CN112531731A - 一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法 - Google Patents

一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：获取交直流混联配电网的参数和换流器参数，计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果；根据得到的潮流计算结果计算各节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度，比较各节点的灵敏度，选择灵敏度最大的节点无功补偿接入点；获取无功补偿接入节点补偿前的功率因数和补偿后要求达到的功率因数，计算无功补偿接入节点的无功补偿容量；根据得到的无功补偿策略调节无功补偿设备进行优化；本发明提供一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，针对系统的电压薄弱点，实现无功功率的定向补偿，有效降低系统网损。

Description

一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其是涉及一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法。
背景技术
随着多种异构分布式电源、电动汽车以及柔性负荷等经过交直变换接入配电网，传统的交流配电网损耗大、成本较高和配电容量不足等问题日益凸显。而直流配电网在多种直流负荷接入、增加配电容量和提高配电效率等方面具有显著优势，可为目前交流配电网提供有效补充，满足现代配电系统日益增长的高效性、安全性和经济性需求。潮流计算对于交直流混联配电网的电压优化技术至关重要。
交直流混联配电网与传统的交流配电网不同，由于换流器、直流负荷和可再生能源等的加入，传统的无功电压优化技术已无法满足目前交直流混联配电网的可靠性需求，主要表现在传统无功优化设备的使用寿命、可靠性以及物理局限性，已无法针对交直流混联配电网实现快速连续的优化调整。
目前，对于交直流混联配电网的无功优化技术的研究仍然处于起步阶段。丁明等《交直流混合微电网运行控制策略研究》提出一种维持系统电压稳定和实现交直流网络功率平衡的控制方案；Chaudhary S K等《Enhancing the capacity of the ACdistribution system using DC interlinks-a step toward future DC grid》在直流网络接入储能，利用交流部分向直流部分过渡的网络模型，增强系统的调节能力；张璐等《基于VSC的交直流混合中压配电网功率-电压协调控制》分析不同VSC的结构特点和调节方式，提出基于功率与电压协调控制的交直流混联配电网运行策略；彭克等《多端互联交直流配电网的潮流分层控制策略及算法》提出交直流混联配电网的分层潮流控制,实现系统的二次电压恢复和交直流系统电压的有效控制。目前已有的交直流混联配电网无功优化技术很多以最优经济成本为目标，通过分布式电源和变压器调节、VSC控制、分层控制等进行优化，无法针对系统的电压薄弱点，实现无功功率的定向补偿。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，针对系统的电压薄弱点，实现无功功率的定向补偿，有效降低系统网损。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，包括以下步骤
获取交直流混联配电网的参数和换流器参数，计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果；
根据得到的潮流计算结果计算各节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度，
比较各节点的灵敏度，选择灵敏度最大的节点无功补偿接入点；
获取无功补偿接入节点补偿前的功率因数和补偿后要求达到的功率因数，计算无功补偿接入节点的无功补偿容量；
根据得到的无功补偿策略调节无功补偿设备进行优化。
进一步的，采用交替迭代法计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果。
本发明的有益效果是：
本发明针对交直流混联配电系统电压的薄弱点，根据灵敏度分析将系统中灵敏度最大的节点作为无功补偿接入点，再根据功率因数需要确定接入点的无功补偿容量，计算过程简单，耗时更短，能以最小的补偿容量最大程度地提升系统电压水平，提高交直流混联配电网的电压水平，有效降低系统网损，减少网络损耗，增大电网安全裕度，提高供电可靠性。
附图说明
图1为本发明的计算流程图；
图2为交直流混联配电网示意图；
图3为接入无功补偿设备前各节点电压分布图；
图4为接入无功补偿设备后各节点电压分布图；
图5为本文方法与和声算法无功补偿后节点电压分布图。
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。
一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取交直流混联配电网的参数和换流器参数，计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果
图2为某一地区交直流混合电力系统，该系统交流网络额定电压为12.66kV，直流网络额定电压为15kV，以节点11为参考节点，允许电压波动范围为±5％，交直流混联配电网线路参数如表1所示，交直流混联配电网换流器参数如表2所示：
表1交直流混联配电网线路参数
支路 首节点 末节点 电阻kΩ 电抗kΩ
1 1 2 0.0025 0.025
2 2 3 0.0025 0.01667
3 3 4 0.001 0.01
4 4 5 0.001 0.01667
5 5 6 0.0055 0.055
6 6 7 0.0055 0.055
7 7 8 0.001 0.01
8 1 9 0.0025 0.025
9 2 10 0.0025 0.01667
10 6 11 0.0025 0.01667
表2交直流混联配电网换流器参数
节点 类型 控制角 控制方式 换相电抗
3 整流 0.323933 V<sub>dc</sub>-Q 0.0145
5 逆变 0.38397 P-Q 0.0145
采用交替迭代法对该系统进行潮流计算，选取收敛精度为0.00001，算法经过三次迭代后收敛，(具体计算方式可参照：熊家敏.中压交直流混合电力系统潮流计算与紧急控制方法研究[D].湖南大学，2018.19-24页)，经计算，11节点潮流计算结果表3所示：
表3 11节点潮流计算结果
支路 首节点 末节点 P—>(kW) Q—>(kW) P<—(kW) Q<—(kW)
1 1 2 7 0.8454 -6.8737 0.3758
2 2 3 -7.0000 -1.8454 7.0000 2.7327
3 3 4 11.8701 0.7614 -11.7193 0.7306
4 4 5 -7.0000 -1.9881 7.0000 2.9290
5 5 6 3.0493 -0.7306 -2.9915 0.9451
6 6 7 4.8005 -0.0534 -4.6702 0.9801
7 7 8 -10.4998 3.2499 10.6233 -2.0317
8 1 9 -3.6233 0.7690 3.6596 -0.4471
9 2 10 -7.0000 -1.7373 7.0000 2.6531
10 6 11 -3.6596 -3.5529 3.6596 4.0169
S2、根据得到的潮流计算结果计算各节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度；
过程如下：
1)计算不接入分布式电源时，节点的节点电压
不计分布式电源时，节点2处的电压为
Figure BDA0002835001860000051
其中，R12、X12、I12分别为电阻、电抗和电流，Ploss和Qloss分别为有功和无功功率损耗，
Figure BDA0002835001860000052
为功率因数，RD和PD分别为直流网络电阻和功率。由此得任意节点m(m∈{1,2,....,11})的节点电压为Vm’
Figure BDA0002835001860000053
其中，G为节点1与节点m的关联拓扑。
2)计算接入分布式电源后，节点m的节点电压Vm”
Figure BDA0002835001860000054
在交直流混联配电网中，直流侧的功率由交流侧提供，且直流母线电压不随交流侧的变化而变化，在直流负荷不变的情况下，可认为直流侧为恒功率负荷，则节点m的电压幅值为Vm”’
Vm”’＝f(PDG1,PDG2,…,PDGn,QDG1,QDG2,…,QDGn)
改变分布式电源出力后，节点m的电压变化量为
Figure BDA0002835001860000055
由上式可得，增大分布式电源出力在一定程度上可以有效提升系统电压水平。因此，通过调节分布式电源的无功和有功出力可以实现针对节点m的电压控制。
3)计算节点m的电压改变量ΔVm’关于分布式电源出力改变量的关系为
Figure BDA0002835001860000061
其中，SP、SQ分别为节点m电压关于节点i功率注入的有功和无功功率灵敏度，计算得每个节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度，如表4所示：
表4每个节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度
节点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
灵敏度 97.43 170.61 192.04 / / 122.60 108.03 102.34 92.53 72.46 34.45
S3、比较各节点的灵敏度，选择灵敏度最大的节点无功补偿接入点
选择灵敏度最大的节点无功补偿接入点，灵敏度大则代表以该点作为无功补偿接入点，能以更小的无功注入最大程度地改善系统电压水平，参照表3，得到节点3的灵敏度最大，即节点3为系统节点电压的薄弱点，将该点做为无功补偿接入节点。
S4、获取无功补偿接入节点补偿前的功率因数和补偿后要求达到的功率因数，计算无功补偿接入节点的无功补偿容量。
获取节点3补偿前的功率因数为
Figure BDA0002835001860000063
和补偿后要求达到的功率因数为
Figure BDA0002835001860000064
则接入点的无功补偿容量Qa为：
Qa＝P|tanφ1-tanφ2|
其中，Qa为补偿容量，P为最大有功功率，计算结果见表5：
表5无功补偿接入点补偿容量情况
Figure BDA0002835001860000062
Figure BDA0002835001860000071
S5、根据得到的无功补偿策略接入无功补偿设备，进行系统电压优化。
接入无功补偿设备前各节点电压分布如图3所示，接入无功补偿设备后各节点电压分布如图4所示。
为了验证本发明方法的优越性，分别采用本发明方法与和声算法对图2所示的交直流混联配电网的网损进行计算，其中：
和声算法参数：和声记忆库HMS＝10，考虑概率HMCR＝0.85，扰动概率PAR＝0.3，计算得本文方法与和声算法无功补偿后节点电压分布如图5所示，本发明的计算时间和系统网损、采用和声算法的计算时间和系统网损如表5所示：
表5本文方法与和声算法计算时间及系统网损对比
计算时间 系统网损/kW
本文方法 0.18s 635.7
和声算法 1.69s 692.4
对比和声算法，本文方法具有明显的计算速度优势，且能够更大程度地降低系统网损，验证了本文方法的优越性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取交直流混联配电网的参数和换流器参数，计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果；
根据得到的潮流计算结果计算各节点电压变化量关于无功注入改变量的灵敏度；
比较各点的灵敏度，选择灵敏度最大的节点作为无功补偿接入点；
获取无功补偿接入节点补偿前的功率因数和补偿后要求达到的功率因数，计算无功补偿接入节点的无功补偿容量；
根据得到的无功补偿策略调节无功补偿设备进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法，其特征在于，采用交替迭代法计算交直流混联配电网潮流，获取系统潮流计算结果。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210319

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