基于非连续函数的无功补偿方法与流程

本发明属于电力系统领域，特别涉及基于非连续函数的无功补偿方法。
背景技术：
：无功补偿投资决策是一项重要的主动服务工作，从用户的角度考虑，适当无功补偿可减少其调电费，降低用电成本；从企业角度考虑，推进无功治理工作可以多方面的节约电网资源，提升供电可靠性和供电质量。政府和供电企业为了鼓励用户开展无功补偿工作，使功率因数尽可能接近1，出台了相应的电费奖罚制度和措施。按功率因数标准0.90、0.85、0.8三档对高压供电电力用户、供电电力排灌站、大工业用户、其他工业用户(包括社队工业用户)等按容量大小进行区分。供电企业为此也制定了功率因数的考核措施，并固化在相关业务信息系统中。根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增减电费。但是目前，对无功补偿的计算方法仍有缺陷，无法准确评估电力用户需要补偿的无功电量和无功容量情况，进而影响无功补偿的投资回报的准确计算。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了对不同类型用户分别进行计算，从而提高无功补偿投资回报精确性的无功补偿方法。为了达到上述技术目的，本发明实施例提出了基于非连续函数的无功补偿方法，所述无功补偿方法，包括：根据用户所属类型不同，确定将功率因数提升至标准值时待补偿的无功容量；如果将无功补偿的功率因数目标值定为所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，获取用户的第一收益值；如果将无功补偿的功率因数目标值提升至高于所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，根据功率因数所处区间，确定用户的第二收益值；根据所述第一收益值和所述第二收益值，确定无功补偿的补偿方式。可选的，所述根据用户所属类型不同，确定将功率因数提升至标准值时待补偿的无功容量，包括：所述用户包括高压供电、低压侧计量的高供低计用户，以及高压供电、高压侧计量的高供高计用户；当所述用户为高供低计用户时，将功率因数提升至标准值时需要补充的无功电量为其中，pj为用户计量装置计量的有功电量，△q为需补偿的无功电量，zx和cosφx皆为用户功率因数，zn和cosφn皆为功率因数考核标准值，qx为与zx对应的无功电量，qn为与zn对应的无功电量，p为有功总需量，ptfe为有功铁损，ptcu为有功铜损，d为当月天数，p0为有功空载损耗功率，k为有功损耗系数；或当所述用户为高供高计用户时，由于变压器损耗已计入计量表计，因此有q＝qj、p＝pj其中，q为无功总需量，p为有功总需量，qj和pj分别为用户计量装置计量的无功电量和有功电量；将功率因数提升至标准值时需要补充的无功电量为其中，pj为用户计量装置计量的有功电量，△q为需补偿的无功电量，zx和cosφx皆为用户功率因数，zn和cosφn皆为功率因数考核标准值，qx为与zx对应的无功电量，qn为与zn对应的无功电量，p为有功总需量，ptfe为有功铁损，ptcu为有功铜损，d为当月天数，p0为有功空载损耗功率，k为有功损耗系数。根据用户为不同类型的情况下计算出的无功电量△q，确定待补偿的无功容量△q其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数。可选的，所述如果将无功补偿的功率因数目标值定为所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，获取用户的第一收益值，包括：根据低压无源无功补偿装置的单价，结合公式一确定将功率因数提高至标准值所需装设的无功补偿装置成本cc＝100*△q其中，△q为待补偿的无功容量；根据无功补偿装置的默认折旧期限n，确定无功补偿装置的投资回报周期t其中，rm为力率调整电费，m为默认折旧期限n后的残值比例，n为无功补偿装置后期维护费用占无功补偿装置价值的比例；如果投资回报周期t低于默认折旧期限n时，第一收益值△c为△c＝12×n×rm-∑c，其中，rm为力率调整电费，n为计划收回成本的年数。可选的，所述如果将无功补偿的功率因数目标值提升至高于所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，根据功率因数所处区间，确定用户的第二收益值，包括：确定所述功率因数所处的分段区间，获取与所述分段区间对应的调整系数，根据所述调整系数确定第二收益值△c'(zs)的表达式，根据第二收益值△c'(zs)的表达式确定收益为正值时的关于第二收益值△c'的函数不等式其中，n为计划收回成本的年数，r'm简为调整系数不考虑四舍五入时的力率调整电费，a、b、c、d为参数值。可选的，如果所述函数不等式在自变量zs的区间内无解，则所述无功补偿的功率因数目标值最高等于所述标准值，此时，无功补偿装置的无功容量为：∑△q＝△q；其中，待补偿的无功容量△q；投资期内总收益∑△c的表达式为：∑△c＝△c；其中，第一收益值△c；如果所述函数不等式在自变量区间内无解，则所述无功补偿的功率因数目标值高于所述标准值，此时无功补偿装置的无功容量为：∑△q＝△q+△q'，其中，△q为待补偿的无功容量，△q′为将功率因数提高至目标功率因数时增加的无功电量；投资期内总收益∑△c的表达式为：∑△c＝△c+△c'；其中，△c为第一收益值，△c'为第二收益值；可选的，确定所述△q'表达式，包括：对于高供低计用户：其中，△q′为用户将功率因数提高至目标功率因数时增加的无功电量，qn为用户功率因数与考核标准对应的无功电量，qs为用户功率因数与目标功率因数对应的无功电量，zs为目标功率因数；其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数；对于高供高计用户：△q′＝qn-qs＝{tan[arccos(zn)]-tan[arccos(zs)]}·pj其中，c′为将功率因数提高至目标值所需装设的无功补偿装置成本；其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数。可选的，所述根据所述第一收益值和所述第二收益值，确定无功补偿的补偿方式，包括：根据实际需求分别计算第一收益值和第二收益值的金额；如果第一收益值的金额高于第二收益值的金额，则选取将功率因数提升至标准值时的无功补偿方式；如果第一收益值的金额低于第二收益值的金额，则选取将功率因数提升至高于标准值的无功补偿方式。本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过构建高供低计用户、高供高计用户的无功补偿电量和无功补偿容量计算模型；分别构建了补偿目标为考核标准值和补偿目标超过考核标准值两种情况下的无功补偿经济性分析模型，计算得到了用户装设无功补偿装置的成本、投资回报周期和投资期内收益。附图说明为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明提供的基于非连续函数的无功补偿方法的流程示意图；图2是本发明提供的△c'在zs的经济区间(0.9,0.955)的函数图形。具体实施方式为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。实施例一本发明提出的基于非连续函数的无功补偿方法，如图1所示，包括：11、根据用户所属类型不同，确定将功率因数提升至标准值时待补偿的无功容量；12、如果将无功补偿的功率因数目标值定为所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，获取用户的第一收益值；13、如果将无功补偿的功率因数目标值提升至高于所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，根据功率因数所处区间，确定用户的第二收益值；14、根据所述第一收益值和所述第二收益值，确定无功补偿的补偿方式。在实施中，构建了高供低计用户和高供高计用户的无功补偿容量计算模型；并分别构建了补偿目标为考核标准值和补偿目标超过考核标准值两种情况下的无功补偿经济性分析模型，计算得到了用户装设无功补偿装置的成本、投资回报周期和投资期内收益。本文通过仿真分析，验证了上述基于非连续函数最优解的不同计量方式无功补偿方案决策方法不仅能得到高供低计用户、高供高计用户的无功补偿电量和容量，而且还为电力用户对装设无功补偿装置的经济性提供了有效的分析评价途径。可选的，步骤11中的内容具体包括：201、所述用户包括高压供电、低压侧计量的高供低计用户，以及高压供电、高压侧计量的高供高计用户；在实施中，在高压供电系统中，一般情况下，当变压器总容量在630kva及以下时，可以在低压侧计量电度，称为高供低计。"高供低计"即由高压供电到用户,它的电能计量装置安装在用户电力变压器的低压侧,实行的低压计量,这种计量方式的特点是电力变压器的损耗在计量装置的前面,未包含在计量数据内.而"高供高计"即由高压供电到用户,它的电能计量装置安装在用户电力变压器的高压侧,实行的高压计量,这种计量方式的特点是电力变压器的损耗在计量装置的后面,已包含在计量数据内。202、当所述用户为高供低计用户时，将功率因数提升至标准值时需要补充的无功电量为其中，pj为用户计量装置计量的有功电量，△q为需补偿的无功电量，zx和cosφx皆为用户功率因数，zn和cosφn皆为功率因数考核标准值，qx为与zx对应的无功电量，qn为与zn对应的无功电量，p为有功总需量，ptfe为有功铁损，ptcu为有功铜损，d为当月天数，p0为有功空载损耗功率，k为有功损耗系数；或203、当所述用户为高供高计用户时，由于变压器损耗已计入计量表计，因此有q＝qj、p＝pj其中，q为无功总需量，p为有功总需量，qj和pj分别为用户计量装置计量的无功电量和有功电量；将功率因数提升至标准值时需要补充的无功电量为其中，pj为用户计量装置计量的有功电量，△q为需补偿的无功电量，zx和cosφx皆为用户功率因数，zn和cosφn皆为功率因数考核标准值，qx为与zx对应的无功电量，qn为与zn对应的无功电量，p为有功总需量，ptfe为有功铁损，ptcu为有功铜损，d为当月天数，p0为有功空载损耗功率，k为有功损耗系数。在实施中，考虑到实际用户可能采用不同的计量方式，因此这里分别对高供低计和高供高计用户各自计算将功率因数提升至规定提出的标准值时需要补充的无功电量△q。204、根据用户为不同类型的情况下计算出的无功电量△q，确定待补偿的无功容量△q其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数。可选的，步骤12具体包括：根据低压无源无功补偿装置的单价，结合公式一确定将功率因数提高至标准值所需装设的无功补偿装置成本cc＝100*△q其中，△q为待补偿的无功容量；根据无功补偿装置的默认折旧期限n，确定无功补偿装置的投资回报周期t其中，rm为力率调整电费，m为默认折旧期限n后的残值比例，n为无功补偿装置后期维护费用占无功补偿装置价值的比例；如果投资回报周期t低于默认折旧期限n时，第一收益值△c为△c＝12×n×rm-∑c，其中，rm为力率调整电费，n为计划收回成本的年数。在实施中，在前文中确定了待补偿的无功容量△q，本步骤在无功容量△q的基础上，构建补偿目标为考核标准值时的无功补偿经济性分析模型，计算得到用户装设无功补偿装置的成本、投资回报周期和投资期内收益。补偿目标为考核标准值时，无论是高供高计用户还是高供低计用户，无功补偿的最佳选择点均为低压侧。当前，低压无源无功补偿装置价格在10000元/100kvar左右，因此，c＝100*△q其中，c为将功率因数提高至考核标准值所需装设的无功补偿装置成本。根据《输配电定价成本监审办法(试行)》[发改价格(2015)1347号]相关规定，2015年1月1日后新增的110kv以下的配电设备折旧年限为15-22年；自动化设备及仪器仪表，折旧年限8年，残值均按5％计算。考虑到无功补偿装置含自动投切控制装置以及测算的保守性，将无功补偿装置按照8年(96个月)年限进行折旧，假设无功补偿装置后期维护费用为设备价值的0.5倍，投资回报周期为:其中，t为投资回报周期，rm为力率调整电费。可见，若t<96，则企业装设无功补偿装置后在装置自然寿命结束前即可收回所有投资成本，此时该方案更加经济，应优先考虑。投资期内收益为：△c＝96·rm-∑c其中，△c为投资期内收益。可选的，所述如果将无功补偿的功率因数目标值提升至高于所述标准值时，结合所述待补偿的无功容量，根据功率因数所处区间，确定用户的第二收益值，包括：确定所述功率因数所处的分段区间，获取与所述分段区间对应的调整系数，根据所述调整系数确定第二收益值△c'(zs)的表达式，根据第二收益值△c'(zs)的表达式确定收益为正值时的关于第二收益值△c'的函数不等式其中，n为计划收回成本的年数，r'm简为调整系数不考虑四舍五入时的力率调整电费，a、b、c、d为参数值。在实施中，若用户装设无功补偿装置更为经济，则应满足8年内预计奖励的力率调整电费大于总投资金额：96r'm＞∑c'(11)其中，r′m为奖励的力率调整电费。目标用户从低于功率因数考核标准的功率因数值zx提高至功率因数目标值时，减少的用电成本与当前被处罚的力率调整电费是一致的，在业务系统中直接有数据结果，无需额外计算；若用户继续提高功率因数，奖励的力率调整电费需通过相关计算得到。根据用户功率因数，按照《国家物价局功率因数调整电费办法》中“功率因数调整电费表”(表一、二、三、)所规定百分数增减电费(记为调整系数)，可发现调整系数的表达式是一种非连续函数(包含四舍五入处理)，当功率因数超过相应限值zm后，调整系数将不再增大，即奖励的力率调整电费不再随功率因数的增加而增加，因此初步判断目标功率因数经济区间为(zn,zm]，根据调整系数表达式，zm与zn的对应关系如表1所示。zn0.90.850.8zm0.9550.9450.925表1zm与zn的对应关系调整系数的表达式中包含四舍五入处理，是非连续函数，为方便处理，在代入计算时，不考虑四舍五入，这样函数△c'(zs)在计算极值等过程中可简化为连续函数，相关计算过程结束后确定各项取值时，再根据调整系数表达式含四舍五入的特性，调整取值，得到最优解结果。将各参数公式代入上述不等式中，得到△c'(zs)函数不等式：其中，△c'为用户将功率因数从zn提高至zs时能够获得的投资收益，r'm简为调整系数不考虑四舍五入时的力率调整电费，参数a、b、c、d取值情况分别如表2和表3所示：表2高供低计情况下参数值a、b、c、d的取值情况表3高供高计情况下参数值a、b、c、d的取值情况在获取前述不连续函数的表达式后，如果所述函数不等式在自变量zs的区间内无解，则所述无功补偿的功率因数目标值最高等于所述标准值，此时，无功补偿装置的无功容量为：∑△q＝△q；其中，待补偿的无功容量△q；投资期内总收益∑△c的表达式为：∑△c＝△c；其中，第一收益值△c；如果所述函数不等式在自变量区间内无解，则所述无功补偿的功率因数目标值高于所述标准值，此时无功补偿装置的无功容量为：∑△q＝△q+△q'，其中，△q为待补偿的无功容量，△q′为将功率因数提高至目标功率因数时增加的无功电量；投资期内总收益∑△c的表达式为：∑△c＝△c+△c'；其中，△c为第一收益值，△c'为第二收益值。可选的，确定所述△q'表达式，包括：对于高供低计用户：其中，△q′为用户将功率因数提高至目标功率因数时增加的无功电量，qn为用户功率因数与考核标准对应的无功电量，qs为用户功率因数与目标功率因数对应的无功电量，zs为目标功率因数；其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数；对于高供高计用户：△q′＝qn-qs＝{tan[arccos(zn)]-tan[arccos(zs)]}·pj其中，c′为将功率因数提高至目标值所需装设的无功补偿装置成本；其中，d为工作天数，h为每个工作天数内的工作小时数。可选的，所述根据所述第一收益值和所述第二收益值，确定无功补偿的补偿方式，包括：根据实际需求分别计算第一收益值和第二收益值的金额；如果第一收益值的金额高于第二收益值的金额，则选取将功率因数提升至标准值时的无功补偿方式；如果第一收益值的金额低于第二收益值的金额，则选取将功率因数提升至高于标准值的无功补偿方式。为了验证本发明方法有效性，设计以下算例：算例一a电力用户用户容量sn＝400kva,计量方式为高供低计，12月该用户有功电量pj＝93414kw*h，力率调整电费rm＝6509.72元，参与调整电费金额r＝68523.36元，功率因数有功铜损pt铜＝934kw*h，有功铁损pt铁＝662kw*h，有功空载损耗p0＝0.92kw,无功空载损耗q0＝7.54kvar，有功损耗系数k＝0.01，k＝2.57，应执行功率因数考核标准该用户可通过装设无功补偿装置将功率因数提高至考核标准0.9，相关数据计算结果如下：△q＝48217kvar*h△q＝130kvarc＝100*△q＝13000(元)∑c＝0.95％·c+0.5·c＝1.45·c＝18850(元)投资回报周期：△c＝60.6(万元)可见该用户装设容量为130kvar的无功补偿装置，即可将功率因数提高至0.9，从而避免缴纳力率考核电费，且不超过3个月即可收回成本，预计企业8年内可节省成本达60.6万元左右，显然装设无功补偿装置是更为经济的方案。当功率因数达到0.9后，若继续补偿则有：a＝3.7b＝0.484c＝98.67d＝88.81△c'为关于zs的函数，通graph函数图像生成软件可直接生成△c'在zs的经济区间(0.9,0.955)的函数图形，见图2。图2所示为△c'随目标功率因数zs的变化。显然在满足△c'取得最大值的前提下，zs最小，所需补偿无功容量也最小，此时的zs即是最优选择。根据上图，△c'在经济区间内是单调递增函数，可见当zs＝0.95，△c'最大。接下来考虑m四舍五入的特性判断zs的最小值。考虑到经过四舍五入处理后，zs在区间[0.945,0.95]内，r'm值都是相等的，又由于∑c'是单调递增函数，故在保证△c'取得最大值的前提下，zs最小可取0.945。此时：△c'max＝4.4(万元)△q′＝35kvarc'＝150*△q＝5025(元)r′m＝0.75，96r′m＝0.75·96＝72∑△q＝△q+△q'＝200+35＝235kvar∑△c＝△c+△c'＝60.6+4.4＝65(万元)可见该用户在装设无功补偿装置时，可将补偿功率因数目标设置为0.945，无功补偿装置容量需235kvar，并且4个月可收回投资成本，投资期内总收益可达65万元，效益可观。从上述结果可以看出，在这种决策方法下，用户能够快速有效计算得到需补偿的无功电量和无功容量，并帮助用户对装设无功补偿装置的经济性进行评估。可见，基于非连续函数最优解的不同计量方式无功补偿方案决策方法对于无功补偿装置的装设工作具有很大的指导意义。本发明通过引入功率因数考核标准值，提出了基于非连续函数最优解的不同计量方式无功补偿方案决策方法。在得到判断用户能否通过无功补偿达到不产生力率调整电费目的的用户用电量临界值的基础上，通过构建高供低计用户、高供高计用户的无功补偿电量和无功补偿容量计算模型；分别构建了补偿目标为考核标准值和补偿目标超过考核标准值两种情况下的无功补偿经济性分析模型，计算得到了用户装设无功补偿装置的成本、投资回报周期和投资期内收益。本文通过仿真分析，验证了上述基于非连续函数最优解的不同计量方式无功补偿方案决策方法不仅能得到高供低计用户、高供高计用户的无功补偿电量和容量，而且还为电力用户对装设无功补偿装置的经济性提供了有效的分析评价途径。上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12