CN107332252B - 一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法 - Google Patents

Abstract

一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，将变压器的有载调压分接头、电容器、分布式电源和可调控负荷作广义无功源，构建多目标的中压线路电压治理的数学模型，以电压偏移量最小为目标函数，以广义无功源为控制变量，提出适用中压线路的电压治理方案。本发明提供了一种计及广义无功源的中压线路电压综合治理方案，其核心的内容是综合配电网的各种电压无功资源，实现电压无功资源的多时间尺度和多维运行场景下的优化调度，提升电网的分布式电源消纳能力和电网的安全稳定水平。

Description

一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法

技术领域

本发明涉及一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，属电力电网运行技术领域。

背景技术

传统配电网中无功源主要包括有载调压变压器和无功补偿装置。大量分布式电源的接入在改变配电网有功流向的同时，也改变了配电网的无功分布，为中压线路的电压无功综合优化提供了新的方式；另一方面，配电网中负荷的种类更加丰富和多样化，具备调节能力的新型负荷的接入也为中压线路的电压调节提供了新的手段，在此背景下，如何整合多元化的广义无功源，实现在多时间尺度下和多维运行场景下的线路电压控制，对于提高分布式电源的消纳能力和电网的安全运行水平具有重要意义。

目前，多中压配电线路的电压调节手段较为单一，相应的调控算法也较为简单，大都是与基于线路的设备水平和负荷水平，选择合理的电压治理方案。小容量和大批量分布式电源不同接入位置、接入容量和接入方式对线路电压的影响情况分析也取得了较为丰硕的研究成果，然而如何综合考虑电网的运行状态和负荷水平，综合考虑变压器分接头、无功补偿装置的位置、分布式电源的接入以及多样化负荷的响应能力，构建中压线路电压综合治理分析模型，并构建以经济性和清洁性为目标，引入多维约束条件的相关成果鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是，根据现有中压配电线路的电压调节手段和治理方案存在的问题，本发明提出一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法。

实现本发明的技术方案是，一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，针对中压线路的设备状况和运行状况，分析分布式电源的种类、接入方式、接入容量；分析变压器有载调压分接头档位的变化和无功补偿装置容量变化对线路电压的调节能力；分析分布式电源的接入位置、接入形式和接入容量对中压线路电压的影响；分析中压线路负载率的变化对中压线路电压的影响；构建以电压波动最小为目标函数的中压线路电压动态治理方案分析模型。

所述分析模型目标函数的表达方式如下：

式中，f为电压偏移之和；M为节点个数；U_j为节点j的电压值，U_N为线路额定电压值；

相应的约束条件包含以下4个方面：配电网潮流约束、节点电压和支路电流约束、电容器无功补偿和有载调压分接头约束和分布式电源有功无功出力约束：

(1)配电网的潮流约束；

式中，P_is、Q_is分别为节点i注入的有功功率和无功功率，G_ij与B_ij分别为节点导纳矩阵的实部与虚部，δ_ij为节点i和节点j的相角差；

(2)电压、电流约束：

式中，U_jmin和U_jmax为节点j电压的下限和上限，I_jmax为支路j电流的上限；

(3)电容器无功补偿以及变压器分接头的约束：

式中，T_kmax、T_kmin依次是变压器分接头的上、下限，Q_cmax、Q_cmin依次是可以投入的电容器容量的上、下限；

(4)分布式电源有功、无功出力约束；

式中，P_iDG,max是第i个分布式电源的最大有功出力，Q_iDG,max、Q_iDG,min依次是第i个分布式电源的无功出力上、下限。

所述分布式电源的接入容量计算为：

(1)小型风力发电机的功率输出计算公式为：

式中：ρ为空气密度，r为风轮半径，v为风速，Cp(β,λ)为风能利用系数,β为浆距角，λ为叶尖速比；

(2)分布式光伏发电的计算分析模型为：

式中：Y_PV表示光伏额定容量，f_PV表示衰减因子，G_T、和G_T.STC分别表示当前与标准条件下太阳辐射，α_P表示温度系数，T_C表示光伏电池当前温度，T_T.STC表示光伏电池标准温度；P_PV为分布式光伏的输出功率。

所述分析变压器有载调压分接头档位的变化和无功补偿装置容量变化对线路电压的调节能力，用下式表示：

式中：ΔP_L为线路调压能力的变化；k指电容补偿节点数；M_k指有载调压变压器台数；P_L为当前线路的调压能力；Q_Cj为当前线路的无功补偿容量，ΔQ_Cj为节点j的补偿电容增量；Δt_i为有载调压变压器的分接头档位增量；t_i为调压变压器分接头当前的位置。

所述分析分布式电源的接入位置、接入形式和接入容量对中压线路电压的影响：

对分布式电源进行分类，接入中压线路的分布式电源的可以等效为同步发电机和异步发电机两种，其功率输出情况为：

其中，x＝x₁+x₂,

式中：P_DG,Q_DG分别为P恒定、Q＝f(V)型DG的有功输出和无功输出；E_DGq为机组的空载电势；X_d为机组的同步电抗，V_out为机端电压，x_m异步发电机的激磁电抗，X_c机端并联电容器电抗，x₁和x₂分别为定子漏抗和转子漏抗。

所述分析中压线路负载率的变化对中压线路电压的影响：

其中，为研究期间的有功负荷的基准值，为t年的有功值，为研究期间的无功负荷的基准值，为t年的无功值，为t年的视在功率；每一年被划分为N_dlf个负荷等级；定义一个负荷等级指数DLF_h，它表示在每个负荷等级下的负荷与峰值负荷比率的预测值，它的值在0到1之间变化；τ_h表示负荷等级h的持续时间，γ表示负荷增长率，t表示负荷预测的年份。

本发明的有益效果是，本发明提供了一种计及广义无功源的中压线路电压综合治理方案，其核心的内容是综合配电网的各种电压无功资源，实现电压无功资源的多时间尺度和多维运行场景下的优化调度，提升电网的分布式电源消纳能力和电网的安全稳定水平。

附图说明

图1为本发明一种计及广义无功源的中压线路电压综合治理方法框图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示。

本实施例一种计及广义无功源的中压线路电压综合治理方法，包括以下步骤：

(1)针对中压线路的设备状况，分析其拓扑结构、分布式电源、无功补偿装置和负荷分布情况；分析分布式电源的种类、接入方式、接入容量；然后分析无功补偿装置的位置和补偿容量；再次分析中压线路负荷的分布和分类情况；最后分析变压器有载调压分接头档位的变化和无功补偿装置容量变化对线路电压的调节能力；

(2)针对中压线路的运行状况，分析中压线路负载率的变化对中压线路电压的影响；采用功率预测的方法，预测连接到中压线路上的分布式电源的功率输出情况；然后分析线路上不同负荷类型的用电曲线；再次分析无功补偿装置的分组和无功补偿能力；最后分析变压器分接头的变化对中压线路电压分布的影响；分析分布式电源的接入位置、接入形式和接入容量对中压线路电压的影响；

(3)针对中压线路的场景变化，分析分布式电源和负荷的不确定性对中压线路电压分布的影响，进一步分析在多时间尺度和多维运行场景下分布式电源、可调控负荷、无功补偿装置和有载调压分接头之间的动态相关性，提出计及鲁棒性和经济性的中压线路电压综合治理方案。

本实施例根据图1具体实施方式为：

S1：分析中压线路的网络拓扑结构和设备水平，具体的实施方案如下：

(1)采用图论分析的方法，研究中压线路的拓扑结构；

(2)分析中压线路的设备水平：有载调压变压器的调节档位分析，无功补偿装置的位置、最大容量和分组情况分析，分布式电源的计入位置、接入容量和接入方式；负荷的分类情况和可调控负荷的占比情况；

(3)分析电压在线路上的分布规律，提出线路电压分布的关键因素，定位中压线路电压问题的薄弱环节；

(4)分析负荷的在24小时的曲线，研究可调控负荷的占比情况；

S2：分析单一无功源对中压线路电压分布的影响，具体的实施方案如下：

(1)分析有载调压分接头的调节(正向调节和反向调节)对中压线路的调节能力，分接头档位的变化对中压线路首端电压的影响；

(2)无功补偿总容量和分组投切容量对中压线路电压分布的影响分析；

(3)分布式电源出力对中压线路电压分布的影响，尤其是分布式电源出力的间歇性、波动性和不确定对线路中压分布的影响；

(4)分析可控负荷调整对中压线路电压分布的影响，尤其是特殊运行场景下可控负荷的切除和接入对中压线路电压分布的影响；

S3：分析多维运行场景下中压线路电压综合治理方案，提出相应的数学模型和求解算法，主要的步骤如下：

(1)分析多时间尺度下和多维运行场景下负荷的等效曲线，将分布式电源和可控负荷的调节能力整合到负荷曲线中，形成等效的负荷曲线；

(2)采用聚类分析等方法，提出等效负荷曲线的分段原则和分段标准，形成等效负荷曲线的分段曲线；

(3)以经济性和清洁性目标，构建中压线路电压综合治理方案的数学模型，分析其目标函数和约束条件，提出相应的求解算法。

本实施例以电压波动最小为目标函数的中压线路电压动态治理方案分析模型如下：

本实施例分析模型目标函数的表达方式为：

式中，f为电压偏移之和；M为节点个数；U_j为节点j的电压值，U_N为线路额定电压值；

相应的约束条件包含以下4个方面：配电网潮流约束、节点电压和支路电流约束、电容器无功补偿和有载调压分接头约束和分布式电源有功无功出力约束：

(1)配电网的潮流约束；

式中，P_is、Q_is分别为节点i注入的有功功率和无功功率，G_ij与B_ij分别为节点导纳矩阵的实部与虚部，δ_ij为节点i和节点j的相角差；

(2)电压、电流约束：

式中，U_jmin和U_jmax为节点j电压的下限和上限，I_jmax为支路j电流的上限；

(3)电容器无功补偿以及变压器分接头的约束：

式中，T_kmax、T_kmin依次是变压器分接头的上、下限，Q_cmax、Q_cmin依次是可以投入的电容器容量的上、下限；

(4)分布式电源有功、无功出力约束；

式中，P_iDG,max是第i个分布式电源的最大有功出力，Q_iDG,max、Q_iDG,min依次是第i个分布式电源的无功出力上、下限。

Claims (5)

1.一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，其特征在于，所述方法针对中压线路的设备状况和运行状况，分析分布式电源的种类、接入方式、接入容量；分析变压器有载调压分接头档位的变化和无功补偿装置容量变化对线路电压的调节能力；分析分布式电源的接入位置、接入形式和接入容量对中压线路电压的影响；分析中压线路负载率的变化对中压线路电压的影响；构建以电压波动最小为目标函数的中压线路电压动态治理方案分析模型；

所述分析模型目标函数的表达方式如下：

式中，f为电压偏移之和；M为节点个数；U_j为节点j的电压值，U_N为线路额定电压值；

相应的约束条件包含以下4个方面：配电网潮流约束、节点电压和支路电流约束、电容器无功补偿和有载调压分接头约束和分布式电源有功无功出力约束：

(1)配电网的潮流约束；

式中，P_is、Q_is分别为节点i注入的有功功率和无功功率，G_ij与B_ij分别为节点导纳矩阵的实部与虚部，δ_ij为节点i和节点j的相角差；

(2)节点电压和支路电流约束：

式中，U_jmin和U_jmax为节点j电压的下限和上限，I_jmax为支路j电流的上限；

(3)电容器无功补偿和有载调压分接头约束：

式中，T_kmax、T_kmin依次是变压器分接头的上、下限，Q_cmax、Q_cmin依次是可以投入的电容器容量的上、下限；

(4)分布式电源有功无功出力约束；

式中，P_iDG,max是第i个分布式电源的最大有功出力，Q_iDG,max、Q_iDG,min依次是第i个分布式电源的无功出力上、下限。

2.根据权利要求1所述的一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，其特征在于，所述分布式电源的接入容量计算为：

(1)小型风力发电机的功率输出计算公式为：

式中：ρ为空气密度，r为风轮半径，v为风速，Cp(β,λ)为风能利用系数,β为浆距角，λ为叶尖速比；

(2)分布式光伏发电的计算分析模型为：

式中：Y_PV表示光伏额定容量，f_PV表示衰减因子，G_T、和G_T.STC分别表示当前与标准条件下太阳辐射，α_P表示温度系数，T_C表示光伏电池当前温度，T_C.STC表示光伏电池标准温度；P_PV为分布式光伏的输出功率。

3.根据权利要求1所述的一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，其特征在于，所述分析变压器有载调压分接头档位的变化和无功补偿装置容量变化对线路电压的调节能力，用下式表示：

式中：ΔP_L为线路调压能力的变化；k指电容补偿节点数；M_k指有载调压变压器台数；P_L为当前线路的调压能力；Q_Cj为当前线路的无功补偿容量，ΔQ_Cj为节点j的补偿电容增量；Δt_i为有载调压变压器的分接头档位增量；t_i为调压变压器分接头当前的位置。

4.根据权利要求1所述的一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，其特征在于，所述分析分布式电源的接入位置、接入形式和接入容量对中压线路电压的影响：

对分布式电源进行分类，接入中压线路的分布式电源的可以等效为同步发电机和异步发电机两种，其功率输出情况为：

其中，x＝x₁+x₂,

式中：P_DG,Q_DG分别为P恒定、Q＝f(V)型DG的有功输出和无功输出；E_DGq为机组的空载电势；X_d为机组的同步电抗，V_out为机端电压，x_m为异步发电机的激磁电抗，x_c为机端并联电容器电抗，x₁和x₂分别为定子漏抗和转子漏抗。

5.根据权利要求1所述的一种计及广义无功源的配电网低电压综合治理方法，其特征在于，所述分析中压线路负载率的变化对中压线路电压的影响：

其中，为研究期间的有功负荷的基准值，为t年的有功值，为研究期间的无功负荷的基准值，为t年的无功值，为t年的视在功率；每一年被划分为N_dlf个负荷等级；定义一个负荷等级指数DLF_h，它表示在每个负荷等级下的负荷与峰值负荷比率的预测值，它的值在0到1之间变化；τ_h表示负荷等级h的持续时间，γ表示负荷增长率，t表示负荷预测的年份。