变总容量的关系,用于指导不同类型配电线路的配变的无功补偿配置量的选择。这里最优化的含义是:在满足配电线路安全运行约束的前提下,配置的无功补偿带来的节能效益与投资成本具有最佳的收益性能,如投资回收期最短,或者是年运行费用(包含网损年费用和投资年费用)最小等。最优化无功补偿总量通常按照无功优化规划方法求取。
(1)λPT的定义:
λPT定义为线路配变平均负载率和无功补偿配置率之间的灵敏度;
(3)λL的定义:
λL定义为主干线长度和无功补偿配置率之间的灵敏度;
(4)λF的定义:
λF定义为小电源发耗比和无功补偿配置率之间的灵敏度。
其中,λ为正时,定义为该特征参数对无功补偿配置率的影响为正相关影响;反之,λ为负时,定义为该特征参数对无功补偿配置率有负相关影响。
本发明中各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度具体值如下:
本发明中各类配电线路无功补偿配置推荐范围表,由各类线路基态模型进行无功优化计算,首先得到单个特征参数变化下的配变无功补偿配置率范围,然后结合该类型线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ具体值,做相应加减计算,最后推算出线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围而获得。
本发明中无功补偿差异化配置过程:
一般情况下,配电线路的线路特征存在差异,无功补偿的需求相应也有所差异;而对于线路特征接近的同类型配电线路,其无功优化补偿量则大致接近。考虑到工程实际中通常不确定某具体配变的负荷特性和无功情况,不方便一一针对各配变去做具体的无功补偿方案,因此将该类线路的无功补偿配置率βLP作为该线路上各配变的无功配置率QTP。通过计算各类线路的最佳的无功补偿配置率βLP,代入式(12)便可以得到该类线路中各配变i低压无功补偿的最佳配置容量(平均值)QCi,此过程称为无功补偿差异化配置:
QCi=QTPiSTi≈βLPSTi (12)式(12)中包含变量:第i台配变的无功配置率QTPi。
本发明中线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围表,由线路基态模型所得的单个特征参数变化下的配变无功补偿配置率范围,结合该类型线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ具体值,做相应计算,即:无功补偿配置率推荐范围上/下限=基态模型的无功补偿配置率范围上/下限+∑特征参数变化量×相应灵敏度λ,而获得。
本发明中各类型线路无功补偿配置率推荐中值,由各类线路无功补偿配置推荐范围表中给出的范围上、下限求算术平均值而获得。
本发明中对10kV配电线路进行无功补偿配置具体过程由以下获得:
具体某配电线路无功补偿配置率=最相近特征参数条件下的无功补偿配置率推荐中值+∑(某线路实际特征参数值-该类线路特征参数基态值)×相应特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:本发明提供的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,将10kV配电线路划分4类线路进行基态建模,并利用基态模型分别计算线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度,结合灵敏度计算出线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围,直观有效地进行10kV线路配变低压侧无功补偿配置,保证配电网电压质量、提高电压稳定性、降低网损,且易于实现,避免了灵敏度系数求取繁琐及计算量大问题。
附图说明
图1为本发明的配置方法流程图。
图2为线路配变平均负载率变化下的无功补偿配置率情况图。
图3为配变自然功率因数变化下的无功补偿配置率情况图。
图4为主干长度变化下的无功补偿配置率情况图。
图5为发耗比变化下的无功补偿配置率情况图。
具体实施方式
以下对广东电网韶关马头站10kV鲤鱼坝线为实例。该变电站供电区域内主要为农村负荷,同时有小部分工业负荷,另外有小水电接入上网。
结合图1规划流程,10kV配电线路无功补偿差异化配置方法包括以下步骤:
(1)将广东电网韶关马头站10kV鲤鱼坝线根据其线路电气特征划分为山区含源线路;
(2)确定广东电网韶关马头站10kV鲤鱼坝线山区含源线路的特征参数基态值如表1所示;建立韶关马头站10kV鲤鱼坝线基态模型,具体电气参
数如表2所示;
表1各类线路基态参数值
表2各类线路基态参数值
(3)采用遗传算法求解基于各类线路基态模型的无功优化规划模型,得各线路特征参数变化时的无功补偿配置率βLP相关情况(图2、图3、图4及图5)及其范围分别如表3、表4、表5及表6所示,并得出各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ系数如表7所示;
表3线路配变平均负载率与无功补偿配置率相关情况
表4配变自然功率因数与无功补偿配置率相关情况
表5主干长度与无功补偿配置率相关情况
表6发耗比与无功补偿配置率相关情况
图2至图5中,实线分别对应表3至表6中各线路特征参数变化时的无功补偿配置率βLP情况,虚线则表示根据具体数值所拟合的直线。不难看出各线路特征参数分别都与无功补偿配置率βLP基本呈线性关系,且其线性斜率即为相应线路特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度。本方法将各线路特征参数变化1%(主干长度变化单位1km)时无功补偿配置率变化值定义为各线路特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度系数。
表7山区含源线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度
由图4、图5结合表7可知,线路主干长度及小电源发耗比对线路容性无功补偿配置率影响较小。因此,本方法主要基于线路配变平均负载率及配变自然功率因数这两种线路特征参数给出二维变量的无功补偿配置率推荐方案,线路主干长度及小电源发耗比参数为确定无功补偿配置率的辅助条件。
(4)根据基于鲤鱼坝线基态模型得出的山区含源线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度(表7),推算出山区含源线路无功补偿配置率推荐范围,如表8所示。
表8山区含源线路无功补偿配置率推荐范围
进一步验证表8中的无功补偿配置率范围是否普遍适用于与鲤鱼坝线线路电气特征相近的山区含源线路,对同被划分为山区含源线路的广东电网韶关大桥站10kV红星线进行仿真验算,可得其具体无功补偿配置率情况如表9所示。
表9红星线配变无功补偿配置率验算结果
由表9可见,利用本方法确定广东电网不同类型配电线路配变的无功补偿配置率推荐方案能较准确的符合红星线实际容性无功补偿配置需求情况,能较好的反应山区含源线路的容性无功补偿配置需求。
根据本方法,对剩余其他3种类型线路作相同无功优化规划计算处理,能得到各类线路相应各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度表及各类线路无功补偿配置率推荐范围表,具体过程在此省略。最后,对各类线路无功补偿配置率推荐范围表中各范围上、下限值求平均值,能得到各类线路无功补偿配置率中值总表,如表10所示。
表10各类线路无功补偿配置率中值总表
(5)根据各类线路无功补偿配置率推荐中值总表,任意选取一条10kV配电线路对其进行无功补偿配置规划,如有某城区电缆线路,预测其线路配变平均负载率可达43%,配变自然功率因数为0.92,线路主干长度为3.8km,无小电源接入,线路配变总容量为4500kVA。
该线路的初始无功补偿配置率可根据表9选定对应线路配变平均负载率40%、配变自然功率因数0.90时的无功补偿配置率中值21%,此时主干长度基态值为3km,即有β(1) LP=21%。
β(2) LP=21%+(43%-40%)/1%×0.7%+(0.92-0.90)/1%×(-1.0%)+(3.8-3)×0.3%=21.0%+2.1%-2.0%+0.24%=21.34%
最后确定其配电线路上优化配置的低压无功补偿总量:
∑QC=21.34%*4500=960.3(kvar);
其中配变i低压无功补偿的最佳配置容量:
QCi=21.34%×STi(STi为第i台配变容量)。
可见,采用本发明可对广东电网任意10kV配电线路作出无功补偿配置,参照相应各类线路无功补偿配置率中值表(表10),线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ,既能直观确定10kV线路配变低压侧的最优无功补偿配置容量,不仅易于实现,还避免了灵敏度系数求取繁琐及计算量大问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将10kV配电线路根据各自线路特点划分为4类,即城区电缆线路、城镇架空线路、农村无源线路和山区含源线路;
(2)根据线路分类建立各类线路基态模型,确定各类线路的特征参数,包括线路配变平均负载率αT、配变自然功率因数线路主干长度L和小电源发耗比F的特征参数基态值;
(3)采用遗传算法求解基于各类线路基态模型的无功优化模型,得各类线路的特征参数变化时的无功补偿配置率βLP,并得出各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ;
(4)根据各类线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ,求出各类10kV配电线路无功补偿配置的推荐范围表,最后汇总得出能指导10kV配电线路进行无功补偿差异化配置的各类线路无功补偿配置率推荐中值总表;
(5)根据各类线路无功补偿配置率推荐中值总表,对10kV配电线路进行无功补偿配置。
2.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(1)所述的城区电缆线路的特点包括:由电缆线路构成,线路主干长度较其他三种线路短,负荷较其他三种线路重,无小电源接入;城镇架空线路的特点包括:由架空线路构成,线路主干长度较城区电缆线路短,负荷较重农村无源线路和山区含源线路重,无小电源接入;农村无源线路的特点包括:由架空线路构成,线路主干长度较城镇架空线路长,负荷较城镇架空线路轻,无小电源或者较少小电源接入;山区含源线路的特点包括:主要由架空线路构成,线路主干长度最长,负荷最轻,有较多小电源接入。
3.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(2)所述的各类线路基态模型由以下方法获得:
对于有n台配变的某类线路,其线路基态模型为将该类线路的特征参数基态值代入计算公式,即分别将线路配变平均负载率基态值αTB、配变自然功率因数基态值主干长度基态值LB以及发耗比基态值FB代入式(1)至(4),得该类线路基态模型中配变负荷、主干长度及小电源装机容量值;
PnB=αTB·STn(1)
∑GB=FB·∑STn(4)
式(1)至(4)中:PnB为第n台配变基态有功负荷;STn为第n台配变的配变容量;QnB为第n台配变基态无功负荷;LijB为主干节点i、j间线路基态下长度;LijO为主干节点i、j间线路原长度;LO为原主干线路总长度;∑GB为小电源基态下装机总容量。
5.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(3)所述的无功优化模型为:
minf=μMI+OC(7)
其中,μ为投资的年回收率,OC为配电网的年网损费用,MI为在配电变压器低压侧新增无功设备投资:
MI=Ml,s+Ml,p(8)
式(8)至(10)中包含:PQ节点集NPQ;低压侧PQ节点l;低压统一分组补偿投资Ml,s;低压分相分组补偿投资Ml,p;节点l是否安装低压统一的逻辑变量αl,s,当某节点处有补偿安装时,对应逻辑变量αl,s取1,否则取0;节点l是否安装分相分组补偿的逻辑变量αl,p,当某节点处有补偿安装时,对应逻辑变量αl,p取1,否则取0;节点l采用统一分组补偿安装费用fl,s;节点l采用统一分组补偿无功补偿装置单价Kl,s;节点l采用统一分组补偿安装容量Ql,s;节点l采用分相分组补偿安装费用fl,p;节点l采用分相分组补偿无功补偿装置单价Kl,p;节点l采用分相分组补偿安装容量Ql,p。
6.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(3)所述的无功补偿配置率βLP由公式(11)获得:
式(11)中:∑QC为配电线路上优化配置的低压无功补偿总量。
9.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(4)所述的无功补偿差异化配置具体是:将该类线路的无功补偿配置率βLP作为该线路上各配变的无功配置率QTP;通过计算各类线路的最佳的无功补偿配置率βLP,代入式(12)便可以得到该类线路中各配变i低压无功补偿的最佳配置容量(平均值)QCi,
QCi=QTPiSTi≈βLPSTi(12)
式(12)中,QTPi为第i台配变的无功配置率。
10.根据权利要求1所述的10kV配电线路无功补偿差异化配置方法,其特征在于步骤(4)所述的各类配电线路无功补偿配置推荐范围表由以下过程获得:
采用各类线路基态模型进行无功优化计算直接获得单个特征参数变化下的配变无功补偿配置率范围,结合该类型线路各特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ具体值,做相应计算,即:
无功补偿配置率推荐范围上/下限=基态无功补偿配置率范围上/下限+∑特征参数变化量×相应特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ
由此能计算出线路各特征参数二维甚至多维变化下的无功补偿配置推荐范围表;
对各类线路无功补偿配置推荐范围表中给出的范围上、下限求算术平均值,则得对应特征参数条件下的无功补偿配置率推荐中值;
所述的对10kV配电线路进行无功补偿配置具体过程由以下获得:
具体某配电线路无功补偿配置率=最相近特征参数条件下的无功补偿配置率推荐中值+∑(某线路实际特征参数值-该类线路特征参数基态值)×相应特征参数与无功补偿配置率之间的灵敏度λ。
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