配电网广域无功优化运行方法

摘要

一种配电网广域无功优化运行方法，属于电力系统配电网的无功补偿技术领域。本发明利用计算机，通过程序，先输入配电网及其各无功补偿装置的基础数据，再计算各无功补偿装置的补偿范围及其优先级别，然后根据各无功补偿装置的补偿范围及配电网的根节点和各补偿点的实时量测信息，计算各无功补偿装置的投切容量，并控制各电容器组进行投切。本发明具有充分考虑配电网整体的电压无功运行状况，极大提高补偿设备的利用率，并能降低配电网的功率损耗和电压损耗，提高配电网的电压质量，保证用电设备在额定工况下运行，有显著的社会和经济效益等特点。本发明可广泛应用于电力系统配电网的电压无功优化运行与控制。

主权项

1.一种配电网广域无功优化运行方式，利用计算机，通过程序，计算各无功补偿装置的投切容量并控制各电容器组的正常投切，其特征在于所述方法的具体步骤如下：(1)输入基础数据首先输入配电网的基础数据、各无功补偿装置的基础数据、各无功补偿装置的历史投切数据以及配电网根节点和各无功补偿点量测数据，其中，配电网的基础数据包括各节点的基础数据，即节点编号、节点所在电压等级、节点电压上限、节点下限线路；各线路的基础数据，即线路首末节点编号、电阻、电抗、电纳、额定电压；各配电变压器的基础数据，即配电变压器所带负荷编号、两侧所在节点编号、电阻、电抗、电导、电纳、变比、额定容量、高压侧额定电压、低压侧额定电压，各无功补偿装置的基础数据包括补偿电容器组所在节点号、单组补偿容量、组数、总补偿容量、最大补偿容量、最小补偿容量，各无功补偿装置的历史投切数据包括前一时刻各无功补偿装置电容器投切前后的容量数据以及配电网根节点和各无功补偿点的电压数据，配电网根节点和各无功补偿点的量测数据包括当前时刻的实测电压、有功功率、无功功率；(2)计算各无功电源的控制优先级别及控制范围第(1)完成后，根据配电网各节点的连接关系，利用广度优先搜索算法确定各无功电源，即包括，配电网根节点和各无功补偿装置的控制优先级别，过程如下：对配电网中的根节点和无功补偿装置，从根节点开始，并将根节点标为0级，与第0级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第1级，与第1级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第2级，如此下去，利用广度优先搜索无功补偿装置所在节点，直到所有无功补偿装置都被搜索到，并将最后一个无功补偿装置标为第m级，m级是无功电源的最高控制优先级，0级表示配电网根节点；定义第k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的等值损耗：(1) 式中：L_ki为第k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的网络等值损耗；S_k为第第k个负荷所在配电变压器的容量；R_k-i为连接第k个负荷所在节点与无功电源点i的所有支路，即包括线路和变压器支路电阻之和；将第k个负荷接入等值损耗最小的无功电源点，则第k个负荷所在配变将属于该无功电源点的控制范围，计算所有负荷与无功电源对应的等值损耗，直到所有负荷都接入相应的无功电源点； (3)计算各无功补偿装置的投切容量比第(2)步完成后，计算除配电网根节点外各无功电源，即各无功补偿装置的投切容量比；首先定义第j个无功补偿装置的投切容量比(2)式中：α_j为第j个无功补偿装置的投切容量比；T为整个配电网中配变的集合；S_t为第t个配变的容量；T_j为第j个无功补偿装置控制范围内配变的集合，S_tj为第t_j个配变的容量；根据第(2)步的计算结果，结合各无功补偿装置控制范围计算各补偿装置的投切容量比；(4)计算电压无功灵敏度矩阵第(3)完成后，计算电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵；首先确定电压监测点为配电网根节点和无功补偿装置所在节点；然后确定电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵S_UQ：(3)式中：S_UQ为一个(m+1)×m维的矩阵；dU_i/dQ_Cj为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度；然后计算S_UQ中各元素的值，计算公式为：(4)式中：dU_i/dQ_Cj为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度；   ΔQ_Cj是补偿节点j补偿容量的变化量；ΔU_i是补偿容量变化后电压监测点i电压的变化量；求得到S_UQ中各元素的值之后，按照公式(3)形成S_UQ；(5)计算各无功补偿装置的投切容量第(4)完成后，首先计算配电网无功总负荷Q_L，计算公式为：(5)式中：Q_L为配电网无功总负荷；Q₁是当前时刻配电网根节点无功功率量测值；是第j个无功补偿装置上一时刻电容器补偿容量，写成向量形式则为；再根据各低压无功补偿装置的投切容量比，计算各无功补偿装置控制范围内的无功需求，第j个无功补偿装置控制范围内无功需求的计算公式为：(6)式中：Q′_Cj-Need为第j个无功补偿装置控制范围内无功需求；α_j为第j个无功补偿装置的投切容量比；Q_L为配电网无功总负荷；当第j个无功补偿装置的补偿容量有剩余，而该无功补偿装置附近的无功补偿装置补偿容量不足时，将剩余补偿容量优先补偿控制优先等级比自己高的无功补偿装置的控制范围内的无功需求，然后补偿控制优先等级比自己低的无功补偿装置的控制范围内的无功需求；重新计算无功补偿装置的无功需求，计算公式为：(7)或(8)式中：Q_Cj-Need为重新计算后的第j个无功补偿装置控制范围内无功需求；α_j为第j个无功补偿装置的投切容量比；Q_L为配电网无功总负荷；ΔQ_j-Need为第j个无功补偿装置支援附近无功补偿装置的无功容量；然后考虑约束条件，计算各无功补偿装置的投切容量，以各无功补偿装置电容器实际投切容量与其控制范围内的负荷无功需求的差值之和最小为目标函数，以电压监测节点电压上下限、无功补偿节点补偿量限制、无功补偿节点变压器容量限制为约束条件，可以将配电网广域无功优化模型用公式表示如下：目标函数：j=1，2，…，m                         (9)约束条件：电压合格约束：(10)无功补偿装置出力约束：(11)无功补偿点配变变容量约束：(12)式中：Q_Cj表示第j个无功补偿节点的电容器无功补偿容量，当补偿装置采用电容器组作为无功电源时，Q_Cj为离散量，写成向量形式为；Q_Cj-Need为第j个无功补偿装置的无功需求；U为各电压监测点的电压向量，U=[U₀, U_1,…,U_i,…,U_m]^T，U_max、U_min分别表示电压监测点的电压幅值上下限向量；Q_max、Q_min分别表示各无功补偿装置容量上下限向量；P_j表示第j个无功补偿装置所在负荷的有功功率，Q_j表示第j个无功补偿装置所在负荷的有功功率，S_NTj表示第j个变压器容量上限；公式(10)中计算电容器投切后下一时刻各电压监测点的电压向量U的公式为(13)式中：U=[U₀, U_1,…,U_i,…,U_m]^T；U⁰为当前时刻各电压监测点的电压向量；S_UQ是电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵；Q_C是无功补偿装置的电容器补偿容量向量；是无功补偿装置上一时刻补偿容量向量；当规模不大时，用枚举法求解公式(9)~(12)问题得到Q_C，即求得各补偿装置的投切容量向量； (6)输出各无功补偿装置的投切容量第(5)步完成后，先输出解得的无功补偿装置投切容量向量ΔQ_C，即为各无功补偿装置电容量的投切量；再分别投切各无功补偿装置的电容器，并记录投切前后电容器补偿容量和电压监测点幅值变化电压情况，以作为下一时刻的输入数据。