CN103746388A

CN103746388A - 配电网无功电压三级协调控制方法

Info

Publication number: CN103746388A
Application number: CN201410019492.9A
Authority: CN
Inventors: 王朝明; 马春生; 王晴; 戚光平
Original assignee: Nanjing Soft Core Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Soft Core Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: CN103746388B

Abstract

本发明是一种配电网无功电压三级协调控制方法，包括如下步骤，（1）创建自身结构复制传入的数据；（2）前推；（3）回代；（4）收敛性判定；（5）结果回转到调用者。本发明的优点：1）依据设备的安装位置和控制范围实现设备间的分层控制。2）依据短期与超短期负荷预测技术对电网运行状态的变化趋势进行预判，保证调节策略的前瞻性，减少设备的调节次数，避免无效动作。3）通过分级协调控制解决当前配电网调节设备不足的现状，充分发挥调节设备的调节潜力，减少配网投资建设的经济压力。4）可适应多种常规和非常规调节设备，如分组电容器、配变分接头、线路调压器、线路电容器，以及SVG、SVC、TSF等。

Description

配电网无功电压三级协调控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种配电网无功电压三级协调控制方法，属于电力配电网技术领域。

背景技术

目前大部分地区配电线路广泛采用大树干、多分支的单向辐射型供电模式。部分线路存在负荷率低、季节性负荷变化较大，供电半径长，无功消耗多，因此导致功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差等问题。

发明内容

本发明提出的是一种配电网无功电压三级协调控制方法，其目的旨在针对现有技术所存在的上述问题，对整个电网进行综合的分析，修正当前的电网运行方式中不合理的地方，调节有载调压变压器的分接头的档位和投退无功补偿电容器，从全网角度进行电压无功优化控制，根据无功优化结果，选择从高压配电网到低压配电网逐层实施无功优化补偿，做到电压合格，无功合理，有效的解决配网线路损耗大，末端电压质量差等问题。

本发明的技术解决方案：配电网无功电压三级协调控制方法，包括如下步骤：

（1）创建自身结构复制传入的数据，即通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信实时数据；

（2）前推，在系统中进行电压、潮流、功率因数在线分析和计算；

（3）回代，对得出的数据进行迭代重复进行；

（4）收敛性判定；

（5）结果回转到调用者，根据无功优化结果，选择从高压配电网到低压配电网逐层实施无功优化补偿。

本发明的优点：1）依据设备的安装位置和控制范围实现设备间的分层控制。2）依据短期与超短期负荷预测技术对电网运行状态的变化趋势进行预判，保证调节策略的前瞻性，减少设备的调节次数，避免无效动作。3）通过分级协调控制解决当前配电网调节设备不足的现状，充分发挥调节设备的调节潜力，减少配网投资建设的经济压力。4）可适应多种常规和非常规调节设备，如分组电容器、配变分接头、线路调压器、线路电容器，以及SVG、SVC、TSF等。

附图说明

附图1是本发明基于前推回代算法的流程图。

具体实施方式

对照附图，配电网无功电压三级协调控制方法，包括如下步骤，

（1）创建自身结构复制传入的数据，即通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信实时数据；包括

1）馈线首端的三相有功功率和无功功率，母线的三相电压（线电压和相电压），母联开关位置，馈线出线开关位置，相关的主网保护信息，这些信息从SCADA系统、主网AVC系统获得；

2）配变末端的三相有功功率、无功功率、电流、三相线电压和相电压，配变的档位，有载的和无载的，补偿设备的开关位置，馈线联络开关位置、线路调压器档位、线路补偿电容器的开关位置，相关设备的保护信息，这些信息通过直接与装置通讯获得，或从配网自动化、负控系统接口获得；

3）低压用户的电压值，从营销系统或电压监测系统获得。

（2）前推，在系统中进行电压、潮流、功率因数在线分析和计算，具体包括

1）确定配电网的拓扑结构；

2）确定算法，包括前推算法（根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落，求得各节点电压，这是前推过程），回代算法（以馈线为基本计算单位。最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率，这是回代过程）；

3）计算配电网运行方式，通过输入的初始数据来计算配网的的潮流分布；

4）根据线路首末节点，确定每个节点连接的节点及其关系，形成整体的树状的关系结构。

所述的形成层次关系，确定节点计算顺序，利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。

首先要搜索节点关系，确定拓扑结构表。为了配合算法和避免复杂的网络编号，采用以下原始数据输入结构，不用形成节点导纳矩阵，就可以自动搜索节点关系，确定网络的拓扑结构。

节点结构体：

{节点号节点有功节点无功}

支路结构体：

{支路首端节点号支路末端节点号支路电阻支路电抗}

根据线路首末节点，就可以确定每个节点连接的节点及其关系，从而可以形成整体的树状的关系结构。为了形成层次关系，确定节点计算顺序，要利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，形成层次关系，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。具体方法如下：

搜索末梢节点作为第一层节点；

搜索末梢节点的父节点作为第二层节点；

继续搜索第二层节点的父节点作为第三层节点，这样反的搜索下去，直到搜索到某层节点的父节点全部是根节点时停止搜索；

删除在后面层次中有重复的前面层次中的节点，形成真正的层次关系，确定潮流计算的节点顺序。

A）已知配电网的始端电压和末端负荷，以馈线为基本计算单位。最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率；

B）根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落，求得各节点电压。

（3）回代，对得出的数据进行迭代重复进行，包括，

1）对得出的数据进行迭代重复进行；

2）在确保电网与设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、电网关口功率因数合格为约束条件，从全网角度进行三级协调电压无功优化分析；

（4）收敛性判定，1）满足收敛标准进入步骤（5）结果回转到调用者，收敛性判定不满足收敛标准进入最大迭代次数判定，若满足收敛标准则进入步骤（5）结果回转到调用者，不满足收敛标准进入步骤（1）创建自身结构复制传入的数据；

一、确定配电网的拓扑结构，

辐射状的配电网可看成若干个以电源点为根的树。从数据结构来看，树结构是由根开始的节点集合，其组织方式是由根向外层节点扩展。一个节点既可看作上层某节点的子节点，又可看作下层某节点的父节点。对于某一特定节点，通常父节点只有一个，而子节点可有若干个，这些子节点又可分为一个首子节点和其兄弟节点。

将网络中的节点定义为树节点类，每个树节点类包含一个数据域和三个指针域，指针域有父指针、首子指针、兄弟指针，分别指向父节点、首子节点、兄弟节点，这样就把一个节点在网络中的位置动态地表示出来，父节点对应着的功率流入节点，首子节点和其兄弟节点对应着功率流出节点。

采用队列存储节点的深度优先算法，从根节点出发，寻找每个节点对应的父、首子、兄弟节点，不存在的用空表示。这样，以电源点为根的树就可以动态地表示出来。

二、确定算法，包括前推算法（根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落，求得各节点电压，这是前推过程），回代算法（以馈线为基本计算单位。最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率，这是回代过程）。

三、计算配电网运行方式，通过输入的初始数据来计算配网的的潮流分布；

配电网由馈线组成，每条馈线呈树状，馈线与馈线之间除在根节点处通过高压输电网相连以外，没有其他电气联系。根节点处的电压主要由输电网的潮流决定，可以认为，每条馈线的潮流分布由其本身的负荷及根节点处的电压决定，与其它馈线无关，即馈线具有解耦性。根据这一特性，配电网潮流可以以馈线为单位，多条馈线并行计算。设i为某馈线中的一个父节点，为不失一般性，设父节点对应着m个子节点，j为其中任意一个子节点，潮流方程可描述如下：

（1）

（2）

（3）

其中，

P_i、Q_i分别为流入节点i的有功功率和无功功率；

P_j、Q_j分别为流入节点$的有功功率和无功功率；

P_Li、Q_Li分别为节点i处的有功负荷、无功负荷；

Q_Ci为节点i处的无功补偿功率；

V_i、V_j分别为节点i、j的电压；

r_j、x_j分别为以i、j为末端节点的支路的电阻和电抗。

（1）~（3）为一组递归方程，对树进行后向遍历，从树的叶子节点出发，利用已知的负荷功率，逐一计算（1）~（2）式，即可求得根节点处功率。再从根节点出发，对树进行前向遍历，用（3）式可求各节点电压。这样完成一次前推回代迭代。迭代重复进行，直至满足收敛标准为止。

四、根据线路首末节点，确定每个节点连接的节点及其关系，从而可以形成整体的树状的关系结构。为了形成层次关系，确定节点计算顺序，要利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，形成层次关系，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。

五、已知配电网的始端电压和末端负荷，以馈线为基本计算单位，最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率。

六、根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落，求得各节点电压。

1）从第一层节点开始，根据基尔霍夫电流定律，求支路上的电流：

（4）

式中，

是节点 j 的功率，是节点 j 的电压。

2）从第二层开始逐层计算非末梢节点的注入电流，根据基尔霍夫电流定律应等于（4）式与该节点流出电流之和：

（5）

3）由步骤1）和2）可求出所有支路的支电流，再利用已知的根节点电压，从根节点向后顺次求得各个负荷节点的电压

（6）

七：对得出的数据进行迭代重复进行，并进行收敛性判定，直至满足收敛标准为止，请具体

（4）~（6）为一组递归方程，对树进行后向遍历，从树的叶子节点出发，利用已知的负荷功率，逐一计算（4）~（5）式，即可求得根节点处功率。再从根节点出发，对树进行前向遍历，用（6）式可求各节点电压。这样完成一次前推回代迭代。迭代重复进行，直至满足收敛标准为止。

八、输出电压三级协调无功优化控制方案

（1）电压三级协调无功优化控制方案：需要调节的主网AVC的变压器档位；主网AVC电容器补偿容量及补偿点；配网电容器补偿总容量及补偿位置；需要调档的的配变档位；

（2）电压三级协调无功优化控制效果：全网无功潮流分布合理；主配网的线路电压合格率；主配网的线路功率因数合格率。

Claims

1.配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是该方法包括如下步骤，

（3）回代，对得出的数据进行迭代重复进行；

（4）收敛性判定；

（5）结果回转到调用者。

2.根据权利要求1所述的配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是所述的步骤（1）通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信实时数据；包括

3）低压用户的电压值，从营销系统或电压监测系统获得。

3.根据权利要求1所述的配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是所述的步骤（2）在系统中进行电压、潮流、功率因数在线分析和计算，具体包括

1）确定配电网的拓扑结构；

2）确定算法，包括前推算法（根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落，求得各节点电压，这是前推过程），回代算法（以馈线为基本计算单位，最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率，这是回代过程）；

4）根据线路首末节点，确定每个节点连接的节点及其关系，形成整体的树状的关系结构，

所述的形成层次关系，确定节点计算顺序，利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序；

首先要搜索节点关系，确定拓扑结构表，为了配合算法和避免复杂的网络编号，采用以下原始数据输入结构，不用形成节点导纳矩阵，就可以自动搜索节点关系，确定网络的拓扑结构；

节点结构体：

{节点号节点有功节点无功}

支路结构体：

{支路首端节点号支路末端节点号支路电阻支路电抗}

根据线路首末节点，就可以确定每个节点连接的节点及其关系，从而可以形成整体的树状的关系结构，为了形成层次关系，确定节点计算顺序，要利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，形成层次关系，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序；具体方法如下：

搜索末梢节点作为第一层节点；

搜索末梢节点的父节点作为第二层节点；

删除在后面层次中有重复的前面层次中的节点，形成真正的层次关系，确定潮流计算的节点顺序；

A）已知配电网的始端电压和末端负荷，以馈线为基本计算单位，最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端向始端逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率；

4.根据权利要求1所述的配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是所述的步骤（3）对得出的数据进行迭代重复进行，包括，

1）对得出的数据进行迭代重复进行，

2）在确保电网与设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、电网关口功率因数合格为约束条件，从全网角度进行三级协调电压无功优化分析。

5.根据权利要求1所述的配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是所述的步骤（4）收敛性判定，1）满足收敛标准进入步骤（5）结果回转到调用者，收敛性判定不满足收敛标准进入最大迭代次数判定，若满足收敛标准则进入步骤（5）结果回转到调用者，不满足收敛标准进入步骤（1）创建自身结构复制传入的数据。

6.根据权利要求1所述的配电网无功电压三级协调控制方法，其特征是所述的步骤（5）选择从高压配电网到低压配电网逐层实施无功优化补偿；

对中压配网进行逆调压方式计算，给出合适的首端电压建议值，目的是使本馈线的线损最优，末端配变的供电电压最合理；

综合分析同一10kV母线上各个馈线的首端电压建议值，给出一个10kV母线合理的运行电压范围；

与高压配网AVC相结合，将决策值或范围提交提交高压配网AVC作为指标，实现高压配网AVC的最优化调度；

高压网AVC依据电网运行状态，动态制定馈线首端的功率因数考核指标，指导中压配网的无功补偿需要。