CN109038605A - 一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，包括：给定电网网络参数，规划时间周期内负荷预测值和电源出力计划，规划时间周期内无功补偿设备候选接入节点及最大允许安装容量。构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型，优化模型以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标并包括约束条件；对优化模型由预测‑校正原对偶非线性内点法进行求解，得到最终的电网无功优化规划方案。本发明可用于电网无功资源配置的优化决策，有利于降低电网综合损耗，提升电网电压水平；本发明在电网无功优化规划中考虑系统的电压响应特性，这样更能尊重系统运行实际，实现无功规划与运行的有机衔接，提升电网无功规划投资的准确性。

Description

一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法

技术领域

本发明涉及电网规划技术领域，尤其是一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法。

背景技术

电网无功优化配置的目的在于改善电网中的无功潮流，以无功设备投资成本和系统网损费用之和最小为目标实现电网中无功资源的最优配置，以实现降低网损和改善电压水平。而系统中的负荷及无功补偿设备具有电压敏感性，即电压变动，负荷功率、无功补偿大小随之变化，电网潮流分布也将随之变化。

目前的电网无功优化规划方法通常是侧重于无功资源配置(接入点和容量)的数学手段，基于给定的负荷功率模式(恒功率)，不考虑负荷功率及无功补偿设备补偿大小随节点电压变化的影响，因而具有一定的局限性，使得决策结果难以与电网运行情况有机对接。负荷及无功设备的电压响应特性将影响电网中发电与负荷有功功率平衡方式以及无功潮流分布。在无功优化规划中忽略这一点势必会影响无功资源配置的精准性，造成电网实际运行质量低于预期的水平或者无功资源冗余投资，降低电网运行的经济性。电网电压水平和负荷的电压响应情况相互影响牵制，为此需要在电网无功优化规划决策中考虑电网的电压响应特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，电网无功优化配置决策中考虑负荷的电压响应特性，考虑无功补偿设备的电压响应特性，实现电网无功资源的精准规划。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，包括以下步骤：

构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型，优化模型以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标并包括约束条件；

对优化模型由预测-校正原对偶非线性内点法进行求解，得到最终的电网无功优化规划方案。

优选地，所述构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型之前，还包括：

给定电网网络参数，规划时间周期内负荷预测值和电源出力计划，规划时间周期内无功补偿设备候选接入节点及最大允许安装容量。

优选地，所述以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标的函数表达式为：

式中，α为单位电价；P_L为电网损耗；τ为规划时间周期；T表示无功补偿设备的经济使用寿命；C_i表示无功补偿设备的单位容量价格；ρ为贴现率；表示节点i上无功补偿设备的额定容量；N_B表示电网节点集合；

电网损耗表达式为：

式中，N_B为电网节点集合；V_i表示节点i的电压幅值；G_ij和B_ij分别为节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部；θ_ij表示节点i与节点j之间的电压相角差；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合。

优选地，所述约束条件包括以下六类约束：

1)潮流方程等式约束

式中，g_l和b_l分别为输电元件l的电导、电纳值；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合；N_B为电网节点集合；

2)负荷电压特性约束

式中，和分别为负荷d的额定有功功率、无功功率需求；和分别为电力负荷d的恒定阻抗负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定电流负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定功率负荷有功功率、无功功率部分；N_D为电网负荷集合；

3)无功补偿设备的电压特性约束

式中，V_i ^N表示节点i的额定电压；表示节点i上无功补偿设备的实际无功补偿容量；

4)无功补偿设备配置容量约束

式中，表示节点i上无功补偿设备的最大允许安装容量；

5)节点电压幅值范围约束

式中，V_i ^max和V_i ^min分别为节点i电压幅值上下限；

6)输电支路热电流约束

式中，表示输电元件l允许的最大热电流值；|Y_l|表示输电元件l的导纳模值；节点i和节点j分别为输电元件l的首末段节点；N_L为电网中输电支路集合。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明公开了一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，在电网无功优化配置决策中考虑负荷的电压响应特性，考虑无功补偿设备的电压响应特性，实现电网无功资源的精准规划。本发明可用于电网无功资源配置的优化决策，有利于降低电网综合损耗，提升电网电压水平；本发明在电网无功优化规划中考虑系统的电压响应特性，这样更能尊重系统运行实际，实现无功规划与运行的有机衔接，提升电网无功规划投资的准确性。

附图说明

图1是本发明考虑电压响应特性的电网无功规划方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，包括以下步骤：

S1、给定电网网络参数，规划时间周期内负荷预测值和电源出力计划，规划时间周期内无功补偿设备候选接入节点及最大允许安装容量。

S2、构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型，优化模型以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标并包括约束条件。

S3、对优化模型由预测-校正原对偶非线性内点法进行求解，得到最终的电网无功优化规划方案。

步骤S2中，以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标的函数表达式为：

式中，α为单位电价；P_L为电网损耗；τ为规划时间周期；T表示无功补偿设备的经济使用寿命；C_i表示无功补偿设备的单位容量价格；ρ为贴现率；表示节点i上无功补偿设备的额定容量；N_B表示电网节点集合；

电网损耗表达式为：

式中，N_B为电网节点集合；V_i表示节点i的电压幅值；G_ij和B_ij分别为节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部；θ_ij表示节点i与节点j之间的电压相角差；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合。

步骤S2中的约束条件包括以下六类约束：

1)潮流方程等式约束

式中，g_l和b_l分别为输电元件l的电导、电纳值；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合；N_B为电网节点集合；

2)负荷电压特性约束

式中，和分别为负荷d的额定有功功率、无功功率需求；和分别为电力负荷d的恒定阻抗负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定电流负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定功率负荷有功功率、无功功率部分；N_D为电网负荷集合；

3)无功补偿设备的电压特性约束

式中，V_i ^N表示节点i的额定电压；表示节点i上无功补偿设备的实际无功补偿容量；

4)无功补偿设备配置容量约束

式中，表示节点i上无功补偿设备的最大允许安装容量；

5)节点电压幅值范围约束

式中，V_i ^max和V_i ^min分别为节点i电压幅值上下限；

6)输电支路热电流约束

式中，表示输电元件l允许的最大热电流值；|Y_l|表示输电元件l的导纳模值；节点i和节点j分别为输电元件l的首末段节点；N_L为电网中输电支路集合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种考虑电压响应特性的电网无功规划方法，其特征是，包括以下步骤：

构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型，优化模型以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标并包括约束条件；

对优化模型由预测-校正原对偶非线性内点法进行求解，得到最终的电网无功优化规划方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述构建考虑电压响应特性的电网无功规划模型之前，还包括：

给定电网网络参数，规划时间周期内负荷预测值和电源出力计划，规划时间周期内无功补偿设备候选接入节点及最大允许安装容量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述以最小化规划周期内无功设备投资成本和系统运行网损成本之和为优化目标的函数表达式为：

式中，α为单位电价；P_L为电网损耗；τ为规划时间周期；T表示无功补偿设备的经济使用寿命；C_i表示无功补偿设备的单位容量价格；ρ为贴现率；Q_i ^C表示节点i上无功补偿设备的额定容量；N_B表示电网节点集合；

电网损耗表达式为：

式中，N_B为电网节点集合；V_i表示节点i的电压幅值；G_ij和B_ij分别为节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部；θ_ij表示节点i与节点j之间的电压相角差；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述约束条件包括以下六类约束：

1)潮流方程等式约束：

式中，gl和bl分别为输电元件l的电导、电纳值；N_L,i为节点i上相连的输电支路集合；N_G,i、N_D,i和N_C,i分别表示节点i上的发电机集合、负荷集合和无功补偿设备集合；N_B为电网节点集合；

2)负荷电压特性约束：

式中，和分别为负荷d的额定有功功率、无功功率需求；和分别为电力负荷d的恒定阻抗负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定电流负荷有功功率、无功功率部分；和分别为电力负荷d的恒定功率负荷有功功率、无功功率部分；N_D为电网负荷集合；

3)无功补偿设备的电压特性约束：

式中，V_i ^N表示节点i的额定电压；表示节点i上无功补偿设备的实际无功补偿容量；

4)无功补偿设备配置容量约束：

式中，表示节点i上无功补偿设备的最大允许安装容量；

5)节点电压幅值范围约束：

式中，V_i ^max和V_i ^min分别为节点i电压幅值上下限；

6)输电支路热电流约束：

式中，表示输电元件l允许的最大热电流值；|Y_l|表示输电元件l的导纳模值；节点i和节点j分别为输电元件l的首末段节点；N_L为电网中输电支路集合。