CN113241770B - 10kV配电网系统用电压调节装置、安装方法及电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV配电网系统用电压调节装置、安装方法及电压控制方法，公开了免维护10kV配电网系统用电压调节装置，其通过对有载调压分接头的自动调节和对紧凑型智能电容器装置的自动投切来实现对线路电压和无功的综合控制，提高线路电压的合格率和有效减少无功传输引起的损耗，确保系统电压和功率因数在规定的范围内。同时，该电压调节装置的电压控制方法包含基于节点加权与电压偏移的优化模型构建、基于正余弦优化算法的电压优化控制方法，通过该控制方法，能够有效控制该电压调节装置，提升配电网的电压水平。与传统的发电机励磁调压、变压器变比调压、无功补偿调压相比，电压调节装置具备调压路径更光滑、调压效果更好的优势。

Description

10kV配电网系统用电压调节装置、安装方法及电压控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统10kV配电网，具体为一种10kV配电网系统用电压调节装置、安装方法及电压控制方法。

背景技术

随着时代的发展与社会的进步，我国电力系统的规模逐渐增大，组成架构越来越复杂，社会经济发展促进了电力系统的更新换代，同时也为电力系统运行的经济性与安全稳定性带来了新的挑战。由于电网的无功功率大部分供给大部分来自于上级电网的远距离传输，而在传输过程中不可避免地存在线路损耗，处于电网末端的用户电压将会处于较低水平。电压的下降不仅会影响到用户用电设备的工作效率与寿命，增加线路的功率损耗，更为严重的电压降低现象还可能引发电力系统运行事故。在国外就出现过由于电压降低导致自动控制装置动作从而最终造成电压崩溃，引发大面积停电的相关事故。因此如何对电力系统的电压进行优化控制，对无功资源进行合理分配成为了确保电力系统稳定运行的重要命题。

电力系统电压调节一般采取下列三种方式，其一是调节发电机励磁，利用发电机输出无功功率来对电压进行调节；其二是通过变压器，改变变压器的分接头进行电压调节；其三是通过无功就地补偿，利用静止无功补偿器等设备进行电压调节。发电机励磁控制策略操作较为简便且不需要额外的经济投入，电压调节范围一般在10％左右，然而电压在传输过程中由于存在线路损耗，在例如长距离传输系统中该方法不适用。改变变压器分接头从而调节电压具有灵活方便的特点，然而变压器分接头对电压的调节能力有限，部分情况下会导致有功出力降低甚至影响到运行时的稳定裕度。利用无功补偿设备对低电压进行就地补偿能够有效提升系统电压，但需同时考虑到设备的运行经济性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种在节约经济成本的同时能有效地调节电力系统电压、改善系统稳定性与运行效率的10kV配电网系统用电压调节装置、安装方法及电压控制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的10kV配电网系统用电压调节装置，包括自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D，自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D均为A、B、C三相；电源侧连接断路器QF的A相；断路器QF的A相出口处一条支路依次连接单相隔离刀QS1、自动调压器TA的A相和单相隔离刀QS2，单相隔离刀QS2连接至负荷侧；断路器QF的A相出口处另一条支路连接单相隔离刀QS3，单相隔离刀QS3连接至负荷侧；单相隔离刀QS1与自动调压器TA的A相连接的节点a处连接避雷器FV1且避雷器FV1另一端接地，自动调压器TA的A相与单相隔离刀QS2相连接的节点b处连接避雷器FV2且避雷器FV2另一端接地，节点b处连接有熔断器FU，熔断器FU另一端连接智能电容器装置D的A相；B相、C相的连接结构和顺序均与A相相同。

还提供一种用于10kV配电网系统的电压调节装置安装方法，所述电压调节装置为上述所述的电压调节装置，所述安装方法为：

将待安装电压调节装置的10kV配电网系统整合为无支路电网系统，无支路电网系统的线路上排布有N个节点，其中第n个节点的电压为U_n，线路首端的电压为U₀，n＝1,2,3…N，计算每一个节点的无功对所有节点电压的灵敏度之和S_n：

其中，

为节点n的无功Q_n对节点d的电压U_d的对应灵敏度，d＝1,2,3…N，且

由式(2)计算；

其中，f为潮流方程，即f(x,u,p)＝0，x表示各状态变量，u为控制量，p为配电网系统控制参数；

将N个灵敏度之和进行排序，则灵敏度之和最大的节点为安装节点。

进一步地，所述安装方法还包括：所述电压调节装置调节与安装节点相连支线的变压器变比，对变压器变比与各节点电压的灵敏度进行计算，节点n无功Q_n对节点n与节点e相连支路的变压器变比K_en的对应灵敏度

的计算如式(3)：

选择S_kenQn值最大的支路作为调节变压器变比的支路，e的取值为与节点n相连的节点编号值。

最后还提供一种带有电压调节装置的10kV电网系统的电压控制方法，所述电压调节装置为上述所述的电压调节装置，所述电压控制方法为：

步骤1)根据各节点的负荷确定各节点权重信息，根据权重信息结合电压偏离构建电压优化控制模型如式(4)所示

式中，y为优化目标值，表示为电网系统整体的电压偏移危害函数，α_i表示第i个节点的权重值，β_i表示第i个节点的电压偏移值，i＝1,2,3…N；

且电压优化控制模型的约束条件为：

式中，U_i为节点i的电压，U_max和U_min为节点电压限值的最大值与最小值；k为变压器变比，k_max与k_min为变压器变比的最大值与最小值；Q为无功补偿量，Q_max与Q_min为无功补偿量的最大值与最小值；

步骤2)利用正余弦优化算法对构建的电压优化控制模型进行优化求解，根据求解结论对电压调节装置进行控制。

进一步地，所述α_i的计算如式(6)：

式中：c值表示固定权重参数，该值为恒定常数，c/N表示均分到每一个节点的固定权重，P_i为节点i连接的有功负荷。

进一步地，所述β_i的计算如式(7)：

β_i＝(U_i-U_t)^γ (7)

U_i为节点电压，U_t为目标电压，γ为电压偏移系数。

进一步地，所述步骤2)具体过程为：

每一个种群X为变压器变比k与无功补偿量Q的集合，第一维度为k，第二维度为Q，维数J为2；

初始的每一个种群k与Q的值均在约束条件式(5)范围内随机生成，将每一个种群X的k与Q值代入到潮流计算方法中，计算出各节点电压U_i，通过式(7)计算出该种群下的β_i，与权重α_i相结合代入到式(4)中，即可求得该种群下的优化目标值，直至迭代次数为给定次数为止，最终寻找到优化目标值最小的种群作为优化结果，电压调节装置根据优化结果的k与Q值进行变压器变比的改变与电容器的投切，从而对配电网电压进行调节。

本发明的优点及有益之处是：与传统的发电机励磁调压、变压器变比调压、无功补偿调压相比，电压调节装置具备调压路径更光滑、调压效果更好的优势；所用优化目标能够从节点重要性、节点对电网稳定性影响更好衡量整个系统的电压健康状况，所用的SCA优化算法在操作简便的基础上，能够合理搜寻到全局最优值，为新型调压装置对电压进行调节提供了有力支持。

附图说明

图1为本发明电压调节装置原理图；

图2为10kV无支路配电网系统图；

图3为本发明电压调节装置调压原理图；

图4为10kV长盛变馈出线模型图；

图5为不同运行条件下各节点电压；

图6为增加电压调节装置前后电压对比；

图7为不同调压优化方案效果对比。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

如图1所示10kV配电网系统用电压调节装置，包括自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D，自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D均为A、B、C三相。电源侧连接断路器QF的A相；断路器QF的A相出口处一条支路依次连接单相隔离刀QS1、自动调压器TA的A相和单相隔离刀QS2，单相隔离刀QS2连接至负荷侧；断路器QF的A相出口处另一条支路连接单相隔离刀QS3，单相隔离刀QS3连接至负荷侧；单相隔离刀QS1与自动调压器TA的A相连接的节点a处连接避雷器FV1且避雷器FV1另一端接地，自动调压器TA的A相与单相隔离刀QS2相连接的节点b处连接避雷器FV2且避雷器FV2另一端接地，同时节点b处还连接有熔断器FU，熔断器FU另一端连接智能电容器装置D的A相。B相、C相的连接结构和顺序均与A相相同，在此不再赘述。

该电压调节装置的正常使用条件如下：a)环境温度：最高气温：40℃；最热月平均温度：30℃；最高年平均温度：20℃；最低气温：-25℃；最大日温差：25K。b)海拔：不超过1000m。c)相对湿度：在25℃时，不超过95％，月平均不超过90％。d)最大风速不大于35m/s(离地面高10m处持续10min的平均最大风速)。e)污秽等级：d级。f)地震：地震引发的地面速度ag，水平方向低于2m/s2，垂直方向低于1.5m/s2；地震强烈度为Ⅶ级。

该电压调节装置的总体参数如下：装置名称：免维护10kV线路电压无功综合调节装置；型号：MSMVQ-12/2000-600-±20％；额定频率：50Hz；系统电压：10kV；调压器额定容量：2000kVA；调压范围：±20％；补偿额定容量：600kvar；安装方式：户外。

户外高压真空断路器用于该电压调节装置的保护和控制之用，其部分参数如下：额定电压:12kV，额定电流：630A额定，雷电冲击耐受电压：相间、对地75kV，断口85kV，1min工频耐受电压：相间、对地42kV，断口48kV，各相回路电阻：≤80mΩ，机械寿命：10000次，操作机构：储能式。

自动调压器为一种智能控制装置，是整个调压装置的核心，其能够对调压变电源侧和负荷侧的电压、电流进行检测，同时将测量得到的数据输入到计算芯片中，利用后续说明中的控制算法对电压分接头与智能电容器装置的投放进行控制。其相关的参数如下：额定频率：50Hz，系统电压：10kV，额定容量：2000kVA，档位：17档，调压范围：±20％，冷却方式：变压器油浸自冷。

智能电容器装置由投切专用开关、电容器单元、油浸式串联电抗器、放电线圈、保护器件、油箱、瓷瓶等组成。投切专用开关、电容器单元、串联电抗器和放电线圈为一体式全密封油浸式结构，装置采用独特的内部结构、先进的工艺及设备，使其具有抗恶劣自然环境强、占地面积小、运行安全可靠、寿命长、易安装、少维护等特点。其相关参数如下：额定频率：50Hz，系统电压：10kV，额定容量：200+400kVA，容量分配方式：2组不等容，接线形式：单星型，安装方式：户外.

避雷器用于该新型调压装置的雷击预防，其参数如下：型号：HY5WS-17/50，系统额定电压：10kV，持续运行电压：13.6kV，额定频率：50Hz。

单相隔离刀用于隔离带电与非带电部分，其相关参数如下：型号：GW9-12/400，系统额定电压：12kV，额定电流：400A。

跌落式熔断器采用型号与参数如下：型号：RW12-10/100A，系统额定电压：12kV，额定电流：100A，熔丝规格：50A。控制器与其他相关组件的信息具体见下表1。

表1成套装置主要配置表

用于10kV配电网系统的电压调节装置安装方法如下：

将待安装电压调节装置的10kV配电网系统整合为无支路电网系统，结构图如图2所示，无支路电网系统的线路上排布有N个节点，其中第n(n＝1,2,3…N)个节点的电压为U_n，线路首端的电压为U₀；并对各个节点进行灵敏度计算，根据对整体电压调节影响最大的原理确定电压调节装置的安装节点；

灵敏度计算以电力系统的潮流方程为基础，利用电力网络中各物理量的变化的相对关系进行电力系统电压影响的研究分析。计算每一个节点的无功对所有节点电压的灵敏度之和S_n。

其中，

为节点n的无功Q_n对节点d(d＝1,2,3…N)的电压U_d的对应灵敏度，且

由式(2)计算；

其中，f为潮流方程，即f(x,u,p)＝0，x表示各状态变量，u为控制量，p为配电网系统控制参数；

将N个灵敏度之和进行排序，则灵敏度之和最大的节点为安装节点；

同时，由于该电压调节装置还能调节与安装节点相连支线的变压器变比，同样的，对变压器变比与各节点电压的灵敏度进行计算，节点n无功Q_n对节点n与节点e(e的取值为与节点n相连的节点编号值)相连支路的变压器变比K_en的对应灵敏度

的计算如式(3)，选择S_kenQn值最大的支路作为调节变压器变比的支路。

带有电压调节装置的10kV电网系统的电压控制方法如下：

步骤1)根据各节点的负荷确定各节点权重信息，根据权重信息结合电压偏离构建电压优化控制模型

电压优化控制模型包括两个部分，一部分为根据各节点配置的有功负荷对节点进行权重分配，另一部分为基于电网稳定性威胁增加率对节点的电压偏移进行衡量。如式(4)所示

式中，y为优化目标值，表示为电网系统整体的电压偏移危害函数，其值越小，反映着电网系统整体上离电压基准值越相近，电压优化目标为令其最小；α_i表示第i个节点的权重值，β_i表示第i个节点的电压偏移值，i＝1,2,3…N。

且电压优化控制模型的约束条件为：

式中，U_i为节点i的电压，U_max和U_min为节点电压限值的最大值与最小值；k为变压器变比，k_max与k_min为变压器变比的最大值与最小值；Q为无功补偿量，Q_max与Q_min为无功补偿量的最大值与最小值。

α_i的计算如式(6)，原理如下：基于每个节点所连接的负荷量不同，当电压出现偏移时，该节点处的负荷将受到影响，该节点所连接的负荷越大，该节点的电压偏移对整个系统造成的影响越大，故将节点的权重值与其连接的有功负荷相关联，式中的c值表示固定权重参数，该值为恒定常数，c/N表示均分到每一个节点的固定权重，剩余部分为可变权重，P_i为节点i连接的有功负荷，用其在全部有功负荷中的占比来决定该节点的可变权重值。

β_i的计算如式(7)，原理如下：节点电压U_i距离目标电压U_t越远，其对电网的稳定性威胁更大，且电压偏移越大，由于电压偏移造成的危害增加越迅速，故电压的实际偏移量对系统稳定性影响不应用线性关系进行衡量，式中的γ值为电压偏移系数，其为大于1的数，其值越大，表示电压偏移造成的危害增加速度越快。

β_i＝(U_i-U_t)^γ (7)

依据上述电压优化控制模型，加上式(5)列出的电压调节、变压器变比调节与附加无功上下限的优化条件，便可得出系统电压最优配置方法；

步骤2)利用正余弦优化算法(SCA,sine cosine algorithm)对构建的电压优化控制模型进行优化求解，根据求解结论对电压调节装置进行控制调压优化控制模型确定后，需要通过智能优化算法求解优化模型，得到最终的无功电容器投入容量与变压器变比调节档位，本发明采用了正弦余弦优化算法对上述调压优化模型进行求解。

SCA的寻优过程分为全局搜索与局部开发两个阶段，在全局搜索阶段，优化算法通过结合某随机解在所有随机解中快速寻找搜索空间中的可行区域；到了局部开发阶段，随机解会逐渐发生变化，且随机解的变化速度会低于全局搜索阶段的速度。在J维寻优问题过程中，首先随机生成M个初始种群，根据式(8)的种群更新方程，可从上一代种群演化出下一代种群，式中存在四种随机因子使种群更新方程不断变化，其中自适应变量R₁决定于寻优过程偏向全局搜索或局部寻优，R₁较大时，种群更新速度较快，更偏向于全局搜索；R₁较小时，种群更新速度较慢，更偏向于局部开发。式(9)表示随着迭代次数t的增加，R₁逐渐减小，因此SCA能通过先全局搜索后局部开发的方式，能够在较快速度得到寻优结果的同时，避免陷入局部极值的问题。

式中，X表示种群，m(m＝1,2,3…M,)表示种群编号，j(j＝1,2,3…J)表示种群维度，t表示种群代数(迭代次数)，

表示在第t代中的第m个种群j维度的最优量，R₂，R₃，R₄为随机因子，参数R₂定义了当前解朝向或者远离最优解多远；参数R₃为最优解给出一个随机权值，参数R₄(0<R₄<1)能够随机切换正弦与余弦公式，T为最大迭代次数，a为常数，一般取值为2。

优化过程中，维数J为2，每一个种群X为变压器变比k与无功补偿量Q的集合，第一维度为k，第二维度为Q。初始的每一个种群k与Q的值都在约束条件式(5)范围内随机生成，将每一个种群X的k与Q值代入到潮流计算方法中，计算出在该条件下(k与Q的取值)的各节点电压U_i，通过式(7)计算出该种群下的β_i，与权重α_i相结合代入到式(4)中，即可求得该种群下的优化目标值。直至迭代次数为给定次数为止，经过式(8)不断生成下一代的种群，最终寻找到优化目标值最小的种群作为优化结果，电压调节装置根据该种群的k与Q值进行变压器变比的改变与电容器的投切，从而对配电网电压进行调节。

SCA寻优方法操作简便，只需调节种群的数目M与总迭代次数T即可调整寻优速度与寻优精度，不需要调节其它的参数，通过SCA对上述寻优模型进行求解，即可获得无功电容器投入容量与变压器变比，其中由于变压器变比调节与无功接入容量有档位限制，需要根据求得的变比对档位进行选择。

本发明针对10kV电压等级配电网，融合了变压器变比调压与无功就地补偿调压的优点，设计了免维护10kV配电网系统用电压调节装置，其通过对有载调压分接头的自动调节和对紧凑型智能电容器装置的自动投切来实现对线路电压和无功的综合控制，提高线路电压的合格率和有效减少无功传输引起的损耗，确保系统电压和功率因数在规定的范围内。同时，该电压调节装置的电压控制方法包含基于节点加权与电压偏移的优化模型构建、基于正余弦优化算法的电压优化控制方法，通过该控制方法，能够有效控制该电压调节装置，提升配电网的电压水平。

下面依次来介绍本发明涉及的理论基础和方法。

一、首先介绍本发明的相关原理

1.新型调压装置调压原理

将新型调压装置安装至10kV电力网络的被选择节点中，该节点的等效电路图如图3所示，其主要包括三个部分，智能控制装置(图3中未画出)、紧凑型智能电容器控制部分①与有载调压变压器分接头控制装置部分②，以下对该装置调压原理进行说明。

当数据线路电压无功数据输入至自动调压器中，自动调压器调节下图中两部分的开关以及分接头位置实现对电压的调节。在区域①中，可以通过调节切换开关的位置从而改变变压器同铭端，在线路中产生与线路电压降相同或相反的压降，与线路电压降方向相同，末端电压降低，与线路电压降方向相反，末端电压升高，该电压调节方式可等效于改变变压器变比调压；区域②是通过控制分接头的位置从而控制紧凑型智能电容器装置的投入容量，用于在需要无功时对该节点输入无功从而提升节点电压。该装置将电容器的投切容量与变压器分接头调节电压方法两者合一，并通过智能控制方法使两者对电压的调节进行稳定配合，实现了电压控制的自动化，提高了系统的电压稳定能力。

2.灵敏度分析

灵敏度分析是研究与分析一个系统(或模型)的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。通过灵敏度分析还可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响。

3.优化目标确定原理

本发明中的优化模型的确定分为权重确定部分与电压偏移部分，权重确定是由于系统中各节点的所连接的负荷大小不同，当电力系统出现电压波动时，各节点带来的影响应是不同的，通过权重赋予能够明确重要度关系，对整体的电压优化起到促进作用；电压偏移的构造不采用传统的线性构造方法，是为了体现出电压偏移越大，造成的稳定性威胁成倍数增长的特性，用此进行衡量，用于对电压偏移较大的节点起到预警作用，防止电压优化后出现节点电压偏移过大的节点。

4.正余弦优化算法原理

SCA是一种新颖的随机优化算法，主要利用正弦函数和余弦函数的波动性与周期性来搜索和迭代，从而达到寻优目的。SCA是澳大利亚学者Mirjalili于2016年提出，属于群体智能优化算法中的一种，与传统的群体智能优化算法相比，具有独特的优势，其利用正弦余弦函数的性质，使优化问题的解如同正余弦函数般趋于全局最优，并且算法中的自适应参数和随机性参数较好地平衡了算法的探索和开发能力，在各类寻优问题中能够较好的得出最优解，

二、下面结合上述方法进行具体实例的说明，其步骤如下：

第一步：灵敏度分析选址

步骤1：首先对仿真算例进行介绍，采用如图4所示的实际10kV配电网作为仿真算例，该算例为内蒙古长胜变电站馈出线模型，图中标示出了各节点编号以及同该节点相连的负荷有功与无功标幺值，其中节点30为长胜变输出节点，在潮流计算中设定为平衡节点，电压有名值为10.5kV，其余节点1-节点29为PQ节点。以节点30电压作为电压基准值，100MW作为容量基准值。

在如图5所示的初始运行条件下，各节点电压如下图5所示，可以发现，由于此时配电网负荷较轻，各节点电压都与目标电压10kV距离较近，即使是距离长胜变电站最远的节点23与节点29的电压跌落都处于可接受范围内，电网处于稳定运行状态，故在此条件下不需要增设电压调节设备。而随着负荷的逐步增大，电压跌落现象逐渐明显，在两倍负荷运行时，节点电压跌落甚至即将超出10％的临界条件，在负荷较大的条件下，便需要令配电网增设电压调节设备对系统电压进行调节，以下在两倍负荷运行条件下,使用新型调压装置对系统电压进行调节，从而验证新型调压装置的调压有效性。

在两倍负荷的运行条件下，对各节点进行电压/无功灵敏度分析，经计算结果得出，节点12的电压/无功灵敏度最大。从图4中也可以看出，节点12为整个长胜变馈出线的一个重要枢纽，由此引出了两条重要支线，在此处增设新型调压装置，对该点进行无功补偿，能够合理调节整个配电网的无功分布，缓解配电网末端的电压跌落现象，令整个系统电压更为贴近额定值，之后对与节点12相连的几条支路进行电压/变比灵敏度分析，计算得知改变节点12与节点11的变比灵敏度较高，故将变比调节部分设置于该支路。

步骤2：确定新型调压装置安装位置后，根据章节2.2中的内容确定调压优化模型，首先确定各节点权重值，令固定权重参数c为0.5，根据各节点连接的有功负荷占所有有功负荷比例来确定客观权重，各节点权重计算结果如下表2所示，可以从表中看出，负荷较重的节点的权重明显高于负荷较轻的节点，说明经过权重分配后依据负荷量体现出关键节点的重要性。然后确定电压偏移系数γ，该值越大，表明随着电压距离额定值越远，电压偏移造成的危害增加速度越快，在此算例中将γ值设定为1.3，由此完成了调压优化模型的参数确定。

表2长盛变馈出线节点权重表

同时，根据新型调压装置的结构参数，可以得出其无功补偿最大值为600kVar，变压器调节比例界限为0.9<k<1.1，且变压器的调压变比档位为±1％，调压最低要求为电压偏差值小于额定值的10％。

步骤3：利用SCA对调压模型进行优化求解；

对上述优化模型进行SCA算法寻优，设置种群数量M为50，迭代次数10次，计算结果表明，在第八次迭代过程中，SCA算法已搜寻到寻优目标，此时确定出无功补偿量大小为265kVar，变压器变比为0.9436，由于变比存在档位限值，实际调节变比为0.94，图6给出了加入调压装置后的系统电压变化，可以很明显的看出，系统电压有了明显改善，尤其是节点12，作为两种调压方式的直接受益点，电压甚至出现了一定的超调现象，这是由于节点12后续连接节点会由于功率传输出现一定的电压跌落现象，为了系统整体的电压状态需要对节点12的电压调节超出一定的裕度。

同样对上述算例使用其他常用调压方法进行调压，依然采用式(4)所确定的优化目标方程。对比方案1采用调节发电机励磁方法进行调压，实际仿真中由于长胜变输出节点作为平衡节点，无法自由改变其无功值，故采用改变距离其最近的节点1的无功来进行模拟，设置最大可输出无功为1000kVar；对比方案2采用改变变压器分接头的电压调节方法，在实际的电网中一般采用U₀±2*2.5％的五档调压方式，在仿真中采用在节点11与12间添加变压器变比改变设备；对比方案3采用定点无功功率补偿，在节点12与节点16各安装无功补偿装置，无功补偿最大值为1000kVar，通过SCA寻优出各对比方案中电压调节的最优值，调压结果如表3与图7所示，其中表中优化效果指与未调压相比较，优化目标值减少的百分比。

表3各调压优化方案对比

从上述结果可以得出：对比方案1由于是在发电机处增加无功进行调压，距离发电机较远的节点电压几乎无法调节，该方法对节点较多、较为复杂的系统电压调节效果不佳，无论图中还是表中显示其几乎未对电压起到调节作用；对比方案2相对而言调节效果较好，但其存在着一个明显的劣势，就是其电压调节档位较少，虽然其能够起到一个较大幅度的调压，但过少的档位难以对电压进行更为细致的调节，同时其电压调节效果也劣于新型调压装置；对比方案3也能起到一定的调压效果，但其调压效果与投入的无功补偿装置容量息息相关，若需达到更好的调压效果，则须投入更大的设备容量，从经济上考虑处于劣势。而新型调压装置的设置，不仅可以提高变压器变比改变的档位数量，还能通过增加设置节点的无功来对电压进行进一步的调节，综上所述，利用新型调压装置的电压调节效果最为理想。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种10kV配电网系统用电压调节装置的电压控制方法，其特征在于：包括自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D，自动调压器TA、断路器QF及智能电容器装置D均为A、B、C三相；电源侧连接断路器QF的A相；断路器QF的A相出口处一条支路依次连接单相隔离刀QS1、自动调压器TA的A相和单相隔离刀QS2，单相隔离刀QS2连接至负荷侧；断路器QF的A相出口处另一条支路连接单相隔离刀QS3，单相隔离刀QS3连接至负荷侧；单相隔离刀QS1与自动调压器TA的A相连接的节点a处连接避雷器FV1且避雷器FV1另一端接地，自动调压器TA的A相与单相隔离刀QS2相连接的节点b处连接避雷器FV2且避雷器FV2另一端接地，节点b处连接有熔断器FU，熔断器FU另一端连接智能电容器装置D的A相；B相、C相的连接结构和顺序均与A相相同；

所述电压控制方法为：

步骤1)根据各节点的负荷确定各节点权重信息，根据权重信息结合电压偏离构建电压优化控制模型如式(4)所示

式中，y为优化目标值，表示为电网系统整体的电压偏移危害函数，α_i表示第i个节点的权重值，β_i表示第i个节点的电压偏移值，i＝1,2,3…N；

所述α_i的计算如式(6)：

式中：c值表示固定权重参数，该值为恒定常数，c/N表示均分到每一个节点的固定权重，P_i为节点i连接的有功负荷；

所述β_i的计算如式(7)：

β_i＝(U_i-U_t)^γ (7)

U_i为节点电压，U_t为目标电压，γ为电压偏移系数；

且电压优化控制模型的约束条件为：

式中，U_i为节点i的电压，U_max和U_min为节点电压限值的最大值与最小值；k为变压器变比，k_max与k_min为变压器变比的最大值与最小值；Q为无功补偿量，Q_max与Q_min为无功补偿量的最大值与最小值；

步骤2)利用正余弦优化算法对构建的电压优化控制模型进行优化求解，根据求解结论对电压调节装置进行控制。

2.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于：所述步骤2)具体过程为：

每一个种群X为变压器变比k与无功补偿量Q的集合，第一维度为k，第二维度为Q，维数J为2；

初始的每一个种群k与Q的值均在约束条件式(5)范围内随机生成，将每一个种群X的k与Q值代入到潮流计算方法中，计算出各节点电压U_i，通过式(7)计算出该种群下的β_i，与权重α_i相结合代入到式(4)中，即可求得该种群下的优化目标值，直至迭代次数为给定次数为止，最终寻找到优化目标值最小的种群作为优化结果，电压调节装置根据优化结果的k与Q值进行变压器变比的改变与电容器的投切，从而对配电网电压进行调节。

3.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，所述电压调节装置的安装方法为：

将待安装电压调节装置的10kV配电网系统整合为无支路电网系统，无支路电网系统的线路上排布有N个节点，其中第n个节点的电压为U_n，线路首端的电压为U₀，n＝1,2,3…N，计算每一个节点的无功对所有节点电压的灵敏度之和S_n：

其中，

为节点n的无功Q_n对节点d的电压U_d的对应灵敏度，d＝1,2,3…N，且

由式(2)计算；

其中，f为潮流方程，即

表示各状态变量，u为控制量，p为配电网系统控制参数；

将N个灵敏度之和进行排序，则灵敏度之和最大的节点为安装节点。

4.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，所述电压调节装置的安装方法还包括：所述电压调节装置调节与安装节点相连支线的变压器变比，对变压器变比与各节点电压的灵敏度进行计算，节点n无功Q_n对节点n与节点e相连支路的变压器变比K_en的对应灵敏度

的计算如式(3)：

选择S_kenQn值最大的支路作为调节变压器变比的支路，e的取值为与节点n相连的节点编号值。

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