CN106208110B - 一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法，包括：确定单条线路的参数；确定不同型号无功补偿装置的参数；选出该单条线路的无功补偿最优配置策略；确定配电网无功补偿最优配置策略。本发明可以实现对配电网无功补偿方案经济效益的评估，进而选出最优的无功补偿方案以及无功补偿设备配置方案。本发明可以实现无功补偿经济效益的最基本的评估，可以在这些因素的基础上，依据本发明，任意添加和扩展其他因素，实现对无功补偿的经济效益的全面评估；本发明考虑了单条线路，多分段线路以及树状、环状等线路均可以分解为单条线路的形式，以单条线路为基础进行计算，因此扩展性和可行性都很强，流程简单，结果清晰。

Description

一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法

技术领域

本发明涉及一种筛选方法，具体涉及一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法。

背景技术

无功优化是电力系统运行与控制中的一个传统课题,是保证系统安全经济、稳定运行的有效手段,是降低系统网损、提高电压质量的重要措施，现有无功补偿技术以及无功优化的研究主要集中在技术方面，即如何做出决策对变电站无功补偿设备及主变分接头进行适时调整、如何改善电网内无功潮流、如何改善电网的电压水平、如何根据提高电压质量、降低网损、以及如何配置无功补偿设备等问题。而没有考虑如何在成本最低的前提下合理配置无功补偿设备。

传统的无功补偿技术原则在许多技术电力技术规范中均有提及，如根据《农村电网无功优化补偿技术导则》中无功补偿策略为：集中补偿与分散补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，调压与降损相结合。《电力系统安全稳定导则》中也规定：电网的无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则，并应随负荷(或电压)变化进行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。可见无功补偿在电力技术中具有非常重要的作用，然而，考虑无功补偿装置成本以及功率配置关系的指导性原则尚未有专家关注，一线工程师一般根据经验以及企业可承受的成本进行估算。

申请号为201410646285.6的发明专利公开了一种考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其提出最低成本前提下合理配置无功补偿设备的无功优化，是在固定补偿地点的前提下得出，具有局限性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法，考虑投资成本、设备电力损耗和线路损耗三方面因素，实现合理选定补偿地点以及合理配置无功补偿装置。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：针对需要采取无功补偿配置策略的单条线路，确定单条线路的参数；

步骤2：确定不同型号无功补偿装置的参数；

步骤3：计算各无功补偿装置的经济效益，选出该单条线路的无功补偿最优配置策略；

步骤4：综合配电网中所有单条线路的无功补偿最优配置策略，确定配电网无功补偿最优配置策略。

所述步骤1中，单条线路的参数包括单条线路的拓扑结构、单条线路上所有的无功负荷点、两两无功负荷点之间的线段阻抗。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：确定需要采取无功补偿配置策略的单条线路的拓扑结构；

步骤1-2：根据确定的单条线路的拓扑结构将需要采取无功补偿配置策略的单条线路从左到右以线段的方式表示，最左侧表示该单条线路的始端，最右侧表示该单条线路的末端；

步骤1-3：将两两无功负荷点之间的线段阻抗以串连的形式表示，并将该单条线路上所有的无功负荷点以并联的形式表示。

所述步骤2中，根据该单条线路上所有无功负荷点的无功负荷容量，确定不同型号无功补偿装置的参数。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：从该单条线路末端开始，将该单条线路上所有无功负荷点以排列组合的方式划分为不同的小组，并为每种排列组合编号；

步骤2-2：计算各小组的无功负荷总容量：

其中，QZ表示该小组的无功负荷总容量，QZ_i表示该小组中无功负荷点i的无功负荷总容量，i＝1,2,...,I，I表示该小组中无功负荷点总数；

步骤2-3：根据计算出的各小组的无功负荷总容量为每种排列组合方式下的每个小组配置对应的无功补偿装置，并确认每个无功补偿装置的参数。

所述无功补偿装置的参数包括配置成本、运行功耗、使用年限。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：每个小组配置一套无功补偿装置，计算每种排列组合方式下节省的线路损耗、无功补偿装置的配置总成本、无功补偿装置的运行损耗，有：

X＝ΣXZ

H＝ΣHZ

P＝ΣPZ

其中，X表示每种排列组合方式下节省的线路损耗，XZ表示为每个小组配置无功补偿装置后节省的线路损耗效益，且有

其中U为线路电压有效值，R_X为QZ经过的线路阻抗；

H表示无功补偿装置的配置总成本，HZ表示为每个小组配置的无功补偿装置的成本；

P表示无功补偿装置的运行损耗，PZ表示为每个小组配置的无功补偿装置的运行功率损耗；

步骤3-2：评估每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益，有：

V＝X-H-P

其中，V表示每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益；

步骤3-3：列表对比每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益，筛选出该单条线路的无功补偿最优配置策略。

所述步骤4中，以列表的方式对比所有单条线路的无功补偿最优配置策略的经济效益，筛选出配电网的无功补偿最优配置策略。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明可以实现对配电网无功补偿方案经济效益的评估，进而选出最优的无功补偿方案以及无功补偿设备配置方案。

(2)本发明可以实现无功补偿经济效益的最基本的评估，可以在这些因素的基础上，依据本发明，任意添加和扩展其他因素，实现对无功补偿的经济效益的全面评估；

(3)本发明可行性强，流程简单，结果清晰；

(4)本发明考虑了单条线路，多分段线路以及树状、环状等线路均可以分解为单条线路的形式，以单条线路为基础进行计算，因此扩展性强。

附图说明

图1是本发明实施例中包含n个无功负荷点、n条线段的线路示意图；

图2是本发明实施例中任意相邻的两个无功负荷合并为一组，靠近源端进行集中补偿原理图；

图3是本发明实施例中包含3个无功负荷点的线路示意图；

图4是本发明实施例中第一种配置策略无功补偿原理图；

图5是本发明实施例中第二种配置策略无功补偿原理图；

图6是本发明实施例中第三种配置策略无功补偿原理图；

图7是本发明实施例中第四种配置策略无功补偿原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

针对包含有n个无功负荷点，每个无功负荷点的无功功率分别为Q₁、Q₂…Q₃，n条线段的线路，每条线段的阻抗分别为R₁、R₂、…、R_n，如图1所示。

可以根据需要将任意相邻的两个或多个无功负荷分别合并为一个小组，在靠近源端进行集中补偿，集中补偿原理如图2所示，图中虚线圈包含部分表示Q₁和Q₂合并一组集中补偿，Q_n-2，Q_n-1，Q_n三个合并一组进行集中补偿，其余未包含部分未单独就地补偿。

根据以上原理，通过排列组合的知识可得共有无功补偿配置策略的种类数目N_n为：

其中

为排列组合的表达式。

经济效益的计算主要考虑三个方面：(1)无功补偿抵消一部分无功电流经过线路造成的电能损耗；(2)无功补偿装置自身的成本；(3)无功补偿装置自身的功耗。

为每种补偿策略编号，变量定义为m，每种配置策略下，无功补偿经济效益评估结果V_m为：

V_m＝X_m-H_m-P_m

Q_m为编号m的无功补偿策略下无功补偿之后减少的线路损耗经济效益，P_m为编号m的无功补偿策略下所有无功补偿装置总成本，H_m为编号m的无功补偿策略下所有无功补偿装置功耗。

以如图3所示的线路为例，对本发明的技术方案进行描述，如图3所示，线路有3处无功负荷，相应有3段线路，由于无功的经过，会对线路产生电能损耗，所消耗的电能与无功负荷的平方成正比，根据负荷的实际情况，可以采取4种补偿方案，分别如图4-图7所示。

下面以3个无功负荷点和3条线段组成的线路进行无功补偿配置策略经济效益分析，可以采用本申请所提思想对可能的4种[2^{^(3-1)}＝4]策略进行对比，选出经济效益最优配置策略。

假定：Q₁、Q₂和Q₃为各个负荷点的无功，CQ₁、CQ₂和CQ₃为所配置电容补偿装置的容量，R₁、R₂和R₃分别为各个线路上的等效电阻，在实际应用中可以实际测量，也可以按照选定的线型参数进行换算，例如架空钢芯铝绞线LGJ400的参数为0.078Ω/kM。(为考虑一般性，仅考虑无功负荷，忽略有功负荷对线路损耗的影响，视无功功率均为感性无功，忽略线路电感对造成的损耗的影响，线路电压为U，忽略由于线路阻抗造成的压降。所忽略因素不会对本发明产生理解上的偏差，并且所忽略的因素完全包含在本发明所述思想考虑的范围内)。

无功补偿与经济效益有关的两个主要因素为：无功经过线路造成的电能损耗，无功补偿装置的成本V与使用寿命N。

第一种配置策略：

如图4所示，在每个负荷的就近点进行无功补偿，为简单考虑起见，假设补偿容量CQ_n(n＝1，2，3)能够完全补偿所在区域的无功，根据无功负荷容量选择合适额定容量的无功补偿装置，无功补偿装置成本参考市场价分别P₁、P₂、P₃，既能够完全消除由于无功电流产生线路损耗，此方案对无功的补偿效果极好，但是无功补偿装置需要采用3套，由于无功补偿装置的成本与补偿容量并非完全成正比，如1套补偿容量300kVar的无功补偿装置会比3套补偿容量100kVar的装置总成本低，H₁、H₂、H₃为无功补偿装置运行中自身产生的损耗，假设装置的使用寿命N＝10年(具体使用寿命需要参考设备性能指标)，则本方案的经济效益V₁为：

其中：TYN＝年小时数*电价，TYN＝24时*365天*10年*0.5元/kWh/10^{^4}＝4.38万元/(kWh*年)。

第二种配置策略：

如图5所示，将无功负荷Q₁和Q₂集中进行补偿，Q₃单独就地补偿，此种方案中无功Q₁所产生的线路电能损耗依然存在，而R₂和R₃上不会产生无功电能损耗，而且需要补偿Q₁的无功能量集中到Q₂处一块补偿，Q₂处的无功补偿装置的补偿容量也升级为CQ₁₂＝Q₁+Q₂，根据无功负荷容量选择合适额定容量的无功补偿装置，装置成本参考市场价也变为P₁₂，工程成本一般有P₁₂<P₁+P₂，所产生的装置损耗功率也变为装置H₁₂，一般有H₁₂<H₁+H₂，视设备具体情况而定。此种方案的经济效益V₂为：

第三种配置策略：

如图6所示，将无功负荷Q₂和Q₃集中进行补偿，Q₁单独就地补偿，此种方案中无功Q₂所产生的线路电能损耗依然存在，而R₁和R₃上不会产生无功电能损耗，而且需要补偿Q₂的无功能量集中到Q₃处一块补偿，Q₃处的无功补偿装置的补偿容量也升级为CQ₂₃＝Q₂+Q₃，根据无功负荷容量选择合适额定容量的无功补偿装置，装置成本参考市场价也变为P₂₃，工程成本一般有P₂₃<P₂+P₃，所产生的装置损耗功率也变为装置H₂₃，一般有H₂₃<H₂+H₃，均视设备具体情况而定。此种方案的经济效益V₃为：

第四种配置策略：

如图7所示，将无功负荷Q₁、Q₂和Q₃集中进行补偿，此种方案中无功Q₁和Q₂所产生的线路电能损耗依然存在，而R₃上不会产生无功电能损耗，而且需要补偿Q₁和Q₂的无功能量集中到Q₃处一块补偿，Q₃处的无功补偿装置的补偿容量也升级为CQ₁₂₃＝Q₁+Q₂+Q₃，根据无功负荷容量选择合适额定容量的无功补偿装置，装置成本参考市场价也变为P₁₂₃，工程成本一般有P₁₂₃<P₁+P₂+P₃，所产生的装置损耗功率也变为装置H₁₂₃，一般有H₁₂₃<H₁+H₂+H₃，均视设备具体情况而定。此种方案的经济效益V₄为：

以上4种配置策略可以得到4个经济效益评估结果，可以直接根据评估结果选择无功补偿配置策略。

为了直观描述，为以上案例参数进行赋值，参数配置如表1所示，经济效益评估如表2所示。可见，上述四种策略中，第四种配置策略经济效益最高，即：三个无功补偿点为一组进行集中补偿。

表1

表2

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：针对需要采取无功补偿配置策略的单条线路，确定单条线路的参数；

步骤2：确定不同型号无功补偿装置的参数；

步骤3：计算各无功补偿装置的经济效益，选出所述单条线路的无功补偿最优配置策略；

步骤4：综合配电网中所有单条线路的无功补偿最优配置策略，确定配电网无功补偿最优配置策略；

所述步骤2中，根据所述单条线路上所有无功负荷点的无功负荷容量，确定不同型号无功补偿装置的参数；

所述无功补偿装置的参数包括配置成本、运行功耗、使用年限；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算每种排列组合方式下节省的线路损耗、无功补偿装置的配置总成本、无功补偿装置的运行损耗P，有：

X＝ΣXZ

H＝ΣHZ

P＝ΣPZ

其中，X表示每种排列组合方式下节省的线路损耗，XZ表示为每个小组配置无功补偿装置后节省的线路损耗效益，且有

其中U为线路电压有效值，R_X为QZ经过的线路阻抗；

H表示无功补偿装置的配置总成本，HZ表示为每个小组配置的无功补偿装置的成本；

P表示无功补偿装置的运行损耗，PZ表示为每个小组配置的无功补偿装置的运行功率损耗；

步骤3-2：评估每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益，有：

V＝X-H-P

其中，V表示每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益；

步骤3-3：列表对比每种排列组合方式下无功补偿装置的经济效益，筛选出所述单条线路的无功补偿最优配置策略；

所述步骤4中，以列表的方式对比所有单条线路的无功补偿最优配置策略的经济效益，筛选出配电网的无功补偿最优配置策略；

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：确定需要采取无功补偿配置策略的单条线路的拓扑结构；

步骤1-2：根据确定的单条线路的拓扑结构将需要采取无功补偿配置策略的单条线路从左到右以线段的方式表示，最左侧表示所述单条线路的始端，最右侧表示所述单条线路的末端；

步骤1-3：将两两无功负荷点之间的线段阻抗以串连的形式表示，并将该单条线路上所有的无功负荷点以并联的形式表示；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：从所述单条线路末端开始，将所述单条线路上所有无功负荷点以排列组合的方式划分为不同的小组，并为每种排列组合编号；

步骤2-2：计算各小组的无功负荷总容量：

其中，QZ表示所述小组的无功负荷总容量，QZ_i表示所述小组中无功负荷点i的无功负荷总容量，i＝1,2,...,I，I表示所述小组中无功负荷点总数；

步骤2-3：根据计算出的各小组的无功负荷总容量为每种排列组合方式下的每个小组配置对应的无功补偿装置，并确认每个无功补偿装置的参数。

2.根据权利要求1所述的配电网无功补偿最优配置策略的筛选方法，其特征在于，所述步骤1中，单条线路的参数包括单条线路的拓扑结构、单条线路上所有的无功负荷点、两两无功负荷点之间的线段阻抗。

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