CN106953338A - 一种配电网无功优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网无功优化方法及装置，所述方法包括：获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量；本发明提供的技术方案，利用配电网大量历史数据，对电网实时优化，由配电网节点历史数据构造大数据随机矩阵架构，通过对该矩阵协方差的分析，得出无功补偿结果，随着数据量的增加，使得系统分析运算更加准确、简化高效。

Description

一种配电网无功优化方法及装置

技术领域

本发明涉及配电网无功优化领域，具体涉及一种配电网无功优化方法及装置。

背景技术

电力系统中的有功功率电源大多集中在各个发电厂，无功电源除发电机外，还包括电容器和各类静止无功补偿设备，其分散在各个变电所。供应有功功率和电能必须消耗能源，但无功电源一旦设置既可以随时使用，系统中的无功功率消耗远大于有功功率消耗，无功功率损耗主要包括无功功率负荷、变压器无功功率损耗和电力线路无功功率损耗。电力系统的运行或设计部门一般编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线，根据无功平衡关系定期做无功功率平衡计算，其大致内容包括：1、参考累计运行资料预测有功日负荷；2、确定无功最大负荷时系统的有功负荷分配；3、假设各无功电源的电源容量、配置和各枢纽点电压水平，计算系统的潮流分布；4、根据潮流分布情况统计平衡关系式中的各项数据，判断系统中无功是否平衡；5、如果系统中有无功缺额，则变更假设条件，重新做潮流分布计算，如果无功始终无法平衡则考虑增加无功功率电源。

传统无功优化在进行优化过程中，多采用分层分区控制，针对每个配电网子区域内建立含有拉格朗日乘子的目标函数，一次针对每个子网络区域内的目标函数优化求解，根据计算结果更新配电网区域数据。通过主成分分析或多代理方法降低优化计算矩阵维数，但在维数降低的过程中常会忽略影响因素，在矩阵维数较大的情况下，会损失重要影响因素，造成局部最优或无法收敛。利用大维统计分析理论则可以全面评估所有影响因素的相关性，提高配网无功补偿设备的投运率、在线率，并提高节能效果，降低网络损耗，避免常规全局优化方法降维后部分重要影响因素被忽略导致的优化效果较差和计算不收敛问题。

在电改背景下的配网资产精益化管理要求投资回报，优化无功功率电源分布的目的在于降低网络的有功功率损耗，根据网络损耗设定目标函数，根据平衡条件、电压条件和注入无功等建立约束条件，根据等网损微增率准则导出网损微增率的计算公式，并反复作常规的潮流分布计算以求取无功功率电源的最优分布。随着配电网网络结构复杂、参数较多，增加了选点方法的计算复杂度，另一方面配电网中大量的历史数据容易被忽视，在无功优化时不能得到有效利用。

发明内容

本发明提供一种配电网无功优化方法及装置，其目的是利用配电网大量历史数据，对电网实时优化，由配电网节点历史数据构造大数据随机矩阵架构，通过对该矩阵协方差的分析，得出无功补偿结果，随着数据量的增加，使得系统分析运算更加准确、简化高效。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种配电网无功优化方法，其改进之处在于，包括：

获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

优选的，按下式确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量

上式中，N为历史数据天数，Q_{k_i}为历史数据中历史时刻i各节点的无功功率。

优选的，所述利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量，包括：

确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差；

若历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中第k天历史时刻j各节点的无功功率向量Q_{k_j}的协方差最大，则当前时刻i各节点的无功补偿量向量为ΔQ_i＝Q_i-Q_{k_j}，其中，Q_i为当前时刻i各节点的无功功率向量，Q_{k_j}为历史数据中第k天时刻j各节点的无功功率。

优选的，历史数据中数据记录间隔为15分钟，每天96个采样点，数据长度不小于1年。

优选的，所述方法还包括：

若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

进一步的，所述方法还包括：

确定当前时刻i各节点的电压偏差；

若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。

进一步的，按下式确定当前时刻i第m个节点的电压偏差f_im：

上式中，为节点给定电压值，U_im为当前时刻i第m个节点的电压值，为当前时刻i第m个节点的最大电压，为当前时刻i第m个节点的最小电压，N为节点总数。

一种配电网无功优化装置，其改进之处在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

第一确定模块，用于根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

第二确定模块，用于利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

进一步的，所述装置还包括：

优化模块，用于若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

进一步的，所述装置还包括：

验证模块，用于确定当前时刻i各节点的电压偏差，若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案，利用配电网大量运行数据建立随机矩阵，随机矩阵中系统状态为随机变量，可通过历史积累的大数据进行统计发现其概率分布并估算未来状态。由配电网节点历史数据构造大数据随机矩阵架构，通过对该矩阵协方差的分析，可直接从历史数据的统计信息快速地得到无功补偿选点的结果，能够基于配电网大量历史数据确定无功补偿结果，且随着数据量的增加，系统分析运算结果更加准确、过程更加简化高效。

附图说明

图1是本发明一种配电网无功优化方法的流程图；

图2是本发明一种配电网无功优化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种配电网无功优化方法，如图1所示，包括：

101.获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

其中，历史数据中数据记录间隔为15分钟，每天96个采样点，数据长度不小于1年。

102.根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

103.利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

具体的，所述步骤102中，按下式确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量

上式中，N为历史数据天数，Q_{k_i}为历史数据中历史时刻i各节点的无功功率。

确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量之后，所述步骤103，包括：

确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差；

若历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中第k天历史时刻j各节点的无功功率向量Q_{k_j}的协方差最大，则当前时刻i各节点的无功补偿量向量为ΔQ_i＝Q_i-Q_{k_j}，其中，Q_i为当前时刻i各节点的无功功率向量，Q_{k_j}为历史数据中第k天时刻j各节点的无功功率。

进一步的，在所述步骤103之后，还包括：

若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

最终，所述方法还包括：

确定当前时刻i各节点的电压偏差；

若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。

其中，按下式确定当前时刻i第m个节点的电压偏差f_im：

上式中，为节点给定电压值，U_im为当前时刻i第m个节点的电压值，为当前时刻i第m个节点的最大电压，为当前时刻i第m个节点的最小电压，N为节点总数。

本发明还提供一种配电网无功优化装置，如图2所示，所述装置包括：

获取模块，用于获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

第一确定模块，用于根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

第二确定模块，用于利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

其中，所述第一确定模块中，按下式确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量

上式中，N为历史数据天数，Q_{k_i}为历史数据中历史时刻i各节点的无功功率。

所述第二确定模块，用于确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差；

若历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中第k天历史时刻j各节点的无功功率向量Q_{k_j}的协方差最大，则当前时刻i各节点的无功补偿量向量为ΔQ_i＝Q_i-Q_{k_j}，其中，Q_i为当前时刻i各节点的无功功率向量，Q_{k_j}为历史数据中第k天时刻j各节点的无功功率。

其中，历史数据中数据记录间隔为15分钟，每天96个采样点，数据长度不小于1年。

所述装置还包括：

优化模块，用于若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

所述装置还包括：

验证模块，用于确定当前时刻i各节点的电压偏差，若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。

其中，按下式确定当前时刻i第m个节点的电压偏差f_im：

上式中，为节点给定电压值，U_im为当前时刻i第m个节点的电压值，为当前时刻i第m个节点的最大电压，为当前时刻i第m个节点的最小电压，N为节点总数。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网无功优化方法，其特征在于，所述方法包括：

获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量

${\stackrel{\‾}{X}}_i=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Q}_{k\_i}$

上式中，N为历史数据天数，Q_{k_i}为历史数据中历史时刻i各节点的无功功率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量，包括：

确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差；

若历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中第k天历史时刻j各节点的无功功率向量Q_{k_j}的协方差最大，则当前时刻i各节点的无功补偿量向量为ΔQ_i＝Q_i-Q_{k_j}，其中，Q_i为当前时刻i各节点的无功功率向量，Q_{k_j}为历史数据中第k天时刻j各节点的无功功率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，历史数据中数据记录间隔为15分钟，每天96个采样点，数据长度不小于1年。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定当前时刻i各节点的电压偏差；

若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，按下式确定当前时刻i第m个节点的电压偏差f_im：

$f_{im}=\underset{m\∈N}{\Σ}\left|\frac{U_m^{spec}-U_{im}}{U_m^{max}-U_m^{\min }}\right|$

上式中，为节点给定电压值，U_im为当前时刻i第m个节点的电压值，为当前时刻i第m个节点的最大电压，为当前时刻i第m个节点的最小电压，N为节点总数。

8.一种配电网无功优化装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取历史数据中历史时刻i各节点的无功功率；

第一确定模块，用于根据所述历史时刻i各节点的无功功率确定历史时刻i各节点的无功功率均值向量；

第二确定模块，用于利用所述历史时刻i各节点的无功功率均值向量与历史数据中其他历史时刻各节点的无功功率向量的协方差确定当前时刻i各节点的无功补偿量向量。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

优化模块，用于若当前时刻i各节点的无功补偿量向量中当前时刻i第m个节点的无功补偿量Q_im小于第m个节点的最小投切值Q_min-m，则令Q_min-m作为当前时刻i第m个节点的无功补偿量。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

验证模块，用于确定当前时刻i各节点的电压偏差，若当前时刻i第m个节点的电压偏差大于第m个节点的额定电压的5％，则以5％为步长调整当前时刻i第m个节点的无功补偿量，直至当前时刻i第m个节点的电压偏差不大于第m个节点的额定电压的5％。