CN106253302A - 一种广域无功控制低电压治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广域无功控制低电压治理方法，该方法包括：构建广域无功控制低电压治理模型；在所述广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对所述广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。该方法实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

Description

一种广域无功控制低电压治理方法

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，特别是涉及一种广域无功控制低电压治理方法。

背景技术

在具有大农村特点的某些城市配网中有很多10kV农网馈线，其供电半径长，配变的容量小、数量多、分布广，配变负荷的峰谷差大，馈线或者配变的无功补偿容量不足，馈线功率因数低。这些农网长线路轻载时电压较高，重载时电压很低，且轻重载时功率和电压变化的幅度和速度都很大。这些农网线路的低电压问题非常突出，严重影响了相关用户的生产与生活，如何治理配电网中长期存在低电压问题已成为配电网目前亟待解决的一个关键问题。

现有配电网低电压治理采用的手段是通过关键节点的无功补偿，实现同一个区域的多个配变负荷的无功平衡需求，满足无功的分区平衡，从而解决低电压问题。在实际配电网中，由于110kV变电站的调压能力不足，引起低压母线的电压幅值较低；同时配电网的无功补偿配置分散、容量不足，导致馈线上电压降过大，出现部分节点电压越下限。

为治理由于无功不足引起的配电网低电压问题，现有方法主要是采用的方法是采取配变低压侧无功倒送的方式，进行广域无功优化控制。但是，若整个配电网中含有农网长线路、无功补偿容量过低，电压越限无法满足时，即存在电压不可行节点失效的问题，将引起无功优化不可行问题，导致广域无功优化控制电容器优化投切控制失效，进一步加剧电压越下限的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种广域无功控制低电压治理方法，以实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种广域无功控制低电压治理方法，该方法包括：

构建广域无功控制低电压治理模型；

在所述广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；

将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对所述广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。

优选的，所述广域无功控制低电压治理模型为考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

优选的，所述广域无功控制低电压治理模型包括：无功补偿薄弱区电压控制子模型和无功补偿非薄弱区无功优化子模型。

优选的，所述构建广域无功控制低电压治理模型，包括：

在配电网电压无功控制分区的基础上，构建考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

优选的，所述构建广域无功控制低电压治理模型之前，还包括：

采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区。

优选的，所述采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区，包括：

根据节点电压是否越下线，将配电网系统分为无功补偿薄弱区和无功补偿非薄弱区。

优选的，对于含电压不可行节点的无功补偿薄弱区，目标函数的控制目标为电压越下线程度最小。

优选的，对于无功补偿非薄弱区，目标函数的控制目标为两个，一个是实现薄弱区的电压控制目标，另一个是降低配电网有功网损。

本发明所提供的一种广域无功控制低电压治理方法，构建广域无功控制低电压治理模型；在所述广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对所述广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。可见，在配电网电压无功控制分区的基础上，构建了考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型，采用在传统的无功优化的模型上更新加入了电压不可行节点的电压幅值安全下限值的约束条件，并以电压不可行节点的电压越下限量最少和网损最低为目标函数，利用并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解，如此有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径，所以该方法实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种广域无功控制低电压治理方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种广域无功控制低电压治理方法，以实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种广域无功控制低电压治理方法的流程图，该方法包括：

S11：构建广域无功控制低电压治理模型；

S12：在广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；

S13：将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。

可见，在配电网电压无功控制分区的基础上，构建了考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型，采用在传统的无功优化的模型上更新加入了电压不可行节点的电压幅值安全下限值的约束条件，并以电压不可行节点的电压越下限量最少和网损最低为目标函数，利用并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解，如此有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径，所以该方法实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

配电网在电网结构不合理，无功补偿容量配置不足，农网线路较多，供电负荷过重的情况下，容易出现电压降比较大，可能导致部分配变低压侧出现电压越下限的物理现象。并且这种电压越下限的情况，无法通过有效的电压无功调节使得电压上升至安全范围内，本发明将这种电压越下限的节点称之为配电网电压不可行节点。其中，获取最优低电压控制方案之后，采用最优低电压控制方案控制低电压，即最优低电压控制方案用于控制低电压，这样达到电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低的效果，达到有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径。

基于上述方法，具体的，广域无功控制低电压治理模型为考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

广域无功控制低电压治理模型包括：无功补偿薄弱区电压控制子模型和无功补偿非薄弱区无功优化子模型。

可见，本发明针对配电网中普遍存在的低电压问题，提出了一种电压不可行节点的基本概念，在配电网电压无功控制分区的基础上，建立了考虑电压不可行节点的广域无功控制的低电压治理模型即广域无功控制低电压治理模型。该模型包括无功补偿薄弱区电压控制子模型和无功补偿非薄弱区无功优化子模型这两个子模型，无功补偿薄弱区电压控制子模型即为无功补偿薄弱区的电压控制模型，无功补偿非薄弱区无功优化子模型即为无功补偿非薄弱区的无功优化模型。采用在传统的无功优化的模型上更新了电压不可行节点的电压幅值安全下限值的约束条件，和以电压不可行节点的电压越下限量最少和网损最低为目标函数，利用一种并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解。本发明的广域无功控制低电压的方法考虑了电压不可行节点，该方法可实现能有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理了配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径。

本发明提出的广域无功控制低电压治理方法能有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理了配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径。

进一步的，构建广域无功控制低电压治理模型之前，采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区。

步骤S11的过程具体为：在配电网电压无功控制分区的基础上，构建考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

其中，采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区的过程具体为：根据节点电压是否越下线，将配电网系统分为无功补偿薄弱区和无功补偿非薄弱区。

进一步的，对于含电压不可行节点的无功补偿薄弱区，目标函数的控制目标为电压越下线程度最小。对于无功补偿非薄弱区，目标函数的控制目标为两个，一个是实现薄弱区的电压控制目标，另一个是降低配电网有功网损。

可见，本方法采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网进行无功控制分区，根据节点电压是否越下限，可将系统分为无功补偿薄弱区和无功补偿非薄弱区。对于含电压不可行节点的无功补偿薄弱区，实现的控制目标是电压越下限程度尽可能小。对于无功补偿非薄弱区，需要实现两个控制目标。一个是实现薄弱区的电压控制目标，另一个是降低配电网有功网损。

基于上述方法，详细的，若薄弱区j内装设部分有载配变，则薄弱区j内的控制变量为高压侧的等效理想变变比，数目为有载配变个数。

其中，无功补偿薄弱区电压控制子模型如下：

min f₁＝u_s,j

s.t.g_Pi(x)＝P_Gi-P_Di-P_i＝0 i＝1,...,N_b且i≠i_s

g_Qi(x)＝Q_Gi+Q_cri-Q_Di-Q_i＝0 i＝1,...,N_b

Q_Gimin≤h_Gi(x)＝Q_Gi≤Q_Gimax i＝1,...,N_G

$\begin{array}{cc}{V}_{Gimin}^2\≤h_{VGi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≤V_{Gimax}^2& i=1,...,N_G\end{array}$

$\begin{array}{cc}{h}_{Vi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≤V_{imax}^2& i=1,...,N_{pq}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{h}_{Vi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≥V_{imin}^2& i=1,...,N_{pq}\end{array}$

k_tmin≤h_kt(x)＝k_weak,t≤k_tmax Q_cri＝Q_crimax i∈薄弱区j

上式中：g_Pi和g_Qi表示配电网有功和无功潮流等式约束，其中i_s是平衡节点，N_b是系统节点个数；第一个h_Vi是变电站低压母线电压幅值上下限约束；第二个h_Vi是负荷节点电压幅值安全约束，N_pq是非薄弱区的所有负荷节点数；h_kt是有载配变的变比约束，k_tmin和k_tmax表示变比的上下限；Q_cri是配变低压侧电容器的补偿无功量，Q_crimax是配变低压侧补偿无功最大值。

上述子模型在全网计算的基础上，保持薄弱区j内的电压不可行节点m的电压幅值大于或等于V_wj,m，优化非薄弱区内的控制变量，使得全网有功网损最小和电压不可行节点的偏移量最小。

其中，无功补偿非薄弱区无功优化子模型如下：

minf_2,1＝P_loss

minf_2,j＝u_s,j j＝1,2,...,N_weak,s

s.t.g_Pi(x)＝P_Gi-P_Di-P_i＝0i＝1,...,N_b且i≠i_s

g_Qi(x)＝Q_Gi+Q_cri-Q_Di-Q_i＝0i＝1,...,N_b

$\begin{array}{cc}{V}_{Gimin}^2\≤h_{VGi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≤V_{Gimax}^2& i=1,...,N_G\end{array}$

$\begin{array}{cc}{h}_{Vi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≤V_{imax}^2& i=1,...,N_{pq}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{h}_{Vi}\left(x\right)=e_i^2+f_i^2\≥V_{imin}^2& i=1,...,N_{pq}\end{array}$

k_tmin≤h_kt(x)＝k_t≤k_tmax t＝1,...,N_unweak,T

Q_crimin≤h_cri(x)＝Q_cri≤Q_crimax i＝1,...,N_unweak,cr

j＝1,...,N_weak,s,m∈薄弱区j

上式中：N_unweak,T表示非薄弱区内的配变台数；N_unweak,cr表示非薄弱区内的无功补偿电源个数；N_weak,s表示薄弱区的个数。

其中，采用并行协同进化算法求解广域无功控制低电压治理模型，针对不同子模型的目标函数特点，定义薄弱区电压控制模型的适应度函数如下：

fitness＝1/f₁

对于非薄弱区无功优化模型，由于模型的目标函数是全网有功网损最小和电压不可行节点的偏移量最小，采用相对占优策略，将多目标规划问题转化为单目标规划问题求解。适应度函数定义如下：

$F=f_{2,1}/f_{2,1}^{\min }+\underset{j=1}{\overset{N_{weak,s}}{\Σ}}{f}_{2,j}/f_{2,j}^{\min }$

fitness＝1/F

其中，对代表薄弱区种群优先进行寻优计算，获取薄弱区内电压不可行节点电压偏移百分数最小的薄弱区控制方案。在薄弱区的电压不可行节点满足更新的下限值的基础上，对代表非薄弱区种群进行寻优计算，获取非薄弱区内的有功网损最低和薄弱区的电压效益最大的非薄弱区控制方案。

综上，本发明所提供的一种广域无功控制低电压治理方法，构建广域无功控制低电压治理模型；在广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。可见，在配电网电压无功控制分区的基础上，构建了考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型，采用在传统的无功优化的模型上更新加入了电压不可行节点的电压幅值安全下限值的约束条件，并以电压不可行节点的电压越下限量最少和网损最低为目标函数，利用并行协同进化算法对广域无功控制低电压治理模型进行求解，如此有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，为有效治理配电网中存在的低电压问题提供了有效且合理的解决途径，所以该方法实现有效解决配电网广域无功控制在含电压不可行节点失效的问题，达到有效治理配电网中存在的低电压问题。

以上对本发明所提供的一种广域无功控制低电压治理方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种广域无功控制低电压治理方法，其特征在于，包括：

构建广域无功控制低电压治理模型；

在所述广域无功控制低电压治理模型中增加电压不可行节点的电压幅值安全下线的约束条件；

将电压不可行节点的电压越下限最少和网损最低作为目标函数，利用并行协同进化算法对所述广域无功控制低电压治理模型进行求解，获取最优低电压控制方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广域无功控制低电压治理模型为考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广域无功控制低电压治理模型包括：无功补偿薄弱区电压控制子模型和无功补偿非薄弱区无功优化子模型。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建广域无功控制低电压治理模型，包括：

在配电网电压无功控制分区的基础上，构建考虑电压不可行节点的广域无功控制低电压治理模型。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建广域无功控制低电压治理模型之前，还包括：

采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采用电源分区与短路阻抗距离的无功分区方法，对配电网系统进行无功控制分区，包括：

根据节点电压是否越下线，将配电网系统分为无功补偿薄弱区和无功补偿非薄弱区。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于含电压不可行节点的无功补偿薄弱区，目标函数的控制目标为电压越下线程度最小。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于无功补偿非薄弱区，目标函数的控制目标为两个，一个是实现薄弱区的电压控制目标，另一个是降低配电网有功网损。