CN104201697A - 一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法。首先，利用电网的运行参数进行潮流计算；通过潮流计算获得电力系统网络线损，从中分离出线路的无功电流；然后，选择一个根电源节点，确定其所有的后续节点和支路；依次计算所有节点在进行无功补偿时降低的电力系统网络线损及其所需要的无功补偿量，并选择出节约电力系统网络线损的最大的节点作为待选补偿节点；重复上述步骤，直到无根电源节点；最后，在待选的节点上进行无功补偿，并进行潮流计算，同时根据潮流计算的结果调整补偿量，获得节点的最优补偿量；获取最佳补偿后，进行潮流计算，输出结果。本发明方法使得电网系统中的无功功率的达到平衡，使电网能安全、稳定、经济地运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法。
背景技术
传统的电网无功补偿装置存在以下问题。
1）无功补偿装置配置不平衡
现已投入补偿的电网，各供电公司所属的110kV变电站和35kV变电站电容器配置不足。一些变电站的35kV变电站主变配备不合理，即仅在低压10kV侧进行了无功补偿，部分变电站在供电区域内110kV变电所共设电容器补偿容量13.08MVar，35kV变电所共设电容器补偿容量5.28MVar，占主变容量的3％，在负荷高峰期无功仍然不足等问题。除此之外，其他35kV变电站没有配置电容器。在枯水期和小水电停机时，线路末端电压偏低。
2）无功补偿装置不是最优配置
无功补偿装置的配置应以最优无功潮流为基础，考虑电网的网损，同时还要满足系统的功率平衡和节点电压的上下限制约。目前的无功补偿装置的配置基本上只根据电网负荷大小和系统的电压水平来确定, 电网进行无功补偿是按照“分级补偿，就地平衡”的原则进行配置，各地电网实行集中补偿与分散补偿相结合，以集中为主。这种确定无功补偿的方法没有考虑电网的整体效益，对于投入无功补偿装置后的电网线损、电压水平没有作出统筹的衡量标准。同时，补偿容量的确定是以当前电网运行情况为依据的，对当前电网无功补偿量的裕度和今后随负荷的增长的无功补偿容量的储备估计不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现对110kV及35kV的电力系统网络线损进行补偿的110kV及35kV电网无功优化补偿方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法，包括如下步骤，
步骤S1：利用电力系统网络的运行参数进行潮流计算；
步骤S2：通过潮流计算获得电力系统网络线损，从中分离出线路的无功电流；
步骤S3：选择一个根电源节点，确定其所有的后续节点和支路；
步骤S4：依次计算所有节点在进行无功补偿时降低的电力系统网络线损及其所需要的无功补偿量，并选择出节约电力系统网络线损的最大的节点作为待选补偿节点；
步骤S5：重复执行步骤S3至S4，若无根电源节点，则转到步骤S6；
步骤S6：在待选的节点上进行无功补偿，并进行潮流计算，同时根据潮流计算的结果调整补偿量，获得节点的最优补偿量；
步骤S7：获取最佳补偿后，进行潮流计算，输出结果。
在本发明实施例中，所述步骤S2至S4的具体实现过程如下：
设电力系统网络中从电源节点到其后续一节点处所有支路的损耗之和为 ：
其中，为流过的所有n个支路的总电流，为所有n个支路的电阻，为流过的第i支路的有功电流，为流过的第i支路的无功电流，n为电源节点到其后续一节点处的所有支路数；
已知第i支路的有功损耗、无功损耗及该支路的压降、有功电流、电阻R和电抗X，则根据下述计算过程，可得该支路的无功电流，其中，I为该支路的总电流：
可得：
故可得该第i支路的无功电流：
则可得电源节点到第j节点补偿前因线路的无功电流而产生的有功损耗之和为：
其中，m为电源节点到第j节点所经过的支路数；
当在第j节点加上补偿电容器后，设补偿电容器产生的补偿电流为；则补偿后，从电源节点到节点j的由无功电流流动引起的有功网络线损为为：
则补偿后节约的有功网络线损为：
求使为最大的值，可令
即：
则可得：
则第j节点的无功补偿容量为：
根据第j节点的无功补偿容量计算结果，即可计算得所述电源节点下的所有节点所需的无功补偿容量，并能够从所有节点中选择一个节约电力系统网络线损的最大的节点k，在该节点k上加入无功补偿容量Q kc 后，能节约的有功网损为最大。
在本发明实施例中，因投入无功补偿后将会引起电压发生变化，故而在节点k上按0.8Q kc 的容量进行修正补偿量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明方法对电网进行无功补偿后，电网的运行情况得到了很大改善：首先，电网的节点电压和功率因数都得到不同程度的提高；其次，电网的资源配置也得到了很大改善；第三，电网的线路损耗在无功补偿后较补偿前有明显的降低；本发明方法使得电网系统中的无功功率的达到平衡，且改善电压质量，使电网能安全、稳定、经济地运行，并通过合理分配无功来进行电压调度，从而降低线损，产生显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明电网无功优化补偿方法流程图。
图2为典型电力网络连接线拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法，包括如下步骤，
步骤S1：利用电力系统网络的运行参数进行潮流计算；
步骤S2：通过潮流计算获得电力系统网络线损，从中分离出线路的无功电流；
步骤S3：选择一个根电源节点，确定其所有的后续节点和支路；
步骤S4：依次计算所有节点在进行无功补偿时降低的电力系统网络线损及其所需要的无功补偿量，并选择出节约电力系统网络线损的最大的节点作为待选补偿节点；
步骤S5：重复执行步骤S3至S4，若无根电源节点，则转到步骤S6；
步骤S6：在待选的节点上进行无功补偿，并进行潮流计算，同时根据潮流计算的结果调整补偿量，获得节点的最优补偿量；
步骤S7：获取最佳补偿后，进行潮流计算，输出结果。
本发明实施例中，所述步骤S2至S4的具体实现过程如下：
设电力系统网络中从电源节点到其后续一节点处所有支路的损耗之和为：
其中，为流过的所有n个支路的总电流，为所有n个支路的电阻，为流过的第i支路的有功电流，为流过的第i支路的无功电流，n为电源节点到其后续一节点处的所有支路数；
已知第i支路的有功损耗、无功损耗及该支路的压降、有功电流、电阻R和电抗X，则根据下述计算过程，可得该支路的无功电流，其中，I为该支路的总电流：
可得：
故可得该第i支路的无功电流：
则可得电源节点到第j节点补偿前因线路的无功电流而产生的有功损耗之和为：
其中，m为电源节点到第j节点所经过的支路数；
当在第j节点加上补偿电容器后，设补偿电容器产生的补偿电流为；则补偿后，从电源节点到节点j的由无功电流流动引起的有功网络线损为为：
则补偿后节约的有功网络线损为：
求使为最大的值，可令
即：
则可得：
则第j节点的无功补偿容量为：
根据第j节点的无功补偿容量计算结果，即可计算得所述电源节点下的所有节点所需的无功补偿容量，并能够从所有节点中选择一个节约电力系统网络线损的最大的节点k，在该节点k上加入无功补偿容量Q kc 后，能节约的有功网损为最大；因投入无功补偿后将会引起电压发生变化，故而在节点k上按0.8Q kc 的容量进行修正补偿量。
以下为本发明的具体实施例。
现以电网中某一条输电线路为例，如图2所示。假设电网的总损耗为,即是网络中各条支路（图中从标号0~6及①~⑩）的有功损耗之和：
（1）
上式中是从电源点到某节点处所有支路的损耗之和，为流过支路的总电流，为该支路的电阻，为流过支路i 的有功电流，为流过支路的无功电流。
从(1)式可见，总的有功网损由两部分组成：一部分是由有功电流在线路中产生的功率损耗；另一部分是由无功电流在线路中产生的损耗。如图2所示，电网中只有一个源节点，网络中所有负荷的功率都由这个电源节点提供。由于有功电流在电网中变化很小，可以不考虑，而无功电流的大小影响线路中的损耗，所以是电网无功优化补偿的主要研究对象。
若已知某条支路上的损耗、与支路参数，则线路中的无功电流可由如下式求解：
（2）
（3）
（4）
所以
（5）
所以
（6）
如果某一节点上无功负荷的变化只影响从源节点出发到达该节点的各支路上的无功流动(即无功电流大小)，而其他支路上的无功流动基本不变(受电压变化而带来的微小变化除外)。
补偿前因线路的无功电流而产生的有功损耗为：
（7）
当在某节点j加上补偿电容器后，设补偿电容器产生的补偿电流为。则补偿后,从源节点到节点j的由无功电流流动引起的有功网损为为
（8）
m为第j节点到电源点的前续支路数。则补偿后节约的有功网损为
（9）
求使为最大的值，可令
即
（10）
得：
（11）
则第j节点的无功补偿容量为：
（12）
对电网中源节点以外的所有节点都实施这种算法以后，就能在电网中找出一个节点k，在该节点上加入无功补偿容量Q kc 后，能节约的有功网损为最大。同时考虑到投入无功补偿后将会引起电压发生变化，因此在这个节点上按0.8Q kc 的容量进行修正补偿量。再应用同样的算法，找出电网中下一个能节约网损最大的补偿节点。按照这样方法，依次进行计算，直至找出所有补偿效益大于投资费用的节点。这些节点就构成了整个电网无功优化偿的待补节点集。通过在电网中安装补偿电容器后，它向电网提供无功功率，减少电源输出无功，从而减小了电网的网损，同时提高了电网中各节点的电压的合格率和电网的功率因数。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：利用电力系统网络的运行参数进行潮流计算；
步骤S2：通过潮流计算获得电力系统网络线损，从中分离出线路的无功电流；
步骤S3：选择一个根电源节点，确定其所有的后续节点和支路；
步骤S4：依次计算所有节点在进行无功补偿时降低的电力系统网络线损及其所需要的无功补偿量，并选择出节约电力系统网络线损的最大的节点作为待选补偿节点；
步骤S5：重复执行步骤S3至S4，若无根电源节点，则转到步骤S6；
步骤S6：在待选的节点上进行无功补偿，并进行潮流计算，同时根据潮流计算的结果调整补偿量，获得节点的最优补偿量；
步骤S7：获取最佳补偿后，进行潮流计算，输出结果。
2.根据权利要求1所述的一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法，其特征在于：所述步骤S2至S4的具体实现过程如下：
设电力系统网络中从电源节点到其后续一节点处所有支路的损耗之和为 ：
其中，为流过的所有n个支路的总电流，为所有n个支路的电阻，为流过的第i支路的有功电流，为流过的第i支路的无功电流，n为电源节点到其后续一节点处的所有支路数；
已知第i支路的有功损耗、无功损耗及该支路的压降、有功电流、电阻R和电抗X，则根据下述计算过程，可得该支路的无功电流，其中，I为该支路的总电流：
可得：
故可得该第i支路的无功电流：
则可得电源节点到第j节点补偿前因线路的无功电流而产生的有功损耗之和为：
其中，m为电源节点到第j节点所经过的支路数；
当在第j节点加上补偿电容器后，设补偿电容器产生的补偿电流为；则补偿后，从电源节点到节点j的由无功电流流动引起的有功网络线损为为：
则补偿后节约的有功网络线损为：
求使为最大的值，可令
即：
则可得：
则第j节点的无功补偿容量为：
根据第j节点的无功补偿容量计算结果，即可计算得所述电源节点下的所有节点所需的无功补偿容量，并能够从所有节点中选择一个节约电力系统网络线损的最大的节点k，在该节点k上加入无功补偿容量Q kc 后，能节约的有功网损为最大。
3.根据权利要求2所述的一种110kV及35kV电网无功优化补偿方法，其特征在于：因投入无功补偿后将会引起电压发生变化，故而在节点k上按0.8Q kc 的容量进行修正补偿量。
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