CN104868482B - 一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统，其技术特点是包括采样单元、两个数据输入/输出模块、网络数据文件模块、总控单元和控制命令单元，采样单元输入端连接到电力线路上，其输出端与第一数据输入/输出模块相连接，第一数据输入/输出模块与总控单元内的模拟量/数字量转换模块相连接，其输出端与优化模块连接，优化模块还与网络数据文件模块相连接，该优化模块的输出端与第二数据输入/输出模块相连接，其输出端与控制命令单元相连接。本发明能够有效地实现无功补偿效果，适合于我国部分城市配电网电压不稳定的情况，在维持配电网电压稳定、减少线路电能损耗、减少网络谐波、减少用户电费支出等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于配电网无功补偿技术领域，具体涉及一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统。
背景技术
随着我国经济发展和人民生活水平的提高，人们对电能质量的供应提出了更高要求。但是，在一些中小城市配电网中，由于无功不平衡造成的电压问题和网损问题依然存在，严重影响了人们生产和生活。如何在保证系统安全可靠的同时做到无功优化，成为配电网需要解决的重要课题。
传统的依靠负荷端进行固定电容器组投切的方法不能进行连续补偿，容易出现过补偿和欠补偿的现象，造成配电网谐波等一系列危害。随着静止无功补偿器(SVC)、静止无功发生器(SVG)等技术的发展，电容已经可以实现连续调节。因此，如何解决投切电容器组造成的网络过补偿或欠补偿的问题，进而优化网络潮流、减少有功损耗是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统，解决传统的投切电容器组造成的网络过补偿或欠补偿的问题，同时从整个配电网的角度出发综合调节SVC等无功补偿设备的出力。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统，包括采样单元、第一数据输入/输出模块、网络数据文件模块、总控单元、第二数据输入/输出模块和控制命令单元，所述总控单元包括模拟量/数字量转换模块和优化模块，所述采样单元输入端连接到电力线路上，该采样单元输出端与第一数据输入/输出模块相连接，第一数据输入/输出模块与总控单元内的模拟量/数字量转换模块相连接，该模拟量/数字量转换模块输出端与优化模块连接，该优化模块的另一输入端与网络数据文件模块相连接，该优化模块的输出端与第二数据输入/输出模块相连接，第二数据输入/输出模块输出端与控制命令单元相连接，控制SVC、SVG设备完成调节功能。
而且，所述采样单元采用电压取样装置，该电压取样装置通过对电力线路的直接连线或对刀闸开关的直接连线而测得。
而且，所述网络数据文件模块通过以太网与调度自动化系统平台连接，网络数据文件模块从调度自动化系统平台获取网络参数并根据未来一天负荷预测数据形成网络数据文件。
而且，所述网络参数包括线路阻抗、导纳参数、变压器支路上变压器变比、励磁阻抗以及该配电系统中发电机节点最大最小出力数据。
而且，所述优化模块的功能是：根据从调度自动化数据平台获取的配电网络参数、各节点出力上下限数据，形成数据文件并存储；建立配电网络无功补偿模型，选取该配电网络的各时段各线路总有功损耗作为目标；根据调度处所提供的未来一天配电网络负荷预测数据，将负荷平均分为12段，并认为在每个时段内负荷基本保持不变，然后将所得负荷预测数据进行编辑并存储在网络数据文件中；在满足潮流约束条件下，进行配电网无功优化计算；根据优化计算结果，从迭代所得的变量中选取控制策略值，并通过数据输入/输出接口模块输出给动作单元，从而控制SVC等设备完成调节功能。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其从整个配电网以及减少调节费用的角度触发，将全天负荷进行预测并合理分段，最后通过优化计算得出满足约束的控制设备动作值并为SVC等无功补偿设备进行调节控制；本发明能够有效地实现无功补偿效果，适合于我国部分城市配电网电压不稳定的情况，在维持配电网电压稳定、减少线路电能损耗、减少网络谐波、减少用户电费支出等方面具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的系统连接示意图；
图2是网络数据文件的生成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统，如图1所示，包括对电力线路进行采样的采样单元、第一数据输入/输出模块、网络数据文件模块、总控单元、第二数据输入/输出模块以及控制命令单元，其中，总控单元包括模拟量/数字量转换模块和优化模块。采样单元连接到电力线路上对电力线路进行采样，实现对网络节点电压信号的获取功能，采样单元的输出端与第一数据输入/输出模块相连接，采样信号经第一数据输入/输出模块传输至总控单元内的模拟量/数字量转换模块，该模拟量/数字量转换模块实现模拟信号向数字信号的转换功能。该模拟量/数字量转换模块的输出端与优化模块连接，并将转换后的数字信号传输至优化模块。优化模块对采样的电压信号进行分析，如果采样所得信号中有毛刺(即谐波分量)影响观察，可以对系统添加滤波环节，经分析确定网络电压薄弱节点，即找出需要进行无功补偿的节点。
网络数据文件模块与调度自动化系统数据平台相连接并获得网络数据文件，网络数据文件用于反映配电网络的结构，其中包括配电网络参数如线路参数、发电机出力、节点电压及相角变化上下限以及未来一天负荷预测数据等信息。网络数据文件中的网络参数可以从调度自动化系统数据平台获得，未来一天负荷预测数据可以从调度处根据以往经验获得。网络数据文件模块与总控单元中的优化模块相连接，网络数据文件模块中的数据传输到优化模块，然后在优化模块中进行优化迭代。每次迭代时系统中的变量都要满足潮流等式约束条件和不等式约束，根据网络全天有功损耗最小这一目标函数进行优化，得出补偿设备各时刻的动作值。
总控单元的优化模块主要功能是针对采样得到的节点电压数据，确定网络薄弱节点(即需要进行无功补偿节点)，然后利用网络数据文件的数据，完成优化计算，并将优化所得的补偿电容器控制策略传输至第二数据输入/输出模块。优化模块与第二数据输入/输出模块相连，将优化所得各时刻设备电容补偿值传输到第二数据输入/输出模块。该数据输入/输出模块与控制命令单元相连，将总控单元通过数据输入/输出模块传来的设备动作值通过控制命令作用于补偿设备。
下面对系统中的各个部分分别进行说明。
网络数据文件模块通过以太网与调度自动化系统连接并从调度自动化系统平台获取网络参数形成网络数据文件，如图2所示。网络数据文件模块通过调度自动化系统数据平台获取电网参数，具体包括线路阻抗、导纳参数，变压器支路上变压器变比、励磁阻抗等，以及该配电系统中发电机节点最大最小出力等一系列数据；同时，根据以往负荷变化情况来给出未来一天负荷预测数据，将日负荷数据适当分段后把编辑得到计算用数据文件，存储于计算机中。
采样单元通常是指电压取样装置，用于实现对网络节点电压信号的获取。电压取样装置可通过对电力线路的直接连线或对刀闸开关的直接连线而测得。如果通过观察，所获取的电压信号中有明显的毛刺(即干扰信号)存在，则可以对采样所得电压信号滤波。常用的滤波方法有电容滤波、电感滤波，直到所观察的信号接近基波波形为止。采样单元将所得的电压信号通过第一数据输入/输出模块传输至总控单元的模拟/数字量转换模块。
总控单元包括模拟/数字转换模块、优化模块。本发明的核心是优化模块。一方面，优化模块从网络数据文件模块中读取数据；另一方面，优化模块可将数据处理结果通过第二数据输入/输出接口传输给控制模块。优化模块根据预置程序中的算法，对配电网络进行迭代计算，从而确定当前电力线路所需的无功补偿量。优化模块其主要功能是针对采样得到的节点电压数据，确定网络薄弱节点(即需要进行无功补偿节点)，然后利用网络数据文件的数据，对配电网络进行优化迭代计算，并将优化所得的补偿电容器控制策略传输至第二数据输入/输出模块。其具体优化计算过程为：
步骤1、根据从调度自动化数据平台获取的配电网络参数、各节点出力上下限等数据，形成网络数据文件并存储。
步骤2、建立配电网络无功补偿模型，一般选取该配电网络的各时段各线路总有功损耗作为目标，即：
式中，PLoss表示某个时段内配电网络的各线路损耗。
由于实际的SVC、SVG等补偿装置的补偿容量是有限制的，且连续进行大幅度调节代价较大，同时也会降低设备使用寿命，因此考虑将负荷进行分段。在这里将未来一天负荷按时间平均分为12时段，即n取为12。模型中非线性约束条件为：
式中，Ct为t时刻补偿设备状态值。
步骤3、从步骤2可以看出，所考虑的未来一天配电系统总有功损耗模型中，相邻两个时段的补偿电容值是耦合的，所以需要从时间整体上进行优化。
根据调度处所提供的未来一天配电网络负荷预测数据，将其进行分段，并认为在每个时段内负荷基本保持不变。将所得负荷预测数据进行编辑并存储在网络数据文件中。
步骤4、优化过程。
在进行配电网无功优化过程中，需要满足潮流约束条件。
式中，Vt,i和θt,i分别为t时刻节点i的电压幅值和相角，θij＝θi—θj；Gij和Bij为节点导纳矩阵中的i行j列相应元素的实部和虚部。Pti和Qti为节点i在t时刻的节点注入功率。
此外，还应该满足不等式约束条件：
式中，t时刻节点电压Vt、相角θt满足上下限约束，这是由于配电网直接与用户相连，其电压直接影响到居民用电，在配电网中一般将电压Vt设置为额定电压的0.95-1.05倍；电容器Ct补偿容量不能越限，变压器分接头Tt调节范围介于Tkmin和Tkmax之间；发电机出力PG,t、QG,t不能越限。
由于本专利所涉及的配电网动态无功优化问题是一个多变量、有约束、非线性的函数最小值问题，因此，可以利用最小化函数来实现时间整体上的无功优化，以获得满足各个约束条件的控制设备动作值。所用的最小化函数公式如下。
x＝fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)
在上式中，将各节点的电压、相角、发电机节点有功、无功作为变量，并赋予上下限范围约束，如上述的不等式约束条件所示；fun用来定义全天配电网络的有功损耗；等式潮流约束条件被定义在Aeq，beq中；非线性约束条件则体现在nonlcon中，最后再设置优化精度问题。
该方案具有编程简单，计算结果可靠，通用性强等优点。
利用上述优化函数模型从时间整体上对系统进行无功优化。优化过程中要满足潮流等式约束，同时保证发电机出力、节点电压等满足上下限约束。
步骤5、根据优化结果调节无功补偿装置：
由优化结果可以得到未来一天各时段控制策略，最后从迭代所得的变量x中选取控制策略值，并通过第二数据输入/输出模块输出输出补偿电容命令给控制命令单元，从而控制SVC、SVG等设备完成调节功能。
本发明所涉及的SVC、SVG等无功补偿设备，是通过调整输出为容性或感性电流来控制电力系统特定的参数，这一方法的优点包括能够避免投切时产生的震荡和冲击，设备维护简单，响应时间短，对负荷有较强的适应性。传统的无源滤波器(LC)，其参数主要由基于最小滤波电容安装容量法、无功补偿容量法等，这种方式往往难以满足治理需要。而有源滤波器(APF)在控制方面比较复杂。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种使配电网络全天有功损耗最小的电容补偿系统，其特征在于：包括采样单元、第一数据输入/输出模块、网络数据文件模块、总控单元、第二数据输入/输出模块和控制命令单元，所述总控单元包括模拟量/数字量转换模块和优化模块，所述采样单元输入端连接到电力线路上，该采样单元输出端与第一数据输入/输出模块相连接，第一数据输入/输出模块与总控单元内的模拟量/数字量转换模块相连接，该模拟量/数字量转换模块输出端与优化模块连接，该优化模块的一输入端与网络数据文件模块相连接，该优化模块的另一输出端与第二数据输入/输出模块相连接，第二数据输入/输出模块输出端与控制命令单元相连接，控制SVC、SVG设备完成调节功能；
所述采样单元采用电压取样装置，该电压取样装置通过对电力线路的直接连线或对刀闸开关的直接连线而测得；
所述网络数据文件模块通过以太网与调度自动化系统平台连接，网络数据文件模块从调度自动化系统平台获取网络参数并根据未来一天负荷预测数据形成网络数据文件；所述网络参数包括线路阻抗、导纳参数、变压器支路上变压器变比、励磁阻抗以及该配电系统中发电机节点最大最小出力数据；
所述优化模块根据从调度自动化系统平台获取的配电网络参数、各节点出力上下限数据，形成数据文件并存储；建立配电网络无功补偿模型，选取该配电网络的各时段各线路总有功损耗作为目标；根据调度处所提供的未来一天配电网络负荷预测数据，将负荷平均分为12段，并认为在每个时段内负荷基本保持不变，然后将所得负荷预测数据进行编辑并存储在网络数据文件中；在满足潮流约束条件下，进行配电网无功优化计算；根据优化计算结果，从迭代所得的变量中选取控制策略值，并通过第二数据输入/输出模块输出给动作单元，从而控制SVC设备完成调节功能。
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