CN104078988A - 一种配电网区域电压无功治理系统及方法 - Google Patents

一种配电网区域电压无功治理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网区域电压无功治理系统及方法，本发明在通过在配网侧采取集中与分散无功补偿相结合，依据全局控制策略确定各补偿点的补偿容量，合理调节网络无功及节点电压，使电网以最优的运行方式运行，可以在短期内以最小的投资显著改善配电网区域用户供电电压质量。本发明通过全局控制策略，确定分散无功补偿的最优补偿方案，对于降低网络损耗、提高系统的电压合格率、改善电能质量具有重要意义，有利于建设坚强的节能型配电网。

Description

一种配电网区域电压无功治理系统及方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及一种配电网电压治理系统及方法，尤其涉及一种配电网区域的电压无功治理系统及方法。
技术背景
目前我国配电网具有如下基本特点：地理分布极为广泛、供电半径长度长短不一、负荷水平变化大、且峰谷负荷时段因地域不同而呈现多样性、电压合格率普遍偏低。初步调研显示，配电网中电压偏移的变化规律复杂，且负荷峰谷差别大，为提高末端负荷电压合格率，首端电压严重偏高；同时由于线路过长，其末端电压往往严重偏低，380/220V低压供电线路尤其如此。例如有报道表明某馈电线路首端的用户侧相电压达到255V，电压偏移达到+16％；而其末端的相电压最低只有146V，电压偏移达到-34％。如此大的电压偏移使得线路首末端用户均无法正常运行。随着我国对于电压合格率以及用户投诉率数据的集中管理与考核，有必要将提高供电电压质量作为一个紧迫性的任务来考虑。
本质上将配电网的供电电压质量完全提高到合格水平，只能通过增大线径、开断长距离输电线路、增加电源点、更换大容量配变等措施。但这些措施存在涉及范围广、项目落实周期长、资金投资过大等问题，难以在短期内改善配电网供电电压质量。如果完全依赖于变电站10kV母线电压的调压来提高所有出线线路的电压质量，则由于各线路负荷波动幅度大、波动规律不一致，而变得难以协同调节，往往顾此失彼。目前配电网常利用无功补偿装置以提高配电网节点电压的合格率，但多个无功补偿装置之间没有相互协调的机制，使得电压合格只针对某一个节点实现，对于全配电网而言不一定最佳。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种协调利用多个无功补偿装置的配电网区域电压无功治理系统及方法。
本发明的系统所采用的技术方案是：一种配电网区域电压无功治理系统，通过对各个节点装设无功补偿装置来对配电网进行电压治理，其特征在于：还包括若干个节点电压监测终端、通信网络和后台服务器，所述的若干个节点电压监测终端分别安装在区域配电网内的各个节点处，所述的节点电压监测终端将测量得到的节点处实时电压信号通过所述的通信网络上传至所述的后台服务器；所述的后台服务器以全局节点合格率最高和配电网网损最小为优化目标，计算出各无功补偿装置的补偿容量设定值，并传送至各无功补偿装置；各无功补偿装置根据设定值动作后产生相应的无功补偿量，从而实现区域配电网内节点电压合格率最高和网损最小的目标。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取区域配电网络的相关信息，建立起配电网的潮流计算模型；
步骤2：获取区域配电网的无功补偿装置的情况，建立起无功功率优化模型；
步骤3：确定目标函数，对目标函数进行优化，生成优化方案。
作为优选，步骤1中所述的区域配电网络的相关信息，包括线路阻抗参数、配电网拓扑信息、变压器参数、接线方式、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图、地理接线图和节点电压。
作为优选，步骤2中所述的区域配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、无功补偿装置的补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头。
作为优选，步骤3中所述的确定目标函数，所述的目标函数有两个：第一目标函数为MAX(F1(i))，其确定方法为把各个节点电压监测终端监测到的电压通过通信网络传递到后台服务器，后台服务器判定各个节点电压是否合格，计算出电压合格率，其节点电压合格率F1(i)的最高值确定为第一目标函数MAX(F1(i))；第二目标函数为MIN(F2(i)))，其确定方法为通过潮流计算计算各种无功补偿容量下的网络损耗，网络损耗F2(i)最小值确定为第二目标函数MIN(F2(i)))。
作为优选，步骤3中所述的对目标函数进行优化，其具体实现过程为通过调研获取所需治理的配电网的线路阻抗参数、变压器参数和接线方式、配电网的接线方式及运行方式、配电网的单线图、地理接线图、节点电压信息，建立起配电网的潮流计算模型，通过调研获取所需治理的配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和直流电流的可承受范围、有载变压器分接头的情况，建立起无功优化的模型，然后对各个无功补偿装置容量进行初始化，输入节点电压监测终端监测的数据，在无功补偿装置的配置情况、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头作为约束条件下，通过成熟的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，并输出最优解，生成优化方案，通过通信网络反馈到各个无功补偿设备，按优化方案确定各自的无功补偿容量进行补偿。
作为优选，步骤3中所述的确定优化目标函数，是以补偿效果最好，经济效益最好及配电网安全稳定为标准确定。
本发明通过在区域配电网中安装多个节点电压监测装置，将各节点的实时电压上传至服务器，服务器依据全局控制策略确定各无功补偿装置的补偿容量，从而以较小的投资显著改善区域配电网用户的供电电压质量。
本发明的有益效果是：通过在配电网区域采取分散无功补偿相互协调控制的方法，依据全局控制策略确定各补偿点的补偿容量，合理调节网络无功及节点电压，使配电网以最优的运行方式运行，对于降低网络损耗、提高系统的电压合格率、改善电能质量具有重要意义。
附图说明
图1：本发明实施例的系统结构图；
图2：本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，是本发明应用于典型配电网的系统结构图，在图1中，把所有与开关作用相同或相似的设备，如断路器、分段开关甚至熔断器都统称为开关；包括线路、变压器绕组、串联电容器与串联电抗器等称为支路；把通过闭合开关连接在一起的称为母线；不同支路的交叉点称为节点。可通过对各个节点装设无功补偿设置来对配电网进行电压治理。在图1中，节点1、3、8和10装设有无功补偿设置，各节点的电压信息由安装于各节点的节点电压监测终端进行采集，并通过无线通信网络上传至后台服务器，后台服务器计算出网损及沿线各点的电压合格率，选择出最佳的无功补偿装置投设状态及补偿容量等设定值，将这些设定值发送至各无功补偿装置，各无功补偿装置根据设定值动作后产生相应的无功补偿量，从而实现区域配电网内节点电压合格率最高和网损最小的目标。
请见图2，本发明实施例的方法流程图，你发明一种配电网区域电压无功治理的方法，包括以下步骤：
步骤1：获取区域配电网络的相关信息，建立起配电网的潮流计算模型；其中区域配电网络的相关信息，包括线路阻抗参数、配电网拓扑信息、变压器参数、接线方式、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图、地理接线图和节点电压。
步骤2：获取区域配电网的无功补偿装置的情况，建立起无功功率优化模型；其中区域配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、无功补偿装置的补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头。
步骤3：确定目标函数，对目标函数进行优化，生成优化方案。
步骤3中确定目标函数，目标函数有两个：第一目标函数为MAX(F1(i))，其确定方法为把各个节点电压监测终端监测到的电压通过通信网络传递到后台服务器，后台服务器判定各个节点电压是否合格，计算出电压合格率，其节点电压合格率F1(i)的最高值确定为第一目标函数MAX(F1(i))；第二目标函数为MIN(F2(i)))，其确定方法为通过潮流计算计算各种无功补偿容量下的网络损耗，网络损耗F2(i)最小值确定为第二目标函数MIN(F2(i)))。
步骤3中对目标函数进行优化，其具体实现过程为通过调研获取所需治理的配电网的线路阻抗参数、变压器参数和接线方式、配电网的接线方式及运行方式、配电网的单线图、地理接线图、节点电压信息，建立起配电网的潮流计算模型，通过调研获取所需治理的配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和直流电流的可承受范围、有载变压器分接头的情况，建立起无功优化的模型，然后对各个无功补偿装置容量进行初始化，输入节点电压监测终端监测的数据，在无功补偿装置的配置情况、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头作为约束条件下(即如果某无功补偿装置的最大补偿容量为100Kvar，则在优化时，该无功补偿装置的补偿容量不应超过100Kvar)，通过成熟的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，并输出最优解，生成优化方案，通过通信网络反馈到各个无功补偿设备，按优化方案确定各自的无功补偿容量进行补偿。
步骤3中确定优化目标函数，是以补偿效果最好，经济效益最好及配电网安全稳定为标准确定。
本发明在通过在配网侧采取集中与分散无功补偿相结合，依据全局控制策略确定各补偿点的补偿容量，合理调节网络无功及节点电压，使电网以最优的运行方式运行，可以在短期内以最小的投资显著改善配电网区域用户供电电压质量。本发明通过全局控制策略，确定分散无功补偿的最优补偿方案，对于降低网络损耗、提高系统的电压合格率、改善电能质量具有重要意义，有利于建设坚强的节能型配电网。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种配电网区域电压无功治理系统，通过对各个节点装设无功补偿装置来对配电网进行电压治理，其特征在于：还包括若干个节点电压监测终端、通信网络和后台服务器，所述的若干个节点电压监测终端分别安装在区域配电网内的各个节点处，所述的节点电压监测终端将测量得到的节点处实时电压信号通过所述的通信网络上传至所述的后台服务器；所述的后台服务器以全局节点合格率最高和配电网网损最小为优化目标，计算出各无功补偿装置的补偿容量设定值，并传送至各无功补偿装置；各无功补偿装置根据设定值动作后产生相应的无功补偿量，从而实现区域配电网内节点电压合格率最高和网损最小的目标。
2.一种利用权利要求1所述的配电网区域电压无功治理系统进行配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取区域配电网络的相关信息，建立起配电网的潮流计算模型；
步骤2：获取区域配电网的无功补偿装置的情况，建立起无功功率优化模型；
步骤3：确定目标函数，对目标函数进行优化，生成优化方案。
3.根据权利要求2所述的配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于：步骤1中所述的区域配电网络的相关信息，包括线路阻抗参数、配电网拓扑信息、变压器参数、接线方式、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图、地理接线图和节点电压。
4.根据权利要求2所述的配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于：步骤2中所述的区域配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、无功补偿装置的补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头。
5.根据权利要求2所述的配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于：步骤3中所述的确定目标函数，所述的目标函数有两个：
第一目标函数为MAX(F1(i))，其确定方法为把各个节点电压监测终端监测到的电压通过通信网络传递到后台服务器，后台服务器判定各个节点电压是否合格，计算出电压合格率，其节点电压合格率F1(i)的最高值确定为第一目标函数MAX(F1(i))；
第二目标函数为MIN(F2(i)))，其确定方法为通过潮流计算计算各种无功补偿容量下的网络损耗，网络损耗F2(i)最小值确定为第二目标函数MIN(F2(i)))。
6.根据权利要求2所述的配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于：步骤3中所述的对目标函数进行优化，其具体实现过程为通过调研获取所需治理的配电网的线路阻抗参数、变压器参数和接线方式、配电网的接线方式及运行方式、配电网的单线图、地理接线图、节点电压信息，建立起配电网的潮流计算模型，通过调研获取所需治理的配电网的无功补偿装置的情况，包括无功补偿装置的种类、补偿容量及分布情况、各种无功补偿装置的成本费用、节点电压和直流电流的可承受范围、有载变压器分接头的情况，建立起无功优化的模型，然后对各个无功补偿装置容量进行初始化，输入节点电压监测终端监测的数据，在无功补偿装置的配置情况、节点电压和支路电流的可承受范围、有载变压器分接头作为约束条件下，通过成熟的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，并输出最优解，生成优化方案，通过通信网络反馈到各个无功补偿设备，按优化方案确定各自的无功补偿容量进行补偿。
7.根据权利要求6所述的配电网区域电压无功治理的方法，其特征在于：步骤3中所述的确定优化目标函数，是以补偿效果最好，经济效益最好及配电网安全稳定为标准确定。
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