CN110474342B - 一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法。该方法包括步骤1：根据采集的原始电压暂降数据，构建电压暂降源；步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器；步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点；步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果。本发明公开了的配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，针对配电网中突出存在的电压暂降的电能质量问题，以灵活配置DFACTS装置，提高配电网电压质量为目标，提出一种科学合理的评估模型。

Description

一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法
技术领域
本发明涉及配电网电压暂降扰动治理研究技术领域，特别是涉及一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法。
背景技术
随着现代产业中电压敏感性负荷的增多，电压暂降已成为当前电力系统中最重要的电能质量问题之一。在配电网中配置串联动态电压恢复器(DVR)与并联配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)是目前抑制电压暂降最有效的措施。但是应建立怎样的评估模型，如何根据实际应用场景选取合适的治理方案，如何对治理方案治理效果进行正确评估，尚没有明确的定义。
发明内容
本发明公开了一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，针对配电网中突出存在的电压暂降的电能质量问题，以灵活配置DFACTS装置，提高配电网电压质量为目标，提出一种科学合理的评估模型。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，包含以下步骤：
步骤1：根据采集的原始电压暂降数据信号，仿真构建电压暂降源；
步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器；
步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点；
步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果。
可选的，所述步骤1：根据采集的原始电压暂降数据信号，仿真构建电压暂降源，具体包括：
采集配电网出线母线上的电压数据，绘制实测电压方均根值变化曲线，当电压方均根值下降到额定值的90％～1％时，判定配电网的母线出现电压暂降，根据母线所连接电气设备的电气特征，仿真构建电压暂降源。
可选的，所述步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器，具体包括：
当配电网中出现电机启动情况时，判定电压暂降源为负荷侧，配置串联动态电压恢复器进行功率补偿，根据公式
Figure GDA0003127095350000021
计算串联动态电压恢复器的补偿功率；
当配电网上级电路出现短路故障时，判定电压暂降源为系统侧，配置并联配电网静止同步补偿器进行功率补偿，根据公式
Figure GDA0003127095350000022
计算并联配电网静止同步补偿器的补偿功率；
式中，SL为敏感负荷容量，UL为负载电压，UDVR为串联动态电压恢复器注入电压，ΔV为并联补偿装置接入前后的电压幅值之差，Uth为电网电压，sSh为并联补偿装置向并网点注入的视在功率，sth为系统短路容量，ΔU*为负荷侧配置串联动态电压恢复器时，电压暂降幅值标幺值，以负载电压为基值，ΔU*∈[0,1]；ΔV*为电源侧配置串联动态电压恢复器时，电压暂降幅值标幺值，以电网电压为基值，ΔV*∈[0,1]。
可选的，所述步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点，具体包括：
根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入配电网仿真模型的各节点，假设q点为最优配置节点，配电网暂降幅值为ΔV，配电网暂降后且未接入补偿装置时的电压幅值为U'm，得到
Figure GDA0003127095350000031
将公式(3)整理得到最优配置指数的公式如下
Figure GDA0003127095350000032
式中，Xk、Uk取值均为有名值，
Figure GDA0003127095350000033
为最优配置指数，Xk为k-1个用户和第k个用户之间线路电抗，Uk为线路上第k户所在位置电压，Um为线路上第m个用户处的初始电压，Pn为用户消耗的有功功率，Qn为用户消耗的无功功率，Qq为补偿装置向电网注入的无功功率。
可选的，所述步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果，具体包括：
根据公式
Figure GDA0003127095350000034
计算补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离；
比较补偿装置接入前后配电网各节点电压欧式距离的大小关系，从而得到电压欧式距离的最小值对应的配电网节点为最优配置节点；
式中，Ui(i＝0,1,...,17)为线路暂降前各节点电压幅值，U′i(i＝0,1,...,17)为线路暂降且补偿后各节点电压幅值。
该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供的一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，包括采集原始电压暂降数据信号；根据电压暂降源类型选取优化治理方案；根据配电网实际拓扑确定最优配置点，评估补偿装置接入最优配置点的扰动治理效果。与传统的评估模型相比，本发明提出的模型考虑配电网实际拓扑结构以及现场实测数据，仿真构建电压暂降扰动源。本发明分析了DVR治理和DSTATCOM治理两套治理方案的影响因素，可根据不同场合要求，选取合理的优化治理方案。与以往的评估模型相比，本发明提出的模型通过计算最优配置指数，选取补偿装置最优配置点。通过对比配电网最优配置点接入补偿装置前后电压欧氏距离，评估补偿装置接入最优配置点的治理效果。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例配电网电压暂降扰动治理效果评估模型的总流程图；
图2为本发明实施例DVR并网电路图；
图3为本发明实施例DSTATCOM并网等效电路图；
图4为本发明实施例典型配电网接入补偿装置拓扑示意图；
图5为本发明实施例DSTATCOM接入最优配置点欧式距离对比图。
具体实施方式
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。
本发明公开了一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，针对配电网中突出存在的电压暂降的电能质量问题，以灵活配置DFACTS装置，提高配电网电压质量为目标，提出一种科学合理的评估模型。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例配电网电压暂降扰动治理效果评估模型的总流程图，如图1所示，一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，包含以下步骤：
步骤1：根据采集的原始电压暂降数据信号，仿真构建电压暂降源；
考虑配电网实际拓扑结构以及现场实测数据，仿真构建电压暂降扰动源。采集配电网出线母线上的电压数据，绘制实测电压方均根值变化曲线，当电压方均根值下降到额定值的90％～1％时，判定配电网的母线出现电压暂降，根据母线所连接电气设备的电气特征，仿真构建电压暂降源。
步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器；
根据电压暂降源类型选取合理的优化治理方案
优化治理方案主要有两种：配置串联动态电压恢复器(DVR)治理与并联配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)治理。当负载母线侧的电压暂降幅值一定时，DVR补偿所需的视在功率只与负载容量相关，与系统短路容量无关。当DSTATCOM并网点的电压暂降幅值一定时，补偿所需的无功功率只与系统短路容量相关，与负载容量无关。
因此当电压暂降源为负荷侧时，应采取DVR补偿；当电压暂降源为系统侧时，应采取DSTATCOM补偿装置。需要说明的是：配电网任一节点的系统短路容量必然大于或等于负载容量，因此在使用DVR补偿装置与DSTATCOM补偿装置去补偿电压暂降时，DSTATCOM补偿装置所需要的装置容量往往要大于DVR补偿装置的容量，在实际使用过程还应考虑装置单位容量的价格、安装与维护费用等经济性因素的影响。
步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点；
本发明得出补偿装置最优配置点的选择与配电网线路中的电抗参数和电压暂降幅值直接相关的结论，通过计算最优配置指数，选取补偿装置最优配置点。
步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果。
评估补偿装置接入最优配置点的扰动治理效果，通过计算最优配置点接入补偿装置前后电压欧氏距离，评估补偿装置接入最优配置点的治理效果。由算例仿真分析可知，最优配置点对应欧氏距离最小值，治理效果最优。
图2为本发明实施例DVR并网电路图，如图2所示，采用串联动态电压恢复器(DVR)治理，典型的DVR装置主电路包括VSC、储能装置、串联变压器以及滤波器四部分。在系统电压出现偏差时，DVR和系统之间进行能量交换。小幅值电压暂降发生后，仅需注入无功功率，当发生较大幅值暂降时，储能装置为DVR提供补偿电压暂降此时所必须的有功功率。
当并联型补偿装置(DVR)未接入，且电网发生电压暂降时，由基尔霍夫KVL定律可得到如下公式
U'L＝Uth-I'L(Rth+jXth) (1)
式中，U'L为暂降后且未接入DVR时敏感负荷侧的电压。
串联接入DVR补偿装置后的负荷电压幅值U'L为
UL＝Uth+UDVR-IL(Rth+jXth) (2)
式中，UL为接入DVR后敏感负荷侧的电压。UDVR为DVR串联注入电压，IL为接入DVR后敏感负荷侧的电压，Rth为系统等效电阻，Xth为系统等效电抗，I'L为暂降后且未接入DVR时敏感负荷侧的电压。
接入DVR补偿装置后，若UL与暂降前电压幅值相等，则有
ΔV＝UL-U'L＝UDVR+(Rth+jXth)(IL-I'L) (3)
由式(3)可知，接入DVR补偿装置前后并网点电压的差值由两部分构成，其中一部分为DVR补偿装置串联注入电压UDVR，其幅值与DVR补偿装置采用同相位补偿策略时的补偿电压一致。DVR补偿装置接入前后，线路两端电压降的差值较小，在近似估算时，可以忽略系统阻抗分压(Rth+jXth)(IL-I'L)，即ΔV≈UDVR。
由DVR的工作原理可知
Figure GDA0003127095350000061
综上可得
Figure GDA0003127095350000071
式中SL为敏感负荷容量，ΔV*为电压暂降幅值标幺值，基值为UL，ΔU*∈[0,1]。
由式(5)可知，当负载容量确定时，补偿所需的视在功率只与暂降幅值线性相关；当负载母线侧的电压暂降幅值一定时，补偿所需的视在功率只与负载容量相关，与系统短路容量无关。
图3为本发明实施例DSTATCOM并网等效电路图，如图3所示，采用并联配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)治理。典型的DSTATCOM补偿装置主电路包括电压型逆变器(VSC)、稳压电容、并联变压器以及滤波器四部分。DSTATCOM补偿装置的基本原理是将三相桥式变流电路并联安装在并网点，在系统电压出现偏差时，适当地调节交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接调节其交流侧电流，使该电路发出或者吸收满足要求的无功电流，从而达到动态补偿无功的目的。
当并联型补偿装置(DSTATCOM)未接入，且配电网发生电压暂降时，敏感负荷的电压幅值UL为
Figure GDA0003127095350000072
接入补偿装置后的负荷电压幅值U'L为
Figure GDA0003127095350000073
取补偿装置接入前后的电压幅值之差ΔV可得
Figure GDA0003127095350000074
结合系统短路容量公式与式(8)可得
Figure GDA0003127095350000081
式中ΔV*为电压暂降幅值标幺值，基值为Uth，ΔV*∈[0,1]。
由式(9)可知，在补偿配电网电压暂降时，当DSTATCOM补偿装置并网点的系统短路容量确定时，补偿所需的无功功率只与暂降幅值线性相关；当DSTATCOM补偿装置并网点的电压暂降幅值一定时，补偿所需的无功功率只与系统短路容量相关，与负载容量无关。
因此当电压暂降源为负荷侧时，应采取DVR补偿；当电压暂降源为系统侧时，应采取DSTATCOM补偿。
所述步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点，具体包括：
下述对补偿装置最优配置点如何选取进行理论分析说明。以最小化电压暂降对线路各节点电压的影响作为目标，以采取在最优配置点处电压水平将被抬升到暂降前水平，根据电力系统潮流分布，最优配置点之后各节点电压也将提升至暂降前水平。设定q点为最优配置节点，配电网暂降幅值为ΔV，配电网暂降后且未接入补偿装置时的电压幅值为U'm，得到
Figure GDA0003127095350000082
将公式(10)整理得到最优配置指数的公式如下
Figure GDA0003127095350000083
式中，U'm在计算方式上与Um相同，Xk、Uk取值均为有名值，
Figure GDA0003127095350000084
为最优配置指数，Xk为k-1个用户和第k个用户之间线路电抗，Uk为线路上第k户所在位置电压，Um为线路上第m个用户处的初始电压，Pn为用户消耗的有功功率，Qn为用户消耗的无功功率，Qq为补偿装置向电网注入的无功功率。
将式(11)左侧定义为最优配置指数OAI，即
Figure GDA0003127095350000091
Figure GDA0003127095350000092
最优配置指数OAI的大小决定式(11)右侧q的取值，也就决定了补偿装置的接入位置。
为了进一步说明最优配置点如何选取，本发明搭建了电压等级为12.66kV，基准容量为10MVA的辐射形配电网作为算例分析，如图4所示，线路中共有18个节点，相邻节点之间的线路参数统一取值，各个节点上所接的负荷参数与IEEE33节点配电网主馈线各节点负荷参数相一致。
由于该仿真模型电压暂降源为电源侧，应选取并联配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)治理，DSTATCOM补偿装置将从首端依次接入不同节点。当配电网发生电压暂降时，DSTATCOM补偿装置可发出或吸收的最大无功功率为3MVar。受节点电压的影响，当暂降幅值不同时DSTATCOM补偿装置注入线路中的无功功率略有不同。仿真时设定一种算例，算例基本参数如表1所示。
表1算例基本参数
Figure GDA0003127095350000093
算例中q取值不同时，式(11)右侧取值如表2所示。
表2式(11)右侧取值
Figure GDA0003127095350000094
Figure GDA0003127095350000101
由于式(11)右侧数值不为连续变化值，所以极少情况下式(11)左右两侧等式成立，反映在现实中的是最优配置点更多情况位于两个节点之间的线路上，对于算例一，OAI值为0.4869，位于区间[0.4515,0.5178]中部，接入7或8节点的电压支撑效果相似，为使得最优配置点后节点电压恢复暂降前水平，工程上一般只在节点上接入补偿装置，此时规定这种情况下选取节点7作为最优配置点。
图5为本发明实施例DSTATCOM接入最优配置点欧式距离对比图，如图5所示，为了评判哪个节点接入补偿装置后，对电压的整体补偿效果最接近暂降前的电压水平，采用电压欧氏距离来进行评定，电压欧式距离最小值点扰动治理效果最优。计算公式如式(13)所示：
Figure GDA0003127095350000102
式中，Ui(i＝0,1,...,17)为线路暂降前各节点电压幅值，U′i(i＝0,1,...,17)为线路暂降且补偿后各节点电压幅值。
在上述算例中，补偿装置接入最优配置点后，各节点电压欧氏距离如表3所示。
表3各算例数据
Figure GDA0003127095350000103
Figure GDA0003127095350000111
从表3可以看出，最优配置点节点7所对应的电压欧式距离最小，这说明在该节点配置的补偿装置取得了最优的补偿治理效果。
本发明提供的一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，包括采集原始电压暂降数据信号；根据电压暂降源类型选取优化治理方案；根据配电网实际拓扑确定最优配置点，评估补偿装置接入最优配置点的扰动治理效果。与传统的评估模型相比，本发明提出的模型考虑配电网实际拓扑结构以及现场实测数据，仿真构建电压暂降扰动源。本发明分析了DVR治理和DSTATCOM治理两套治理方案的影响因素，可根据不同场合要求，选取合理的优化治理方案。与以往的评估模型相比，本发明提出的模型通过计算最优配置指数，选取补偿装置最优配置点。通过对比配电网最优配置点接入补偿装置前后电压欧氏距离，评估补偿装置接入最优配置点的治理效果。本发明公开了一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，针对配电网中突出存在的电压暂降的电能质量问题，以灵活配置DFACTS装置，提高配电网电压质量为目标，提出一种科学合理的评估模型。本发明还总结分析了两种主流治理方案的主要影响因素，确定补偿装置在配电网中的最优配置点，将补偿前后配电网各节点电压之间的欧氏距离作为补偿效果评定标准，为评估配电网电压暂降扰动治理效果提供了一个全新的模型和解决思路。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：根据采集的原始电压暂降数据信号，仿真构建电压暂降源；
步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器；
步骤3：根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入仿真模型各节点，计算最优配置指数从而确定最优配置节点；具体包括：
根据实际配电网拓扑搭建配电网仿真模型，将选定的补偿装置依次接入配电网仿真模型的各节点，假设q点为最优配置节点，配电网暂降幅值为ΔV，配电网暂降后且未接入补偿装置时的电压幅值为U'm，得到
Figure FDA0003274489450000011
式中：N为线路上的用户总数；n＝(1,2,…,N)；Rk为线路电阻；
将公式(3)整理得到最优配置指数的公式如下
Figure FDA0003274489450000012
式中，Xk、Uk取值均为有名值，
Figure FDA0003274489450000013
为最优配置指数，Xk为k-1个用户和第k个用户之间线路电抗，Uk为线路上第k户所在位置电压，Um为线路上第m个用户处的初始电压，Pn为用户消耗的有功功率，Qn为用户消耗的无功功率，Qq为补偿装置向电网注入的无功功率；
步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果。
2.根据权利要求1所述的配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，其特征在于，所述步骤1：根据采集的原始电压暂降数据信号，仿真构建电压暂降源，具体包括：
采集配电网出线母线上的电压数据，绘制实测电压方均根值变化曲线，当电压方均根值下降到额定值的90％～1％时，判定配电网的母线出现电压暂降，根据母线所连接电气设备的电气特征，仿真构建电压暂降源。
3.根据权利要求1所述的配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，其特征在于，所述步骤2：根据电压暂降源的类型，确定补偿装置的类型以及计算补偿装置的补偿功率，其中，补偿装置包括串联动态电压恢复器和并联配电网静止同步补偿器，具体包括：
当配电网中出现电机启动情况时，判定电压暂降源为负荷侧，配置串联动态电压恢复器进行功率补偿，根据公式
Figure FDA0003274489450000021
计算串联动态电压恢复器的补偿功率；
当配电网上级电路出现短路故障时，判定电压暂降源为系统侧，配置并联配电网静止同步补偿器进行功率补偿，根据公式
Figure FDA0003274489450000022
计算并联配电网静止同步补偿器的补偿功率；
式中，SL为敏感负荷容量，UL为负载电压，UDVR为串联动态电压恢复器注入电压，ΔV为并联补偿装置接入前后的电压幅值之差，Uth为电网电压，sSh为并联补偿装置向并网点注入的视在功率，sth为系统短路容量，ΔU*为负荷侧配置串联动态电压恢复器时，电压暂降幅值标幺值，以负载电压为基值，ΔU*∈[0,1]；ΔV*为电源侧配置串联动态电压恢复器时，电压暂降幅值标幺值，以电网电压为基值，ΔV*∈[0,1]。
4.根据权利要求1所述的配电网电压暂降扰动治理效果评估模型构建的方法，其特征在于，所述步骤4：根据补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离来直观评估补偿装置抑制电压暂降的效果，具体包括：
根据公式
Figure FDA0003274489450000031
计算补偿装置接入前后配电网各节点的电压欧式距离；
比较补偿装置接入前后配电网各节点电压欧式距离的大小关系，从而得到电压欧式距离的最小值对应的配电网节点为最优配置节点；
式中，Ui(i＝0,1,...,17)为线路暂降前各节点电压幅值，Ui'(i＝0,1,...,17)为线路暂降且补偿后各节点电压幅值。
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