CN113364058A - 一种配电网无功控制方法和系统 - Google Patents

一种配电网无功控制方法和系统 Download PDF

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CN113364058A
CN113364058A CN202010146015.4A CN202010146015A CN113364058A CN 113364058 A CN113364058 A CN 113364058A CN 202010146015 A CN202010146015 A CN 202010146015A CN 113364058 A CN113364058 A CN 113364058A
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赫卫国
徐晓春
叶荣波
华光辉
周昶
刘海璇
吴晓飞
黄晓剑
刘皓明
梅飞
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State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Hohai University HHU
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State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Hohai University HHU
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component

Abstract

本发明提供的一种配电网无功控制方法和系统，包括：获取配电网的原始数据；根据原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，节点包括负荷节点和无功源；将电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；基于最优分区方案，将电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。本发明通过分区使得每个区域都有足够的无功条件能力，通过主导节点进行无功补偿改善有源配电网无功电压控制效果；避免无功在配电网中远距离传输，实现无功的就地平衡。

Description

一种配电网无功控制方法和系统
技术领域
本发明属于分布式电源并网领域技术领域，具体涉及一种配电网无功控制方法和系统。
背景技术
配电网中分布式光伏渗透率越来越高，而光伏发电的随机性增加了配电系统的不确定性，给配电网无功电压控制带来了严峻的挑战。不恰当的无功电压控制可能增加线路中无功功率的流动，导致网络损耗增大。
分布式光伏通过逆变器并网，具有无功调节能力，可以与配电网中的并联电容器等传统无功调节设备协调控制节点电压，从而增加配电网的无功调节能力。但是高渗透率的分布式光伏作为可控无功源接入配电网，会导致无功电压控制问题越来越复杂，调度难度也越来越大。
最简单的电力网络分区是根据地域或电网所属的电力公司进行划分，但是仅考虑电网的自然属性而没有考虑电网的电气特性，所得的分区结果是不合理的。目前广泛应用的分区方法基本都是基于电气距离的原则，只是在目标函数、优化模型和求解方法上各有不同。当分布式光伏大规模接入时，往往会无法保证每个区域都有充足的无功调节能力，影响无功控制效果。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种配电网无功控制方法，其改进之处在于，包括：
获取配电网的原始数据；
根据所述原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，所述节点包括负荷节点和无功源；
将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；
基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；
对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。
优选的，所述分区模型的建立，包括：以最小化区域无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度为目标，并分别根据无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的重要程度，确定无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的权重，建立分区模型；
所述主导节点选择模型的建立，包括：以最小化可观性指标和可控性指标为目标，并分别根据主导节点可观性和可控性重要程度，确定可观性指标和可控性指标的权重，建立主导节点选择模型。
优选的，所述分区模型如下式所示：
min
Figure BDA0002400745210000021
其中，min F1表示分区模型的目标函数；
Figure BDA0002400745210000022
表示区域无功平衡冗余度，α1表示
Figure BDA0002400745210000023
的权重；
Figure BDA0002400745210000024
表示区域内耦合度，α2表示
Figure BDA0002400745210000025
的权重，
Figure BDA0002400745210000026
表示区域外耦合度，α3表示
Figure BDA0002400745210000027
的权重；
式中，区域无功平衡冗余度
Figure BDA0002400745210000028
的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000029
式中，K表示分区后的区域总个数；
Figure BDA00024007452100000215
表示区域k内第ik个可用无功源的无功上限；
Figure BDA00024007452100000216
表示区域k内第jk个无功负荷；Gk表示区域k内无功源的个数，Lk表示区域k内负荷节点个数；uk和lk分别均为中间变量；
uk的计算式如下：
Figure BDA00024007452100000210
lk的计算式如下：
Figure BDA00024007452100000211
式中，
Figure BDA00024007452100000212
为区域k当前运行状态下中枢节点的电压优化设定值；
Figure BDA00024007452100000213
表示区域k运行在可行无功上限时中枢节点的电压值，
Figure BDA00024007452100000214
表示区域k运行在可行无功下限时中枢节点的电压值；
区域内耦合度
Figure BDA0002400745210000031
的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000032
式中，DLL表示负荷节点之间的电气距离子矩阵；DLL基于负荷节点之间的电气距离得到；i和j分别表示节点编号；
区域外耦合度
Figure BDA0002400745210000033
的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000034
式中，DGL表示无功源与负荷节点之间的电气距离子矩阵；DGL基于无功源与负荷节点之间的电气距离得到。
优选的，所述主导节点选择模型的计算式如下：
min F2＝β1·ωOi+β2·ωCi
式中，min F2表示主导节点选择模型的目标函数；ωOi表示节点i的可观性指标，β1表示的ωOi权重；ωCi表示节点i的可控性指标，β2表示ωCi的权重；i和j分别表示节点编号；
节点i的可观性指标ωOi的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000035
节点i的可控性指标ωCi的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000041
式中，Gk表示区域k内无功源的个数，Lk表示区域k内负荷节点个数；DLL表示负荷节点之间的电气距离子矩阵，DLL基于负荷节点之间的电气距离得到；DLG表示负荷节点与无功源之间的电气距离子矩阵；DLG基于负荷节点与无功源之间的电气距离得到。
优选的，所述电气距离的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000042
式中，D表示配电网中各节点间的电气距离构成的电气距离矩阵，DGG表示无功源之间的电气距离子矩阵，DGG基于无功源之间的电气距离得到；D中元素为节点i与节点j间电气距离Dij，Dij的计算式如下：
Dij＝-lg(σij×σji)
式中，σij表示节点j无功注入变化ΔQj时，节点i处电压幅值变化ΔVi对节点j处电压幅值变化ΔVj的灵敏度，灵敏度σij的计算式如下：
Figure BDA0002400745210000043
式中，Vi为节点i的电压幅值；Vj为节点j的电压幅值；Qj为节点j的无功功率。
优选的，所述将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案，包括：
将所述电气距离输入预先建立的分区模型；
采用遗传算法求解所述分区模型，得到配电网的最优分区方案。
优选的，所述基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点，包括：
基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型；
采用遗传算法求解所述主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点。
优选的，所述对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿，包括：
针对发生电压越限的主导节点，根据到所述主导节点的电气距离按照从小到大排序，得到所述主导节点所在分区内无功源序列；
从所述无功源序列中依次选择无功源进行无功补偿，直到所述主导节点的电压不再越限。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电网无功控制系统，改进之处在于，包括：数据采集模块、电气距离模块、电网分区模块、主导节点模块和无功补偿模块；
所述数据采集模块，用于获取配电网的原始数据；
所述电气距离模块，用于根据所述原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，所述节点包括负荷节点和无功源；
所述电网分区模块，用于将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；
所述主导节点模块，用于基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；
所述无功补偿模块，用于对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。
优选的，还包括分区模型模块和主导节点选择模型模块；
所述分区模型模块，用于以最小化区域无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度为目标，并分别根据无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的重要程度，确定无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的权重，建立分区模型；
所述主导节点选择模型模块，用于以最小化可观性指标和可控性指标为目标，并分别根据主导节点可观性和可控性重要程度，确定可观性指标和可控性指标的权重，建立主导节点选择模型。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明提供的一种配电网无功控制方法和系统，包括：获取配电网的原始数据；根据原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，节点包括负荷节点和无功源；将电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；基于最优分区方案，将电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。本发明通过分区使得每个区域都有足够的无功条件能力，通过主导节点进行无功补偿改善有源配电网无功电压控制效果；避免无功在配电网中远距离传输，实现无功的就地平衡。
本发明还综合考虑了区域无功冗余度指标和区域内外耦合度指标进行配电网分区优化，实现了无功资源的合理分配，提高了配电网无功电压控制的效率；根据可控性和可观性提出了区域内主导节点的选取方法，可以满足有源配电网无功控制的多方面要求；在量测装置不足的情况下改善有源配电网无功电压控制效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种配电网无功控制方法流程示意图；
图2为本发明提供的本发明提供的一种配电网分区及主导节点选择方法流程示意图；
图3为本发明提供的在调节区域内及区域间的无功平衡方法流程示意图；
图4为本发明提供的IEEE 33节点系统3分区结果示意图；
图5为本发明提供的IEEE 33节点系统3分区下的主导节点选择情况示意图；
图6为本发明提供的一种配电网无功控制系统基本结构示意图；
图7为本发明提供的一种配电网无功控制系统详细结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明的目的在于解决各区域内无功资源不合理分配的问题，提供一种配电网无功控制方法，引入区域无功平衡冗余度指标和区域内外耦合度指标作为配电网分区的指标，引入可观性指标和可控性指标作为配电网主导节点选择的指标，通过遗传算法优化求解得到配电网分区方案和主导节点，对越限的主导节点进行分区内的无功补偿，以减少因分区不当导致本区域无功调节对其他区域节点电压的影响，提高区域内无功电压控制的效果。
实施例1：
本发明提供的一种配电网无功控制方法流程示意图如图1所示，包括：
步骤1：获取配电网的原始数据；具体包括：
输入需要分区的配电网络原始数据，包括变压器和线路阻抗、并联无功补偿装置容量等网络参数、各节点有功和无功负荷数据、所需分区个数、求解算法参数。原始数据的来源可以通过有效的量测手段获得，并对需要分区的配电网进行潮流计算。
步骤2：根据原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，节点包括负荷节点和无功源；具体包括：
根据步骤1提供的配电网原始数据计算各节点的电气距离。定义任意两个节点i和j之间的电气距离为：
Dij＝-lg(σij×σji)
式中：σij为当某一节点j无功注入变化ΔQj时，另一节点i处电压幅值变化ΔVi对节点j处电压幅值变化ΔVj的灵敏度，即：
Figure BDA0002400745210000071
式中：Vi为节点i的电压幅值，Vj和Qj分别为节点j的电压幅值和无功功率。
在计算电气距离矩阵时，将装设有无功源的负荷节点等效为两个节点，即一个不带无功源的纯负荷节点以及一个无功源节点，并将无功源节点简化成PQ节点进行潮流计算，因此电气距离矩阵包含了配电网中所有节点的信息，矩阵D可以表示为：
Figure BDA0002400745210000072
式中：DLL为负荷节点之间的电气距离子矩阵；DLG表示负荷节点与无功源之间的电气距离子矩阵，DGL表示无功源与负荷节点之间的电气距离子矩阵，DLG和DGL体现了无功源对负荷节点电压的控制能力；DGG表示无功源之间的电气距离子矩阵。
步骤3：将电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；具体包括：
本发明提供的分区指标包括区域无功平衡冗余度指标和区域内外耦合度指标。区域无功平衡冗余度可以表示为：
Figure BDA0002400745210000073
Figure BDA0002400745210000074
Figure BDA0002400745210000081
式中：K为分区个数，k＝1,…,K；
Figure BDA0002400745210000088
和
Figure BDA0002400745210000089
分别为区域k内可用无功源的无功上限和无功负荷；Gk和Lk分别为区域k内无功源和负荷节点总数；
Figure BDA0002400745210000082
为区域k当前运行状态下中枢节点的电压优化设定值；
Figure BDA0002400745210000083
和
Figure BDA0002400745210000084
分别表示区域k运行在可行无功上限、可行无功下限两种状态时中枢节点电压值。其中，中枢节点指电网中被关注且已经加装监测的重要节点。
定义区域k内耦合度为：
Figure BDA0002400745210000085
定义区域k外耦合度为：
Figure BDA0002400745210000086
进一步地，步骤3中根据区域无功平衡冗余度和区域内耦合度与区域外耦合度的重要程度确定三个指标的权重系数α1，α2和α3，有
α1+α2+α3＝1
含高渗透率分布式光伏的配电网无功优化分区模型即分区模型可表示为：
min
Figure BDA0002400745210000087
分区优化模型可通过遗传算法求解。本发明根据配电网辐射状网络结构的特点，本发明根据配电网辐射状网络结构的特点，采用二进制编码方式对每条支路分配一个基因位，用基因位0/1表示该支路在区域划分时连接/断开状态。
步骤4：基于最优分区方案，将电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；具体包括：
本发明提供的主导节点选择的指标包括可观性指标和可控性指标。分区要求主导节点能代表整个区域负荷节点的电压水平，而其他负荷节点到主导节点的电气距离能表示其他负荷节点电压幅值变化对主导节点电压的影响，符合可观性的概念，因此子区域k中任意节点i的可观性指标定义为：
Figure BDA0002400745210000091
主导节点可控性是指主导节点能被该区域内无功源调节至设定范围内，所以要求主导节点与无功源的电气耦合联系紧密。本文定义子区域k中任意节点i的可控性指标如下：
Figure BDA0002400745210000092
根据可观性指标和可控性指标的重要程度确定两个指标的权重系数β1和β2，有：
β1+β2＝1
所以含高渗透率分布式光伏的配电网主导节点选择模型可表示为：
min F2＝β1·ωOi+β2·ωCi
主导节点选择的优化模型可通过遗传算法求解。
步骤1-步骤4流程如图2所示。
步骤5：对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。包括：
监测分布式光伏接入点电压信息及相关数据，判断节点电压是否越限。若电压越限，则令离该区域电气距离最小的无功源改变出力进行无功补偿；若仍然电压越限，则令电气距离次之的无功源参与调节进行无功补偿。具体过程如图3所示，包括：
在各区域接受本地测量的电压信息；
判断电压偏差是否超过规定值，即判断判断是否发生电压越限：
如果否，则继续接受本地测量的电压信息；
如果是，则令区域内电气距离最小的分布式电源DG即无功源改变无功出力电压；
判断测量得到的电压是否超过规定值，即是否发生电压越限：
如果否，则继续接受本地测量的电压信息；
如果是，依次令电气距离次之的DG参与调解，直到不再发生电压越限。
实施例2：
在IEEE 33节点配电系统中进行仿真计算，系统基准电压12.66kV，基准容量10MVA。高渗透率光伏接入33节点配电网网络结构见图4，分布式电源作为无功源分别接入节点7、10、13、15、17、19、23、26、28、31，其他节点均为负荷节点；分布式电源容量均为0.1p.u.；该配电网光伏渗透率为50％；分区数k＝3；配电网分区指标区域无功平衡冗余度指标权重系数为0.5，区域内外耦合度指标权重系数均为0.25，即α1＝0.5，α2＝α3＝0.25；配电网主导节点选择指标可控性指标和可观性指标权重系数均为0.5，即β1＝β2＝0.5。
(1)对接入分布式电源的IEEE 33节点系统进行潮流计算，得到需要的网络参数，即各个节点间的电压和无功，计算得到每个节点间的电压无功灵敏度σij。在进行计算时，可将带有无功源的负荷节点等效为两个节点，即一个不带无功源的纯负荷节点和一个无功源节点，并将无功源节点简化成PQ节点带入潮流计算公式；
(2)根据电气距离矩阵
Figure BDA0002400745210000101
得到各个节点间的电气距离；
(3)对配电网系统各个节点进行编码，即对32位编码取两个断开点。综合考虑分区模型中区域无功平衡冗余度指标
Figure BDA0002400745210000102
和区域内、外耦合度
Figure BDA0002400745210000103
计算出最优的两个断开节点：节点5和节点25；
(4)对三个分区的系统进行最优主导节点选择，综合考虑可观性指标ωOi和可控性ωCi，得到三个最优主导节点：2，12，29，如图5所示；
(5)对分区完成的系统进行模拟电压越限测试。将未分区系统在发生电压越限情况时的电网参数输入经过分区的系统，系统没有发生电压越限情况。说明经过本方案的分区，系统的无功资源分配更加合理，配电网无功电压控制的效率得以提高。
实施例3：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电网无功控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与配电网无功控制方法相似，重复之处不再赘述。
该系统基本结构如图6所示，包括：数据采集模块、电气距离模块、电网分区模块、主导节点模块和无功补偿模块；
其中，数据采集模块，用于获取配电网的原始数据；
电气距离模块，用于根据原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，节点包括负荷节点和无功源；
电网分区模块，用于将电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；
主导节点模块，用于基于最优分区方案，将电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；
无功补偿模块，用于对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。
配电网无功控制系统详细结构如图7所示。该系统还包括：分区模型模块和主导节点选择模型模块；
分区模型模块，用于以最小化区域无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度为目标，并分别根据无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的重要程度，确定无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的权重，建立分区模型；
主导节点选择模型模块，用于以最小化可观性指标和可控性指标为目标，并分别根据主导节点可观性和可控性重要程度，确定可观性指标和可控性指标的权重，建立主导节点选择模型。
其中，电网分区模块包括：分区数据输入单元和分区求解单元；
分区数据输入单元，用于将电气距离输入预先建立的分区模型；
分区求解单元，用于采用遗传算法求解分区模型，得到配电网的最优分区方案。
其中，主导节点模块包括：节点数据输入单元和主导节点求解单元；
节点数据输入单元，用于基于最优分区方案，将电气距离输入预先建立的主导节点选择模型；
主导节点求解单元，用于采用遗传算法求解主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点。
其中，无功补偿模块包括：无功源序列单元和补偿单元；
无功源序列单元，用于针对发生电压越限的主导节点，根据到主导节点的电气距离按照从小到大排序，得到主导节点所在分区内无功源序列；
补偿单元，用于从无功源序列中依次选择无功源进行无功补偿，直到主导节点的电压不再越限。
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:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网无功控制方法，其特征在于，包括：
获取配电网的原始数据；
根据所述原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，所述节点包括负荷节点和无功源；
将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；
基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；
对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分区模型的建立，包括：以最小化区域无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度为目标，并分别根据无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的重要程度，确定无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的权重，建立分区模型；
所述主导节点选择模型的建立，包括：以最小化可观性指标和可控性指标为目标，并分别根据主导节点可观性和可控性重要程度，确定可观性指标和可控性指标的权重，建立主导节点选择模型。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分区模型如下式所示：
min
Figure FDA0002400745200000011
其中，min F1表示分区模型的目标函数；
Figure FDA0002400745200000012
表示区域无功平衡冗余度，α1表示
Figure FDA0002400745200000013
的权重；
Figure FDA0002400745200000014
表示区域内耦合度，α2表示
Figure FDA0002400745200000015
的权重，
Figure FDA0002400745200000016
表示区域外耦合度，α3表示
Figure FDA0002400745200000017
的权重；
式中，区域无功平衡冗余度
Figure FDA0002400745200000018
的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000019
式中，K表示分区后的区域总个数；
Figure FDA00024007452000000110
表示区域k内第ik个可用无功源的无功上限；
Figure FDA00024007452000000111
表示区域k内第jk个无功负荷；Gk表示区域k内无功源的个数，Lk表示区域k内负荷节点个数；uk和lk分别均为中间变量；
uk的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000021
lk的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000022
式中，
Figure FDA0002400745200000023
为区域k当前运行状态下中枢节点的电压优化设定值；
Figure FDA0002400745200000024
表示区域k运行在可行无功上限时中枢节点的电压值，
Figure FDA0002400745200000025
表示区域k运行在可行无功下限时中枢节点的电压值；
区域内耦合度
Figure FDA0002400745200000026
的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000027
式中，DLL表示负荷节点之间的电气距离子矩阵；DLL基于负荷节点之间的电气距离得到；i和j分别表示节点编号；
区域外耦合度
Figure FDA0002400745200000028
的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000029
式中，DGL表示无功源与负荷节点之间的电气距离子矩阵；DGL基于无功源与负荷节点之间的电气距离得到。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主导节点选择模型的计算式如下：
min F2＝β1·ωOi+β2·ωCi
式中，min F2表示主导节点选择模型的目标函数；ωOi表示节点i的可观性指标，β1表示的ωOi权重；ωCi表示节点i的可控性指标，β2表示ωCi的权重；i和j分别表示节点编号；
节点i的可观性指标ωOi的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000031
节点i的可控性指标ωCi的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000032
式中，Gk表示区域k内无功源的个数，Lk表示区域k内负荷节点个数；DLL表示负荷节点之间的电气距离子矩阵，DLL基于负荷节点之间的电气距离得到；DLG表示负荷节点与无功源之间的电气距离子矩阵；DLG基于负荷节点与无功源之间的电气距离得到。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述电气距离的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000033
式中，D表示配电网中各节点间的电气距离构成的电气距离矩阵，DGG表示无功源之间的电气距离子矩阵，DGG基于无功源之间的电气距离得到；D中元素为节点i与节点j间电气距离Dij，Dij的计算式如下：
Dij＝-lg(σij×σji)
式中，σij表示节点j无功注入变化ΔQj时，节点i处电压幅值变化ΔVi对节点j处电压幅值变化ΔVj的灵敏度，灵敏度σij的计算式如下：
Figure FDA0002400745200000041
式中，Vi为节点i的电压幅值；Vj为节点j的电压幅值；Qj为节点j的无功功率。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案，包括：
将所述电气距离输入预先建立的分区模型；
采用遗传算法求解所述分区模型，得到配电网的最优分区方案。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点，包括：
基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型；
采用遗传算法求解所述主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿，包括：
针对发生电压越限的主导节点，根据到所述主导节点的电气距离按照从小到大排序，得到所述主导节点所在分区内无功源序列；
从所述无功源序列中依次选择无功源进行无功补偿，直到所述主导节点的电压不再越限。
9.一种配电网无功控制系统，其特征在于，包括：数据采集模块、电气距离模块、电网分区模块、主导节点模块和无功补偿模块；
所述数据采集模块，用于获取配电网的原始数据；
所述电气距离模块，用于根据所述原始数据，计算配电网中各节点间的电气距离，所述节点包括负荷节点和无功源；
所述电网分区模块，用于将所述电气距离输入预先建立的分区模型，得到配电网的最优分区方案；
所述主导节点模块，用于基于所述最优分区方案，将所述电气距离输入预先建立的主导节点选择模型，得到各分区中的主导节点；
所述无功补偿模块，用于对各分区内主导节点电压进行监测，判断是否有电压越限，并对电压越限的主导节点进行分区内无功补偿。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括分区模型模块和主导节点选择模型模块；
所述分区模型模块，用于以最小化区域无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度为目标，并分别根据无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的重要程度，确定无功平衡冗余度、区域内耦合度和区域外耦合度的权重，建立分区模型；
所述主导节点选择模型模块，用于以最小化可观性指标和可控性指标为目标，并分别根据主导节点可观性和可控性重要程度，确定可观性指标和可控性指标的权重，建立主导节点选择模型。
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CN114024321A (zh) * 2021-11-15 2022-02-08 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种配电网无功电压分层自组织控制模型及方法
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