CN116979552B - 一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，确立目标台区的线路参数矩阵；从拓扑矩阵末列杆塔结点开始，依次向首列杆塔结点推进，计算所有杆塔结点的总有功负荷矩阵和总无功总负荷矩阵；确立待投入的固定容量电容补偿器的数量b，并根据种补偿点位组合更新所有杆塔结点的有功负荷矩阵、杆塔挂接无功负荷矩阵、杆塔结点电压矩阵；计算台区线路线损目标函数，目标函数最小值对应的补偿点位组合即获得目标最优组合；将b个固定容量电容补偿器安装在已求得的目标最优组合对应杆塔位置对线损进行补偿。本发明针对有限个固定容量电容补偿器确定合理的补偿点分布，达到有限补偿点位的最优补偿效果，计算量小，便于实施和推广。

Description

一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法

技术领域

本发明涉及一种台区线损补偿方法，具体涉及一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法。

背景技术

由于发电厂发出的电能需要通过电缆、架空线等线路传输至用户，而电缆等线路的电阻不为零，因此会产生电能损耗，即通常所说的线损。线损是能源的浪费，因此必须采取一切可能的措施来减少线损。线损又根据供电电压等级不同，分为高压线损、配网10kV线损以及低压台区380V线损。

低压台区380V线损分为楼宇低压台区和农村低压台区。对于楼宇台区来说，供电半径一般较短，所以变压器自身损耗等是影响线损的主要因素。但是对于农村低压台区来说，长线路问题普遍存在，是必须考虑的影响线损因素。特别是我国南方的一些地区，很多台区低压网络存在大量鱼蟹养殖用户负载，用户分布分散，台区供电半径较长，且存在大量补氧用感性电机负载，季节性和集中性负荷使得台区线路压降较大、线损较高、波动性强。最严重时，台区供电末端的电压压降甚至能达到50V以上，严重影响用户用电质量。

对于长线路且存在大量末端感性负荷用户的低压台区来说，采用无功补偿可以有效的提高功率因数，降低因感性电流引起的线路损耗，大大压降线损从而提质增效。无功补偿一般主要由电容器补偿和采用电力电子技术的静态无功发生器等实现，由于台区用户数量巨大，就地补偿不可能采用大成本的动态补偿设备，所以小电容就地补偿更加符合实际。但是小电容的数量也是有限的，比如有些台区用户数达50户以上且大多挂接在不同杆塔上，基于成本控制，可使用的固定容量小电容补偿器数量不足10个。此时如何便捷、合理的选择合适的补偿点就成了能否有效补偿的关键因素了。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，针对有限个固定容量电容补偿器，确定合理的补偿点分布，达到有限补偿点位的最优补偿效果，计算量小，实施可行性强。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：利用配网系统软件获取目标台区的线路、设备和用户的参数池，并确立目标台区线路拓扑矩阵[node]_i×j、杆塔结点总数B、杆塔间距矩阵[l]_i×j、杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_i×j、杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j和杆塔结点电压矩阵[u]_i×j；

步骤二：从拓扑矩阵[node]_i×j末列杆塔结点开始，依次向首列杆塔结点推进，计算所有杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q]_i×j；

步骤三：确立待投入的固定容量电容补偿器的数量b，并根据种补偿点位组合更新所有杆塔结点的有功负荷矩阵[P’]_i×j、杆塔挂接无功负荷矩阵[Q’]_i×j、杆塔结点电压矩阵[u’]；

步骤四：计算台区线路线损目标函数，目标函数最小值对应的补偿点位组合即获得目标最优组合；

步骤五：将b个固定容量电容补偿器安装在已求得的目标最优组合对应杆塔位置对线损进行补偿。

进一步的，所述步骤一中配网系统软件包括线损同期系统、用户采集系统、PMS系统。

进一步的，所述步骤一中拓扑矩阵[node]_i×j为：将台区首杆塔定义为(1,1)；后续杆塔按序号依次为(1,2)、(1,3)、(1,4)...；若从某杆塔(x,y)处有z个分支，则从该杆塔(x,y)开始进行分支编码为第一分支(x,y+1)、(x,y+2)、(x,y+3)、(x,y+4)...；第二分支(x+1,y+1)、(x+1,y+2)、(x+1,y+3)、(x+1,y+4)...；直至(x+z,y+1)、(x+z,y+2)、(x+z,y+3)、(x+z,y+4)...；z个分支分配好后，原x+1行依次变为x-1+z行；矩阵中分配杆塔的元素，一律赋值1；未分配杆塔的元素，一律赋值0；最终获得台区线路拓扑矩阵[node]_i×j；

所述步骤一中杆塔结点总数B为：B＝∑node_kh；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔间距矩阵[l]_i×j为：若node_kh＝0，则l_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_i×j为：p_ij由用户采集系统获得；此外若node_kh＝0，则p_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j为：由用户采集系统获得p_ij和功率因数/>则/>此外若node_kh＝0，则q_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔结点电压矩阵[u]_i×j为：由用户采集系统获得u_ij；此外若node_kh＝0，则u_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j。

进一步的，所述步骤二中所有杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q]_i×j的计算方法为：

从node_ij结点开始依次向前计算，一直计算到node_i1，完成第i行；然后从node_(i-1)j结点开始依次向前计算，一直计算到node_(i-1)1，完成第i-1行...然后i-2行、i-3行直至所有结点计算完毕；

其中ρ_R为单位长度电缆等效电阻，branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则P_kh＝0；

Q_k(h-1)＝Q_kh+q_k(h-1)+∑_t＝k+1→i[Q_th·branch_th]；

其中branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则Q_kh＝0。

进一步的，所述步骤三中待投入的固定容量电容补偿器的数量b，电容补偿器均挂接在杆塔处，对于台区的共B个杆塔，一共有种补偿点分布方式；

假设补偿点位为：node_(k1)(h1)、node_(k2)(h2)、node_(k3)(h3)、...、node_(kb)(hb)，其中1≤k1、k2...kb≤i，且k1、k2...kb均不相同；1≤h1、h2...hb≤j，且h1、h2...hb均不相同；此外补偿点位的node元素值均不为0；

则总有功负荷矩阵[P’]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q’]_i×j的计算方法为：

其中ρ_R为单位长度电缆等效电阻，branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则P′_kh＝0；

Q’_k(h-1)＝Q′_kh+q_k(h-1)-q_B ·sign+∑_t＝k+1→i[Q′_th·branch_th]；其中branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；如果k属于k1、k2...kb之一，且h-1属于h1、h2...hb之一，则sign＝1；否则sign＝0；q_B是该补偿点位待投入的电容补偿器的容量；

若node_kh＝0，则Q′_kh＝0；

杆塔结点电压矩阵[u’]＝[u]。

进一步的，所述步骤四中目标最优组合为：

假设各杆塔间线路上的损耗为[p-loss]_i×j，则若i＝1，则p-loss＝0；若i≠1，则

台区总线路损耗近似为：

P_-loss＝∑p-loss_kh；

针对种补偿点分布方式，求出/>个不同补偿点分布的台区总线路损耗{P-loss}集合，其中最小值Min({P-loss})对应的补偿点分布方案，即为目标最优组合。

与现有技术相比，本发明有益效果为：针对有限个固定容量电容补偿器，通过算法确定合理的补偿点分布，达到有限补偿点位的最优补偿效果；计算量小，便于实施和推广；由于配网台区数量巨大，台区线路走向复杂多变，小电容器补偿点选择和最终安装工作，实际中多由更了解台区工况的台区经理负责完成，本发明计算量小，实施可行性强，更易于台区经理接受、掌握和推广。后期还可将本发明固化为软件程序，只留有外部接口，进一步将复杂问题简单化处理。对时令集中负荷的适用性强。南方农网很多台区低压网络存在鱼蟹养殖用户，季节性和时令性集中负荷使得台区线路压降较大、线损较高、波动性强。利用本发明的便利性和计算量小等特点，可以定期更新电容补偿点的目标最优组合，根据季节特性，改变电容补偿点位，从而达到最优补偿目标。

附图说明

图1为本发明整体流程图。

图2为本发明实施例中某台区线路拓扑和用户挂接点图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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。

实施例：

如图1所示一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，步骤一：利用配网系统软件获取目标台区的线路、设备和用户的参数池，并确立目标台区线路拓扑矩阵[node]_i×j、杆塔结点总数B、杆塔间距矩阵[l]_i×j、杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_i×j、杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j和杆塔结点电压矩阵[u]_i×j；

拓扑矩阵[node]_i×j确立方法为：将台区首杆塔定义为(1,1)；后续杆塔按序号依次为(1,2)、(1,3)、(1,4)...；若从某杆塔(x,y)处有z个分支，则从该杆塔(x,y)开始进行分支编码为第一分支(x,y+1)、(x,y+2)、(x,y+3)、(x,y+4)...；第二分支(x+1,y+1)、(x+1,y+2)、(x+1,y+3)、(x+1,y+4)...；直至(x+z,y+1)、(x+z,y+2)、(x+z,y+3)、(x+z,y+4)...；z个分支分配好后，原x+1行依次变为x-1+z行；矩阵中分配杆塔的元素，一律赋值1；未分配杆塔的元素，一律赋值0；最终获得台区线路拓扑矩阵[node]_i×j；按照此方法某台区线路拓扑和用户挂接点如图2所示，共有14根杆塔，11个用户。

根据PMS系统确立目标台区线路拓扑矩阵[node]_i×j：

杆塔间距矩阵[l]_i×j：/>杆塔结点总数B＝14；

根据用户采集系统，获取用户有功功率、功率因数、用户电压等参数如表1：

表1

则杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_5×8：

利用公式可求得杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j：

和杆塔结点电压矩阵[u]_i×j：

步骤二：从拓扑矩阵[node]_5×8末列杆塔结点开始，依次向首列杆塔结点推进，计算所有杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_5×8和总无功总负荷矩阵[Q]_5×8杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q]_i×j的计算方法为：

从node_ij结点开始依次向前计算，一直计算到node_i1，完成第i行；然后从node_(i-1)j结点开始依次向前计算，一直计算到node_(i-1)1，完成第i-1行...然后i-2行、i-3行直至所有结点计算完毕；

其中ρ_R为单位长度电缆等效电阻，branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则P_kh＝0；

Q_k(h-1)＝Q_kh+q_k(h-1)+∑_t＝k+1→i[Q_th·branch_th]；

其中branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则Q_kh＝0；

假设ρ_R＝0.0175Ω/m，则

步骤三：假设待投入的电容补偿器的数量为b＝3个，每个电容补偿器固定容量为5kVar。需要确定这3个电容补偿器具体安装挂接在14根杆塔中的哪3个。首先，一共有种补偿点位组合，需要更新上述364种组合对应的所有杆塔结点的有功负荷矩阵[P’]_5×8、杆塔挂接无功负荷矩阵[Q’]_5×8、杆塔结点电压矩阵[u’]。

[P’]_5×8、[Q’]_5×8是在步骤二中已计算的[P]_5×8、[Q]_5×8基础上获得。假如3个电容补偿器安装在杆塔(2,4)、(4,4)、(4,7)处，则

由于364种情况对应364个[P’]_5×8，其他363种类似可以得出，篇幅原因，其他情况此处不再详述。

步骤四：假设各杆塔间线路上的损耗为[p-loss]_i×j，则若i＝1，则p-loss＝0；若i≠1，则

台区总线路损耗近似为：

P_-loss＝cp-loss_kh；

求取对应364种电容补偿点位情况下的台区总线损，目标函数最小值对应的补偿点位组合即获得目标最优组合。求出364种台区总线损P_-loss中最大值为1.3617，最小值为0.9133，而最小值对应的电容安装点位组合为(4,7)、(4,8)和(5,8)即为最优目标最优组合。

步骤五：将3个5kVar固定容量电容补偿器安装在(4,7)、(4,8)和(5,8)杆塔位置，即可实现有限个固定电容补偿器条件下的最优线损补偿。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用配网系统软件获取目标台区的线路、设备和用户的参数池，并确立目标台区线路拓扑矩阵[node]_i×j、杆塔结点总数B、杆塔间距矩阵[l]_i×j、杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_i×j、杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j和杆塔结点电压矩阵[u]_i×j；

步骤二：从拓扑矩阵[node]_i×j末列杆塔结点开始，依次向首列杆塔结点推进，计算所有杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q]_i×j；

步骤三：确立待投入的固定容量电容补偿器的数量b，并根据种补偿点位组合更新所有杆塔结点的有功负荷矩阵[P’]_i×j、杆塔挂接无功负荷矩阵[Q’]_i×j、杆塔结点电压矩阵[u’]；

所述步骤三中待投入的固定容量电容补偿器的数量b，电容补偿器均挂接在杆塔处，对于台区的共B个杆塔，一共有种补偿点分布方式；

假设补偿点位为：node_(k1)(h1)、node_(k2)(h2)、node_(k3)(h3)、...、node_(kb)(hb)，其中1≤k1、k2...kb≤i，且k1、k2...kb均不相同；1≤h1、h2...hb≤j，且h1、h2...hb均不相同；此外补偿点位的node元素值均不为0；

则总有功负荷矩阵[P’]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q’]_i×j的计算方法为：

其中ρ_R为单位长度电缆等效电阻，branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则P'_kh＝0；

Q′_k(h-1)＝q′_kh+q_k(h-1)-q_B·sign+∑_t＝k+1→i[q′_th·branch_th]；

其中branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；如果k属于k1、k2...kb之一，且h-1属于h1、h2...hb之一，则sign＝1；否则sign＝0；q_B是该补偿点位待投入的电容补偿器的容量；

若node_kh＝0，则Q'_kh＝0；

杆塔结点电压矩阵[u’]＝[u]；

步骤四：计算台区线路线损目标函数，目标函数最小值对应的补偿点位组合即获得目标最优组合；

所述步骤四中目标最优组合为：

假设各杆塔间线路上的损耗为[p-loss]_i×j，则若i＝1，则p-loss＝0；若i≠1，则

台区总线路损耗近似为：

P_-loss＝∑p-loss_kh；

针对种补偿点分布方式，求出/>个不同补偿点分布的台区总线路损耗{P-loss}集合，其中最小值Min({P-loss})对应的补偿点分布方案，即为目标最优组合；

步骤五：将b个固定容量电容补偿器安装在已求得的目标最优组合对应杆塔位置对线损进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，其特征在于：所述步骤一中配网系统软件包括线损同期系统、用户采集系统、PMS系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，其特征在于：

所述步骤一中拓扑矩阵[node]_i×j为：将台区首杆塔定义为(1,1)；后续杆塔按序号依次为(1,2)、(1,3)、(1,4)...；若从某杆塔(x,y)处有z个分支，则从该杆塔(x,y)开始进行分支编码为第一分支(x,y+1)、(x,y+2)、(x,y+3)、(x,y+4)...；第二分支(x+1,y+1)、(x+1,y+2)、(x+1,y+3)、(x+1,y+4)...；直至(x+z,y+1)、(x+z,y+2)、(x+z,y+3)、(x+z,y+4)...；z个分支分配好后，原x+1行依次变为x-1+z行；矩阵中分配杆塔的元素，一律赋值1；未分配杆塔的元素，一律赋值0；最终获得台区线路拓扑矩阵[node]_i×j；

所述步骤一中杆塔结点总数B为：B＝∑node_kh；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔间距矩阵[l]_i×j为：若node_kh＝0，则l_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔挂接有功负荷矩阵[p]_i×j为：p_ij由用户采集系统获得；此外若node_kh＝0，则p_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔挂接无功负荷矩阵[q]_i×j为：由用户采集系统获得p_ij和功率因数/>则/>此外若node_kh＝0，则q_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j；

所述步骤一中杆塔结点电压矩阵[u]_i×j为：由用户采集系统获得u_ij；此外若node_kh＝0，则u_kh＝0；其中k、h为正整数，1≤k≤i、1≤h≤j。

4.根据权利要求1所述的一种基于固定个数电容补偿点位选择的台区线损补偿方法，其特征在于：所述步骤二中所有杆塔结点的总有功负荷矩阵[P]_i×j和总无功总负荷矩阵[Q]_i×j的计算方法为：

从node_ij结点开始依次向前计算，一直计算到node_i1，完成第i行；然后从node_(i-1)j结点开始依次向前计算，一直计算到node_(i-1)1，完成第i-1行...然后i-2行、i-3行直至所有结点计算完毕；

其中ρ_R为单位长度电缆等效电阻，branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则P_kh＝0；

Q_k(h-1)＝q_kh+q_k(h-1)+∑_t＝k+1→i[q_th·branch_th]；

其中branch_th是分支判定符号；对于t＝k+1→i，若node_th＝0且node_t(h+1)＝1，则branch_th＝1；否则branch_th＝0；

若node_kh＝0，则Q_kh＝0。