CN108306346A - 一种配电网无功补偿节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网无功补偿节能方法，包括如下几个步骤：①选择前推回代法作为配电网无功优化过程的潮流算法；②利用灵敏度分析确定无功补偿点；③根据配电网节能以及提高电压质量的目的，确定配网无功优化模型；④采用改进的遗传算法，进行配电网无功优化，来确定无功补偿装置的补偿容量；通过该算法计算各无功补偿点的最佳无功补偿容量；⑤通过配电网SCADA系统获取网络拓扑结构信息、运行参数信息、负荷数据，实现配电网无功补偿节能技术，确定最佳补偿点和最佳补偿容量。本发明专利通过对无功的优化，提高了经济效益，同时提高了配电网的电能质量，具有良好的社会效益，具有良好的应用价值和推广应用前景。

Description

一种配电网无功补偿节能方法

技术领域

本发明涉及配电网领域。

背景技术

目前配电网作为电力系统的重要环节，一般在电力系统的末端，直接与用户联系、向用户供应电能、分配电能，因此提高配电网的可靠性对保证用户用电质量、提高人民生活水平具有重要意义。为提高配电网的电能质量，减少损耗，有必要对配电网进行无功优化和无功补偿，来维持配网的电压水平，提高电能质量，降低无功交换，减小电能损耗。

传统的无功负荷补偿点一般按以下原则确定：1)根据网络结构的特点，选择几个中枢点实现对其他节点电压的控制；2)根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点；3)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性；4)网络中的无功补偿不应低于0.7的标准。然而，该无功补偿原则完全靠规划人员的经验，所确定的无功补偿点不一定是符合实际需要的补偿点。因此，有必要研究新的确定无功补偿点的方法。在确定无功补偿点后，研究无功优化算法来计算各个补偿点的无功补偿容量，让最需要补偿的节点得到最佳的补偿。

而目前的状况是在配网高压侧集中补偿居多，中压侧分散补偿很少。因此在10kV配电线路末端实施无功补偿已日益迫切。但配网中节点很多，分布多呈辐射状，这种多节点、多约束的无功优化规划给大规模的计算带来了困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效提高配电网运行效率且降低电能损耗的配电网无功补偿节能方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种配电网无功补偿节能方法，包括如下几个步骤：

①选择前推回代法作为配电网无功优化过程的潮流算法；

②利用灵敏度分析确定无功补偿点：通过对系统有功损耗对节点无功注入的灵敏度进行排序，选择灵敏度绝对值较大的数个节点作为无功补偿节点，使无功补偿具有较好的经济性；

③根据配电网节能以及提高电压质量的目的，确定配网无功优化模型：以配电网损耗最小为目标函数，并将节点电压越限作为罚函数处理；以潮流方程为等约束条件，以节点电压的运行范围、无功电源无功出力的范围、有载变压器分接头调节范围为不等式约束，建立无功优化模型；

④采用改进的遗传算法，进行配电网无功优化，来确定无功补偿装置的补偿容量；通过该算法计算各无功补偿点的最佳无功补偿容量；

⑤通过配电网SCADA系统获取网络拓扑结构信息、运行参数信息、负荷数据，实现配电网无功补偿节能技术，确定最佳补偿点和最佳补偿容量。

进一步的，步骤②具体来讲：配电网的有功网损为：

节点无功变化对配网系统有功网损的灵敏度为：

经过变换可写为：

其中，对第i个节点有：而灵敏度矩阵S_PLQi中的各元素可由牛顿-拉夫逊法潮流计算中的雅可比矩阵求得；V_i、V_i为节点i、j的电压值， G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差。

进一步的，步骤③具体来讲：目标函数数学模型可表示为：

其中，P_L为系统有功网损λ为节点电压越限罚系数；nd代表负荷节点数，V_i、V_imax、V_imin分别为节点电压、电压上限值和下限值；

考虑节点有功和无功功率平衡约束，等式约束条件为：

式中，P_Gi、Q_G分别为发电机节点的有功功率和无功功率出力；P_Di、Q_Di、Q_Ci分别为负荷节点的有功和无功功率以及无功补偿容量；G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i，j之间的电导、电纳和电压相角差；n为总节点数；

不等式约束分为控制变量不等式约束和状态变量不等式约束，控制变量不等式约束方程为：

式中，T_i、T_i.max、T_i.min分别为变压器可调分接头、分接头上限值和下限值；Q_Cj、Q_Cj.max、Q_Cj.min分别为无功补偿节点补偿容量、补偿容量的上限值和下限值；

状态变量不等式约束方程为：

V_imin≤V_i≤V_imax，

式中，V_imin、V_imax分别为节点电压上、下限值。

进一步的，步骤④具体来讲：首先进行无功补偿装置的编码，对每个节点的无功补偿装置编码，采用整实数混合编码的方式，用整数表示无功补偿电容器的投入组数，用实数表示连续无功补偿装置的补偿容量；依据目标函数设计适应度函数，计算个体适应度，评价个体；进行选择操作，个体适应度大的个体保留到下一代的概率更大；交叉和变异操作，初始时选择大于常规选择的交叉率和小于常规选择的变异率，在迭代后期则适当增大变异率并减小交叉率；选择、交叉、变异三个操作不断循环直到满足收敛条件，最后得到的子代种群中的最佳个体即为所求解。

本发明具有积极的效果：本发明的配电网无功补偿节能技术研究主要从对配电网进行无功优化和无功补偿的角度来维持配网的电压水平，降低无功交换，从而减小电能损耗，达到节能的目的。在无功优化和无功补偿中，首先确定合适的补偿点。合理地选择无功补偿点，并对配电网无功电源采用合理配置，能够有效地维持电压水平并提高电力系统运行的稳定性，还可避免无功的远距离传输，从而降低有功网损和无功网损，减少配电网损耗。在确定无功补偿点后，研究无功优化算法来计算各个补偿点的无功补偿容量，让最需要补偿的节点得到最佳的补偿，以使配电网在最佳的方式下运行，电能损耗最小，达到节能的目的。本发明专利通过对无功的优化，提高了经济效益，同时提高了配电网的电能质量，具有良好的社会效益，具有良好的应用价值和推广应用前景。

具体实施方式

(实施例1)

本实施例的一种配电网无功补偿节能方法，包括如下几个步骤：

①分析各种配网潮流算法的优劣，选择收敛性好、速度快的前推回代法作为配电网无功优化过程的潮流算法，此方法符合了无功优化的效率要求。

②利用灵敏度分析确定无功补偿点：通过对系统有功损耗对节点无功注入的灵敏度进行排序，选择灵敏度绝对值较大的数个节点作为无功补偿节点，使无功补偿具有较好的经济性。

配电网的有功网损为：

节点无功变化对配网系统有功网损的灵敏度为：

经过变换可写为：

其中，对第i个节点有：而灵敏度矩阵_SPLQi中的各元素可由牛顿-拉夫逊法潮流计算中的雅可比矩阵求得。V_i、V_i为节点i、j的电压值， G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差。

③根据配电网节能以及提高电压质量的目的，确定配网无功优化模型：以配电网损耗最小为目标函数，并将节点电压越限作为罚函数处理；以潮流方程为等约束条件，以节点电压的运行范围、无功电源无功出力的范围、有载变压器分接头调节范围为不等式约束，建立无功优化模型。以满足配电网节能的目的，提高电压水平，使配电网安全、经济运行。

目标函数数学模型可表示为：

其中，P_L为系统有功网损λ为节点电压越限罚系数；nd代表负荷节点数，V_i、V_imax、V_imin分别为节点电压、电压上限值和下限值。

考虑节点有功和无功功率平衡约束，等式约束条件为：

式中，P_Gi、Q_G分别为发电机节点的有功功率和无功功率出力；P_Di、Q_Di、Q_Ci分别为负荷节点的有功和无功功率以及无功补偿容量；G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i，j之间的电导、电纳和电压相角差；n为总节点数。

不等式约束分为控制变量不等式约束和状态变量不等式约束，控制变量不等式约束方程为：

式中，T_i、T_i.max、T_i.min分别为变压器可调分接头、分接头上限值和下限值；Q_Cj、Q_Cj.max、Q_Cj.min分别为无功补偿节点补偿容量、补偿容量的上限值和下限值。

状态变量不等式约束方程为：

V_imin≤V_i≤V_imax，

式中，V_imin、V_imax分别为节点电压上、下限值。

④采用收敛性好、快速可靠的改进的遗传算法，进行配电网无功优化，来确定无功补偿装置的补偿容量。通过该算法能够可靠、高效地计算各无功补偿点的最佳无功补偿容量。

首先进行无功补偿装置的编码，对每个节点的无功补偿装置编码，采用整实数混合编码的方式，用整数表示无功补偿电容器的投入组数，用实数表示连续无功补偿装置(如SVC)的补偿容量；依据目标函数设计适应度函数，计算个体适应度，评价个体；进行选择操作，个体适应度大的个体保留到下一代的概率更大；交叉和变异操作，初始时选择较大的交叉率和较小的变异率，在迭代后期则适当增大变异率并减小交叉率，可以保证迭代初始时出现较多的优秀个体，且收敛速度快，在迭代后期又能保证充分的新鲜个体，增强了避免局部最优的能力；选择、交叉、变异三个操作不断循环直到满足收敛条件，最后得到的子代种群中的最佳个体即为所求解。

⑤利用MATLAB编程软件，编制流程图；并通过配电网SCADA系统获取网络拓扑结构信息、运行参数信息、负荷数据等，实现配电网无功补偿节能技术，确定最佳补偿点和最佳补偿容量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种配电网无功补偿节能方法，其特征在于包括如下几个步骤：

①选择前推回代法作为配电网无功优化过程的潮流算法；

②利用灵敏度分析确定无功补偿点：通过对系统有功损耗对节点无功注入的灵敏度进行排序，选择灵敏度绝对值较大的数个节点作为无功补偿节点，使无功补偿具有较好的经济性；

③根据配电网节能以及提高电压质量的目的，确定配网无功优化模型：以配电网损耗最小为目标函数，并将节点电压越限作为罚函数处理；以潮流方程为等约束条件，以节点电压的运行范围、无功电源无功出力的范围、有载变压器分接头调节范围为不等式约束，建立无功优化模型；

④采用改进的遗传算法，进行配电网无功优化，来确定无功补偿装置的补偿容量；通过该算法计算各无功补偿点的最佳无功补偿容量；

⑤通过配电网SCADA系统获取网络拓扑结构信息、运行参数信息、负荷数据，实现配电网无功补偿节能技术，确定最佳补偿点和最佳补偿容量。

2.根据权利要求1所述的一种配电网无功补偿节能方法，其特征在于：步骤②具体来讲：配电网的有功网损为：

节点无功变化对配网系统有功网损的灵敏度为：

经过变换可写为：

其中，对第i个节点有：而灵敏度矩阵S_PLQi中的各元素可由牛顿-拉夫逊法潮流计算中的雅可比矩阵求得；V_i、V_i为节点i、j的电压值，G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i、j之间的电导、电纳和电压相角差。

3.根据权利要求1或2所述的一种配电网无功补偿节能方法，其特征在于：步骤③具体来讲：目标函数数学模型可表示为：

其中，P_L为系统有功网损λ为节点电压越限罚系数；nd代表负荷节点数，V_i、V_imax、V_imin分别为节点电压、电压上限值和下限值；

考虑节点有功和无功功率平衡约束，等式约束条件为：

式中，P_Gi、Q_G分别为发电机节点的有功功率和无功功率出力；P_Di、Q_Di、Q_Ci分别为负荷节点的有功和无功功率以及无功补偿容量；G_ij、B_ij和θ_ij分别为节点i，j之间的电导、电纳和电压相角差；n为总节点数；

不等式约束分为控制变量不等式约束和状态变量不等式约束，控制变量不等式约束方程为：

式中，T_i、T_i.max、T_i.min分别为变压器可调分接头、分接头上限值和下限值；Q_Cj、Q_Cj.max、Q_Cj.min分别为无功补偿节点补偿容量、补偿容量的上限值和下限值；

状态变量不等式约束方程为：

V_imin≤V_i≤V_imax，

式中，V_imin、V_imax分别为节点电压上、下限值。

4.根据权利要求1或3所述的一种配电网无功补偿节能方法，其特征在于：步骤④具体来讲：首先进行无功补偿装置的编码，对每个节点的无功补偿装置编码，采用整实数混合编码的方式，用整数表示无功补偿电容器的投入组数，用实数表示连续无功补偿装置的补偿容量；依据目标函数设计适应度函数，计算个体适应度，评价个体；进行选择操作，个体适应度大的个体保留到下一代的概率更大；交叉和变异操作，在迭代后期增大变异率并减小交叉率；选择、交叉、变异三个操作不断循环直到满足收敛条件，最后得到的子代种群中的最佳个体即为所求解。