CN112583025A - 一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法、装置及介质 - Google Patents

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CN112583025A CN202011480174.4A CN202011480174A CN112583025A CN 112583025 A CN112583025 A CN 112583025A CN 202011480174 A CN202011480174 A CN 202011480174A CN 112583025 A CN112583025 A CN 112583025A
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Abstract

本发明涉及配电系统设备配置技术领域，具体提供了一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法，旨在解决如何优化配电系统中无功补偿设备的配置的技术问题。根据本发明实施例的方法，可以计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；判断是否满足迭代停止的条件；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则继续进行迭代。通过上述步骤，对配电系统中无功补偿设备的配置进行优化。

Description

一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及配电系统设备配置技术领域，具体涉及一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法、装置及介质。
背景技术
随着可再生能源的发展，光伏发电(Photovoltaic，PV)的使用越来越广泛，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，光伏发电设备主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，太阳能电池板经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电设备，为了节省能源以及提高供电量，目前配电网中通过大量接入光伏发电设备进行供电。
然而，大量光伏发电设备的接入造成了配电网严重的电压越限问题，为保证电压质量和系统对光伏发电的充分消纳，可以通过配置无功补偿设备等手段解决电压问题，但是，无功补偿设备的配置成本较高，若配电网中配置较多的无功补偿设备会增大配电网的配置费用，并且配置无功补偿设备后配电网的功率损耗会增大。
相应地，本领域需要一种新的配电系统无功补偿设备的优化配置方案来解决上述问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何优化配电系统中无功补偿设备的配置的技术问题的配电系统无功补偿设备的优化配置方法、装置及介质。
第一方面，提供一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法，所述方法包括：
步骤S1：获取所述配电系统的功率损耗初始值以及在所述配电系统的每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率初始值，将所述功率损耗初始值与所述无功功率初始值分别作为待处理功率损耗和待处理无功功率；
步骤S2：采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个所述节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；
步骤S3：采用预设的内层优化配置模型并且根据所述无功补偿容量预测值，计算所述配电系统的功率损耗预测值以及每个所述节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；
步骤S4：判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个所述节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则转至步骤S5；
步骤S5：将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，随后转至步骤S2，以执行下一次迭代计算。
在上述优化配置方法的一个技术方案中，所述无功补偿设备包括并联补偿电容器组，“计算对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值”的步骤具体包括：
根据下式所示的所述预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值：
minC＝Ce+Cm+Cl+Ca
其中，所述C表示费用需求预测值，所述Ce表示所述配电系统内所有无功补偿设备的投资成本，所述Cm表示所述配电系统内所有无功补偿设备的维护成本，所述Cl表示所述配电系统内所有无功补偿设备产生的网损费用，所述Ca表示所述配电系统内所有并联补偿电容器组的动作费用。
在上述优化配置方法的一个技术方案中，所述无功补偿设备还包括静止同步补偿器；所述费用优化目标函数的约束条件如下式所示：
Figure BDA0002837283050000031
其中，所述nc,i表示第i个节点处安装的并联补偿电容器组的数量，所述nst,i表示第i个节点处安装的静止同步补偿器的数量；所述
Figure BDA0002837283050000032
表示第i个节点处允许安装的并联补偿电容器组的最大数量，所述
Figure BDA0002837283050000033
表示第i个节点处允许安装的静止同步补偿器的最大数量；
并且/或者，
所述投资成本Ce的计算公式如下式所示：
Figure BDA0002837283050000034
其中，所述Nbus表示所述配电系统内节点的数量；所述i表示所述配电系统内节点的序号，i＝1,2,...,Nbus；所述rc表示所述并联补偿电容器组的贴现率，所述rst表示所述静止同步补偿器的贴现率；所述lc表示所述并联补偿电容器组的使用年限，所述lst表示所述静止同步补偿器的使用年限；所述cc表示所述并联补偿电容器组的单位容量的投资成本，所述cst表示所述静止同步补偿器的单位容量的投资成本；所述Qc,i表示第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功补偿容量之和，所述Qst,i表示第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功补偿容量之和，Qc,i＝Qc,0·nc,i，Qst,i＝Qst,0·nst,i，所述Qc,0表示所述并联补偿电容器组的单位容量，所述Qst,0表示所述静止同步补偿器的单位容量；
并且/或者，
所述维护成本Cm的计算公式如下式所示：
Figure BDA0002837283050000035
其中，所述mc表示每个所述并联补偿电容器组的维护成本系数，所述mst表示每个所述静止同步补偿器的运行维护成本系数；
并且/或者，
所述网损费用Cl的计算公式如下式所示：
Figure BDA0002837283050000041
其中，所述dat表示天数，所述closs表示电价，所述W表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段的所述配电系统的功率损耗预测值；
并且/或者，
所述动作费用Ca的计算公式如下式所示：
Figure BDA0002837283050000042
其中，所述Cqc表示每个所述并联补偿电容器组的单次动作成本；Qc,i(t)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；Qc,i(t+1)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t+1个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；
Figure BDA0002837283050000043
在上述优化配置方法的一个技术方案中，“计算每个所述节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值”的步骤具体包括：
在根据所述预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算出费用需求预测值后，获取计算所述费用优化目标函数中的投资成本Ce时使用的无功补偿容量Qc,i和Qst,i，并且将所述无功补偿容量Qc,i和Qst,i作为所述无功补偿容量预测值。
在上述优化配置方法的一个技术方案中，“计算所述配电系统的功率损耗预测值”的步骤具体包括：
根据下式所示的所述内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算所述配电系统的功率损耗预测值：
Figure BDA0002837283050000044
其中，“minf”表示功率损耗预测值；所述Nbus表示所述配电系统内节点的数量；所述Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压标幺值，所述Uj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压标幺值；所述Gij表示第i个节点和第j个节点之间的电导；所述θi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压相角，所述θj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压相角。
在上述优化配置方法的一个技术方案中，所述无功补偿设备包括并联补偿电容器组和静止同步补偿器；所述功率损耗优化目标函数的约束条件包括所述配电系统的电力潮流约束条件、和/或并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件、和/或静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件、和/或电压约束条件、和/或光伏发电设备的无功功率约束条件、和/或光伏发电设备的有功功率约束条件、和/或光伏发电设备的收益约束条件；
所述电力潮流约束条件如下式所示：
Figure BDA0002837283050000051
其中，所述Pi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的有功功率，Pi(t)＝PPV,i(t)-PL,i(t)；所述Qi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的无功功率，Qi(t)＝QPV,i(t)-Qc,i(t)+Qst,i(t)-QL,i(t)；所述PPV,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备的有功功率，所述QPV,i(t)表示t时刻第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备的无功功率；所述PL,i(t)表示t时刻第i个节点处的负荷的有功功率，所述QL,i(t)分别表示在一天内第t个时段第i个节点处的负荷的无功功率；所述N(i)表示与第i个节点相邻的节点的集合；所述Bij表示第i个节点和第j个节点之间的电纳；
所述并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件如下式所示：
0≤Qc,i(t)≤Qc,i
其中，所述Qc,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组输出的无功功率之和；所述Qc,i表示第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功补偿容量之和；
所述静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件如下式所示：
-Qst,i≤Qst,i(t)≤Qst,i
其中，所述Qst,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功功率之和；所述Qst,i表示第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功补偿容量之和；
所述电压约束条件如下式所示：
Umin≤Ui(t)≤Umax
其中，所述Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压；所述Umin表示第i个节点处的电压最小值，所述Umax表示第i个节点处的电压最大值；
所述光伏发电设备的无功功率约束条件如下式所示：
-SPV,i≤QPV,i(t)≤SPV,i
其中，所述SPV,i表示第i个节点处处安装的所有所述光伏发电设备的额定容量；
所述光伏发电设备的有功功率约束条件如下式所示：
Figure BDA0002837283050000061
其中，所述
Figure BDA0002837283050000062
表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备运行在最大功率点跟踪模式时的有功功率；
所述光伏发电设备的收益约束条件如下式所示：
Figure BDA0002837283050000063
其中，所述P1表示所述光伏发电设备的有功功率的单位容量的上网价格，所述P2表示所述光伏发电设备的无功功率的单位容量的上网价格。
在上述优化配置方法的一个技术方案中，“计算每个所述节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值”的步骤具体包括：
在根据所述内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算出所述配电系统的功率损耗预测值后，获取求解所述功率损耗优化目标函数时满足所述并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件的所述并联补偿电容器组输出的无功功率Qc,i(t)，并且将所述无功功率Qc,i(t)作为所述无功功率预测值。
第二方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法。
第三方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，通过采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；采用预设的内层优化配置模型并且根据无功补偿容量预测值，计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，重新输入到预设的外层优化配置模型中以执行下一次迭代计算。通过这样的设置，可以计算得出对配电系统进行无功补偿设备配置的最小费用需求以及配电系统的最小功率损耗时的无功补偿容量，根据该无功补偿容量分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行配置，即可得到配电系统无功补偿设备的最优配置，在保证配电系统正常运行的前提下，减少对配电系统进行无功补偿设备配置的配置成本，同时降低配电系统的功率损耗，从而对配电系统中无功补偿设备的配置进行优化。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的配电系统无功补偿设备的优化配置方法的主要步骤流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
这里先解释本发明涉及到的一些术语。
无功补偿(Reactive power compensation)指的是，无功功率补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。
并联补偿电容器组(Shunt compensation capacitor bank，SCB)指的是，并联接入交流电路中的若干电容器的组合，是一种产生容性超前电流、抵消感性负载的滞后电流，提高功率因数的装置电器。
静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)指的是，一种并联型无功补偿装置，能够发出或吸收无功功率，并且其输出可以变化以控制电力系统中的特定参数，是一种固态开关变流器。
目前配电网中通过大量接入光伏发电设备进行供电，以节省能源以及提高供电量，然而，大量光伏发电设备的接入造成了配电网严重的电压越限问题，为保证电压质量和系统对光伏发电的充分消纳，可以通过配置无功补偿设备等手段解决电压问题，但是，无功补偿设备的配置成本较高，若配电网中配置较多的无功补偿设备会增大配电网的配置费用，并且配置无功补偿设备后配电网的功率损耗会增大。
在本发明实施例中，可以采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；采用预设的内层优化配置模型并且根据无功补偿容量预测值，计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，重新输入到预设的外层优化配置模型中以执行下一次迭代计算。通过这样的设置，可以计算得出对配电系统进行无功补偿设备配置的最小费用需求以及配电系统的最小功率损耗时的无功补偿容量，根据该无功补偿容量分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行配置，即可得到配电系统无功补偿设备的最优配置，完全克服了对配电系统进行无功补偿设备配置的费用较高，并且配置无功补偿设备后配电网的功率损耗增大的缺陷，在保证配电系统正常运行的前提下，减少对配电系统进行无功补偿设备配置的配置成本，同时降低配电系统的功率损耗，从而对配电系统中无功补偿设备的配置进行优化。
在本发明的一个应用场景中，某电网公司想要对某一配电系统的无功补偿设备的配置进行优化，首先，将配电系统的当前功率损耗和每个节点处安装的无功补偿设备输出的当前无功功率输入到训练好的外层优化配置模型中，计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；然后，将计算得到的无功补偿容量预测值输入到训练好的内层优化配置模型中，计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；最后，判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个所述节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值输入到训练好的外层优化配置模型中继续进行迭代计算。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的配电系统无功补偿设备的优化配置方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的配电系统无功补偿设备的优化配置方法主要包括以下步骤：
步骤S1：获取配电系统的功率损耗初始值以及在配电系统的每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率初始值，将功率损耗初始值与无功功率初始值分别作为待处理功率损耗和待处理无功功率。
步骤S2：采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值。
在本实施例中，无功补偿容量指的是，每个节点处安装的无功补偿设备所能容纳的最大无功功率。
一个实施方式中，无功补偿设备包括并联补偿电容器组，“计算对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值”的步骤具体包括：
根据公式(1)所示的预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值：
minC＝Ce+Cm+Cl+Ca (1)
其中，C表示费用需求预测值，Ce表示配电系统内所有无功补偿设备的投资成本，Cm表示配电系统内所有无功补偿设备的维护成本，Cl表示配电系统内所有无功补偿设备产生的网损费用，Ca表示配电系统内所有并联补偿电容器组的动作费用。
在本实施方式中，无功补偿设备的投资成本指的是，购买无功补偿设备所需的费用；无功补偿设备的维护成本指的是，无功补偿设备运行出现问题时的停工检修、更换部件等所需的费用；无功补偿设备产生的网损费用指的是安装无功补偿设备后造成的配电系统的功率损耗所损失的费用；并联补偿电容器组的动作费用指的是，并联补偿电容器组改变开/关状态即进行动作所需的费用，由于静止同步补偿器是一种固态开关变流器，因此并不会进行动作。当费用需求预测值最小时，对配电系统进行无功补偿设备配置的成本最低。
一个实施方式中，无功补偿设备还包括静止同步补偿器；费用优化目标函数的约束条件如公式(2)所示：
Figure BDA0002837283050000111
其中，nc,i表示第i个节点处安装的并联补偿电容器组的数量，nst,i表示第i个节点处安装的静止同步补偿器的数量；
Figure BDA0002837283050000112
表示第i个节点处允许安装的并联补偿电容器组的最大数量，
Figure BDA0002837283050000113
表示第i个节点处允许安装的静止同步补偿器的最大数量。
一个实施方式中，投资成本Ce的计算公式如公式(3)所示：
Figure BDA0002837283050000114
其中，Nbus表示配电系统内节点的数量；i表示配电系统内节点的序号，i＝1,2,...,Nbus；rc表示并联补偿电容器组的贴现率，rst表示静止同步补偿器的贴现率；lc表示并联补偿电容器组的使用年限，lst表示静止同步补偿器的使用年限；cc表示并联补偿电容器组的单位容量的投资成本，cst表示静止同步补偿器的单位容量的投资成本；Qc,i表示第i个节点处安装的所有并联补偿电容器组的无功补偿容量之和，Qst,i表示第i个节点处安装的所有静止同步补偿器的无功补偿容量之和，Qc,i＝Qc,0·nc,i，Qst,i＝Qst,0·nst,i，Qc,0表示并联补偿电容器组的单位容量，Qst,0表示静止同步补偿器的单位容量。
在本实施方式中，贴现率是指，将未来支付改变为现值所使用的利率，即无功补偿设备的投资成本并不仅是无功补偿设备的购买成本，还要加上将该购买成本存入银行存储相应使用年限时所产生的利息。并联补偿电容器组或静止同步补偿器的单位容量指的是，并联补偿电容器组或静止同步补偿器的单位功率，通常的，单位容量是指1千瓦。
一个实施方式中，维护成本Cm的计算公式如公式(4)所示：
Figure BDA0002837283050000115
其中，mc表示每个并联补偿电容器组的维护成本系数，mst表示每个静止同步补偿器的运行维护成本系数。
一个实施方式中，网损费用Cl的计算公式如公式(5)所示：
Figure BDA0002837283050000121
其中，dat表示天数，closs表示电价，W(t)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段的配电系统的功率损耗预测值，t＝1,2，...，24，当计算年网损费用时，dat＝365。
一个实施方式中，动作费用Ca的计算公式如公式(6)所示：
Figure BDA0002837283050000122
其中，Cqc表示每个并联补偿电容器组的单次动作成本；Qc,i(t)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；Qc,i(t+1)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t+1个时段第i个节点处安装的所有并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；
Figure BDA0002837283050000123
在本实施方式中，每个并联补偿电容器组的单次动作成本指的是，每个并联补偿电容器组进行一次开/关状态的改变所产生的费用。
一个实施方式中，“计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值”的步骤具体包括：在根据预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算出费用需求预测值后，获取计算费用优化目标函数中的投资成本Ce时使用的无功补偿容量Qc,i和Qst,i，并且将无功补偿容量Qc,i和Qst,i作为无功补偿容量预测值。
在本实施方式中，计算费用需求最小时的配电系统中每个节点的无功补偿容量作为无功补偿容量预测值。
步骤S3：采用预设的内层优化配置模型并且根据无功补偿容量预测值，计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值。
一个实施方式中，“计算配电系统的功率损耗预测值”的步骤具体包括：
根据公式(7)所示的内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算配电系统的功率损耗预测值：
Figure BDA0002837283050000131
其中，“minf”表示功率损耗预测值；i表示配电系统内节点的序号，i＝1,2,...,Nbus；j表示配电系统内节点的序号，j＝1,2,...,Nbus；Nbus表示配电系统内节点的数量；Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压标幺值，Uj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压标幺值；Gij表示第i个节点和第j个节点之间的电导；θi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压相角，θj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压相角。
一个实施方式中，无功补偿设备包括并联补偿电容器组和静止同步补偿器；功率损耗优化目标函数的约束条件包括配电系统的电力潮流约束条件、和/或并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件、和/或静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件、和/或电压约束条件、和/或光伏发电设备的无功功率约束条件、和/或光伏发电设备的有功功率约束条件、和/或光伏发电设备的收益约束条件。
在本实施方式中，计算满足上述约束条件时的最小功率损耗预测值，以使安装无功补偿设备后配电系统的功率损耗最小。
电力潮流约束条件如公式(8)所示：
Figure BDA0002837283050000132
其中，Pi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的有功功率，Pi(t)＝PPV,i(t)-PL,i(t)；Qi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的无功功率，Qi(t)＝QPV,i(t)-Qc,i(t)+Qst,i(t)-QL,i(t)；PPV,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有光伏发电设备的有功功率，QPV,i(t)表示t时刻第i个节点处安装的所有光伏发电设备的无功功率；PL,i(t)表示t时刻第i个节点处的负荷的有功功率，QL,i(t)分别表示在一天内第t个时段第i个节点处的负荷的无功功率；N(i)表示与第i个节点相邻的节点的集合；Bij表示第i个节点和第j个节点之间的电纳。
在本实施方式中，第i个节点处注入的有功功率或注入的无功功率指的是，流入第i个节点的有功功率或无功功率；第i个节点处的负荷指的是负载，即第i个节点处的用电设备。电力潮流指的是，电力系统中电压(各节点)、功率(有功、无功)(各支路)的稳态分布。第i个节点处的安装的光伏发电设备指的是，接入第i个节点的光伏发电设备，可以是直接安装在第i个节点上，也可以是间接连接在第i个节点上。
并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件如公式(9)所示：
0≤Qc,i(t)≤Qc,i (9)
其中，Qc,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有并联补偿电容器组输出的无功功率之和；Qc,i表示第i个节点处安装的所有并联补偿电容器组的无功补偿容量之和。
静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件如公式(10)所示：
-Qst,i≤Qst,i(t)≤Qst,i (10)
其中，Qst,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有静止同步补偿器的无功功率之和；Qst,i表示第i个节点处安装的所有静止同步补偿器的无功补偿容量之和。
电压约束条件如公式(11)所示：
Umin≤Ui(t)≤Umax (11)
其中，Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压；Umin表示第i个节点处的电压最小值，Umax表示第i个节点处的电压最大值。
光伏发电设备的无功功率约束条件如公式(12)所示：
-SPV,i≤QPV,i(t)≤SPV,i (12)
其中，SPV,i表示第i个节点处处安装的所有光伏发电设备的额定容量，即额定功率。
光伏发电设备的有功功率约束条件如公式(13)所示：
Figure BDA0002837283050000141
其中，
Figure BDA0002837283050000142
表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有光伏发电设备运行在最大功率点跟踪模式时的有功功率。
在本实施方式中，最大功率点跟踪模式指的是，通过直流变换电路和寻找跟踪控制程序，无论跟太阳辐射度温度和负载特性能如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发挥太阳能电池方阵的效能。
光伏发电设备的收益约束条件如公式(14)所示：
Figure BDA0002837283050000151
其中，P1表示光伏发电设备的有功功率的单位容量的上网价格，P2表示光伏发电设备的无功功率的单位容量的上网价格。
在本实施方式中，上网价格指的是，光伏发电设备产生的电量接入配电系统的计量价格。
一个实施方式中，“计算每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值”的步骤具体包括：在根据内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算出配电系统的功率损耗预测值后，获取求解功率损耗优化目标函数时满足并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件的并联补偿电容器组输出的无功功率Qc,i(t)，并且将无功功率Qc,i(t)作为无功功率预测值。
在本实施方式中，计算配电系统的功率损耗最小时的配电系统中每个节点的无功功率作为无功功率预测值。
步骤S4：判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则转至步骤S5。
在本实施例中，当相邻两次迭代计算得到的费用需求预测值的差值小于等于预设的第一差值阈值，并且功率损耗预测值的差值小于等于预设的第二差值阈值时，即满足迭代停止的条件时，停止迭代计算，此时配电系统配置无功补偿设备的费用较低并且造成的功率损耗也较小，则根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行配置即可实现优化配置。第一差值阈值和第二差值阈值本领域技术人员可以根据实际灵活设置。
步骤S5：将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，随后转至步骤S2，以执行下一次迭代计算。
在本实施例中，若未满足迭代停止的条件，则将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率重新输入预设的外层优化配置模型中继续进行迭代。
在本发明实施例中，通过采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；采用预设的内层优化配置模型并且根据无功补偿容量预测值，计算配电系统的功率损耗预测值以及每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，重新输入到预设的外层优化配置模型中以执行下一次迭代计算。通过这样的设置，可以计算得出对配电系统进行无功补偿设备配置的最小费用需求以及配电系统的最小功率损耗时的无功补偿容量，根据该无功补偿容量分别对每个节点处安装的无功补偿设备进行配置，即可得到配电系统无功补偿设备的最优配置，在保证配电系统正常运行的前提下，减少对配电系统进行无功补偿设备配置的配置成本，同时降低配电系统的功率损耗，从而对配电系统中无功补偿设备的配置进行优化。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的配电系统无功补偿设备的优化配置方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述配电系统无功补偿设备的优化配置方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中存储是非暂时性的计算机可读存储介质。
进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的配电系统无功补偿设备的优化配置方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的配电系统无功补偿设备的优化配置方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。
至此，已经结合附图所示的一个实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：获取所述配电系统的功率损耗初始值以及在所述配电系统的每个节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率初始值，将所述功率损耗初始值与所述无功功率初始值分别作为待处理功率损耗和待处理无功功率；
步骤S2：采用预设的外层优化配置模型并且根据待处理功率损耗与待处理无功功率，计算每个所述节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值，以及对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值；
步骤S3：采用预设的内层优化配置模型并且根据所述无功补偿容量预测值，计算所述配电系统的功率损耗预测值以及每个所述节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值；
步骤S4：判断当前迭代计算得到的费用需求预测值与上一次迭代计算得到的费用需求预测值的差值是否小于等于预设的第一差值阈值，并且当前迭代计算得到的功率损耗预测值与上一次迭代计算得到的功率损耗预测值的差值是否小于等于预设的第二差值阈值；若是，则停止迭代计算并且根据当前迭代计算得到的无功补偿容量预测值分别对每个所述节点处安装的无功补偿设备进行优化配置；若否，则转至步骤S5；
步骤S5：将当前迭代计算得到的功率损耗预测值和无功功率预测值分别作为待处理功率损耗与待处理无功功率，随后转至步骤S2，以执行下一次迭代计算。
2.根据权利要求1所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，所述无功补偿设备包括并联补偿电容器组，“计算对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值”的步骤具体包括：
根据下式所示的所述预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算对所述配电系统进行无功补偿设备优化配置的费用需求预测值：
minC＝Ce+Cm+Cl+Ca
其中，所述C表示费用需求预测值，所述Ce表示所述配电系统内所有无功补偿设备的投资成本，所述Cm表示所述配电系统内所有无功补偿设备的维护成本，所述Cl表示所述配电系统内所有无功补偿设备产生的网损费用，所述Ca表示所述配电系统内所有并联补偿电容器组的动作费用。
3.根据权利要求2所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，所述无功补偿设备还包括静止同步补偿器；所述费用优化目标函数的约束条件如下式所示：
Figure FDA0002837283040000021
其中，所述nc,i表示第i个节点处安装的并联补偿电容器组的数量，所述nst,i表示第i个节点处安装的静止同步补偿器的数量；所述
Figure FDA0002837283040000022
表示第i个节点处允许安装的并联补偿电容器组的最大数量，所述
Figure FDA0002837283040000023
表示第i个节点处允许安装的静止同步补偿器的最大数量；
并且/或者，
所述投资成本Ce的计算公式如下式所示：
Figure FDA0002837283040000024
其中，所述Nbus表示所述配电系统内节点的数量；所述i表示所述配电系统内节点的序号，i＝1,2,...,Nbus；所述rc表示所述并联补偿电容器组的贴现率，所述rst表示所述静止同步补偿器的贴现率；所述lc表示所述并联补偿电容器组的使用年限，所述lst表示所述静止同步补偿器的使用年限；所述cc表示所述并联补偿电容器组的单位容量的投资成本，所述cst表示所述静止同步补偿器的单位容量的投资成本；所述Qc,i表示第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功补偿容量之和，所述Qst,i表示第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功补偿容量之和，Qc,i＝Qc,0·nc,i，Qst,i＝Qst,0·nst,i，所述Qc,0表示所述并联补偿电容器组的单位容量，所述Qst,0表示所述静止同步补偿器的单位容量；
并且/或者，
所述维护成本Cm的计算公式如下式所示：
Figure FDA0002837283040000031
其中，所述mc表示每个所述并联补偿电容器组的维护成本系数，所述mst表示每个所述静止同步补偿器的运行维护成本系数；
并且/或者，
所述网损费用Cl的计算公式如下式所示：
Figure FDA0002837283040000032
其中，所述dat表示天数，所述closs表示电价，所述W表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段的所述配电系统的功率损耗预测值；
并且/或者，
所述动作费用Ca的计算公式如下式所示：
Figure FDA0002837283040000033
其中，所述Cqc表示每个所述并联补偿电容器组的单次动作成本；Qc,i(t)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；Qc,i(t+1)表示采用预设的内层优化配置模型计算得到的在一天内第t+1个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功功率预测值之和；
Figure FDA0002837283040000034
4.根据权利要求3所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，“计算每个所述节点处安装的无功补偿设备的无功补偿容量预测值”的步骤具体包括：
在根据所述预设的内层优化配置模型的费用优化目标函数，计算出费用需求预测值后，获取计算所述费用优化目标函数中的投资成本Ce时使用的无功补偿容量Qc,i和Qst,i，并且将所述无功补偿容量Qc,i和Qst,i作为所述无功补偿容量预测值。
5.根据权利要求1所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，“计算所述配电系统的功率损耗预测值”的步骤具体包括：
根据下式所示的所述内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算所述配电系统的功率损耗预测值：
Figure FDA0002837283040000041
其中，“minf”表示功率损耗预测值；所述Nbus表示所述配电系统内节点的数量；所述Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压标幺值，所述Uj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压标幺值；所述Gij表示第i个节点和第j个节点之间的电导；所述θi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压相角，所述θj(t)表示在一天内第t个时段第j个节点处的电压相角。
6.根据权利要求5所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，所述无功补偿设备包括并联补偿电容器组和静止同步补偿器；所述功率损耗优化目标函数的约束条件包括所述配电系统的电力潮流约束条件、和/或并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件、和/或静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件、和/或电压约束条件、和/或光伏发电设备的无功功率约束条件、和/或光伏发电设备的有功功率约束条件、和/或光伏发电设备的收益约束条件；
所述电力潮流约束条件如下式所示：
Figure FDA0002837283040000042
其中，所述Pi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的有功功率，Pi(t)＝PPV,i(t)-PL,i(t)；所述Qi(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处注入的无功功率，Qi(t)＝QPV,i(t)-Qc,i(t)+Qst,i(t)-QL,i(t)；所述PPV,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备的有功功率，所述QPV,i(t)表示t时刻第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备的无功功率；所述PL,i(t)表示t时刻第i个节点处的负荷的有功功率，所述QL,i(t)分别表示在一天内第t个时段第i个节点处的负荷的无功功率；所述N(i)表示与第i个节点相邻的节点的集合；所述Bij表示第i个节点和第j个节点之间的电纳；
所述并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件如下式所示：
0≤Qc,i(t)≤Qc,i
其中，所述Qc,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组输出的无功功率之和；所述Qc,i表示第i个节点处安装的所有所述并联补偿电容器组的无功补偿容量之和；
所述静止同步补偿器的无功补偿容量约束条件如下式所示：
-Qst,i≤Qst,i(t)≤Qst,i
其中，所述Qst,i(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功功率之和；所述Qst,i表示第i个节点处安装的所有所述静止同步补偿器的无功补偿容量之和；
所述电压约束条件如下式所示：
Umin≤Ui(t)≤Umax
其中，所述Ui(t)表示在一天内第t个时段第i个节点处的电压；所述Umin表示第i个节点处的电压最小值，所述Umax表示第i个节点处的电压最大值；
所述光伏发电设备的无功功率约束条件如下式所示：
-SPV,i≤QPV,i(t)≤SPV,i
其中，所述SPV,i表示第i个节点处处安装的所有所述光伏发电设备的额定容量；
所述光伏发电设备的有功功率约束条件如下式所示：
Figure FDA0002837283040000051
其中，所述
Figure FDA0002837283040000052
表示在一天内第t个时段第i个节点处安装的所有所述光伏发电设备运行在最大功率点跟踪模式时的有功功率；
所述光伏发电设备的收益约束条件如下式所示：
Figure FDA0002837283040000053
其中，所述P1表示所述光伏发电设备的有功功率的单位容量的上网价格，所述P2表示所述光伏发电设备的无功功率的单位容量的上网价格。
7.根据权利要求6所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法，其特征在于，“计算每个所述节点处安装的无功补偿设备输出的无功功率预测值”的步骤具体包括：
在根据所述内层优化配置模型的功率损耗优化目标函数，计算出所述配电系统的功率损耗预测值后，获取求解所述功率损耗优化目标函数时满足所述并联补偿电容器组的无功补偿容量约束条件的所述并联补偿电容器组输出的无功功率Qc,i(t)，并且将所述无功功率Qc,i(t)作为所述无功功率预测值。
8.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法。
9.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的配电系统无功补偿设备的优化配置方法。
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