基于关口功率因数线性约束的高压配电网无功控制方法与流程

本发明涉及电力系统的电压无功调节方法，特别涉及基于关口功率因数线性约束的高压配电网无功控制方法。

背景技术：

目前电力系统配电网存在自动化水平较低、数据庞大、拓扑复杂的特点，导致系统无功电压调节能力立往往无法满足网络中无功的“分层”就地平衡需求，由此带来的电压质量问题与经济运行问题日趋突出。

对于当前高压配电网的网架特点及运行特点，现代优化算法会存在收敛困难或收敛点不合理等问题。

针对目前高压配电网无功规划现状，本发明基于无功潮流经济分配原则与无功分层就地补偿原则，对高压配电网进行电压无功控制，该方法通过对高压配电网两级关口功率因数的整定调节，使网络中无功潮流趋于合理，该方法在尽可能满足无功就地平衡基础上能有效的提高全网的电压质量与降损效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决高压配电网电压无功调节问题，使电网在保证电压合格的前提下经济运行。

本发明提出一种基于关口功率因数线性约束的高压配电网无功控制方法，包括以下步骤：

(1)采集网络结构参数，读取网络运行参数，计算初始潮流。

(2)根据网络初始潮流，并结合地区无功负荷特性与电压无功调节能力，确定目标调节参数：V_min；V_max。

(3)进行110kV变电站的就地无功平衡调节。通过控制110kV变电站变低侧补偿装置的投切，调节结束后计算网络潮流，得到110kV线路首端的无功分配度φ_cp。

(4)进行220kV变电站全局无功电压调节。结合第一次调节结果，通过确定220kV变电站变低侧补偿装置的投切。调节结束后再次计算网络潮流。

(5)综合分析两次调节结果，对于仍未能满足电压安全约束的节点进一步增加动态无功调节设备，整定潮流结果，确定最终补偿装置投切方案，结束无功补偿调节。

进一步地，步骤(2)所述的目标调节参数：V_min，V_max分别是指110kV变电站高压关口处功率因数的最小和最大允许值；220kV变电站高压关口处功率因数的调节整定值以及整个高压配电网三个电压等级(110kV、35kV、10kV)的调节电压限值。以上调节参数从电压调节手段和目标两方面作出限定，其取值可通过当地电网运行人员就其高压配电网现状情况(如网络拓扑特点、无功负荷特性、无功电压现状、供电分区类型等)进行定制。

进一步地，步骤(3)所述的110kV线路首端的无功分配度φ_cp是指220kV变电站中压母线出线处的无功交换量与此时110kV变电站的无功负荷之比，如式(1)：

φ_cp＝Q_pi/Q_Ti (1)

进一步地，110kV变电站高压关口处的功率因数调节目标由式(2)获得：

其中α_j为110kV变电站负载率。

进一步地，220kV变电站高压关口处的功率因数调节目标由式(3)获得：

进一步地，步骤(1)所采集网络结构参数包括网络拓扑结构；变压器、导线、无功补偿装置型号及参数，网络运行参数包括断面负荷值；运行负荷自然功率因数；监测节点运行电压；补偿装置投入量，并通过牛顿-拉夫逊法进行网络初始潮流计算以整定网络初始现状。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)通过两级无功设备的协同补偿有效地提高了高压配电网电压调节能力，实现了高压配电网无功“分层”就地平衡的调节目标。

(2)弥补了现代优化算法在面对复杂网络结构时出现的收敛困难或收敛点不合理等问题，以确保网络中所有节点电压运行在安全、经济的范围。

附图说明

图1是基于关口功率因数线性约束的高压配电网无功控制方法的流程示意图。

图2是高压配电网架典型支路示意图。

图3是某实际高压配电网网架拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

图1展示了基于关口功率因数线性约束的高压配电网无功控制方法的具体流程，包括以下调节步骤：

(1)采集网络结构参数，读取网络运行参数，计算初始潮流。

(2)根据网络初始潮流，并结合地区无功负荷特性与电压无功调节能力，确定目标调节参数：V_min，V_max。

(3)进行110kV变电站的就地无功平衡调节。通过控制110kV变电站变低侧补偿装置的投切，调节结束后计算网络潮流，得到110kV线路首端的无功分配度φ_cp。

110kV变电站高压关口处的功率因数调节目标由下式获得：

如图2所示高压配电网架典型支路示意图，经过步骤(3)的负荷侧就地无功平衡调节后，该网架110kV侧无功负荷为Q_Ti，220kV变电站中压侧母线出线处的无功交换量为Q_pi，由此计算出110kV线路首端的无功分配度φ_cp＝Q_pi/Q_Ti，并以此作为步骤(4)全局无功电压调节的整定值。

(4)进行220kV变电站全局无功电压调节。结合第一次调节结果，通过确定220kV变电站变低侧补偿装置的投切。调节结束后再次计算网络潮流。

220kV变电站高压关口处的功率因数调节目标由下式获得：

(5)综合分析两次调节结果，对于仍未能满足电压安全约束的节点进一步增加动态无功调节设备，整定潮流结果，确定最终补偿装置投切方案，结束无功补偿调节。

以下是本发明方法的一个实际实例，本实例选取广东电网的某一个包含110kV典型网架结构的电网进行仿真，图3为网架拓扑结构示意图。

(1)采集网络结构参数，该网架220kV变电站总变电容量为540MVA；下辖的110kV主变共14台，总变电容量为748MVA；该网架实现全电缆渗透且110kV线路平均供电半径为20km，电缆线路型号选取XLPE-1*800，读取该网架小负荷方式下的某一断面数据(包括断面负荷值；运行负荷自然功率因数；监测节点运行电压；补偿装置投入量)，计算初始潮流。

(2)根据网络初始潮流，并结合地区无功负荷特性与电压无功调节能力，确定目标调节参数如下表1：

表1调节参数设定

(3)进行110kV变电站的就地无功平衡调节。通过控制110kV变电站变低侧补偿装置的投切，采集的断面数据中，α_j在20％～30％范围内，由此取调节结束后再次计算网络潮流，得到110kV线路首端的无功分配度φ_cp＝Q_pi/Q_Ti＝-1.007。

(4)进行220kV变电站全局无功电压调节。由第一次调节结束后的φ_cp值为-1.007，确定取由此确定220kV变电站变低侧补偿装置的投切。调节结束后再次计算网络潮流。

(5)两次调节结束后，B₁站变低侧电压仍处于越上限状态，对此站增加动态无功调节设备。整定潮流结果，结束无功补偿调节。调节结果如下表所示

表2实例仿真结果

其中，δ_h、δ_m、δ_l分别为网架内110、35、10kV三个电压等级母线电压越限率，P_loss为对比初始潮流有功网损的网损率。由表2可知，调节完成后，各级母线电压均被拉回到合格范围。且在初始潮流的基础上起到一定的降损效果。

表3关口功率因数对比

由表3可知，优化调节结束后，本层网络与上层关口基本实现无功潮流的零交换，且负荷功率因数的调节效果也较为理想。完成了本层网络无功电力的“自消自纳”。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。