一种配电变压器无功补偿电容器的分组方法及系统与流程

本发明涉及电力系统，具体涉及一种配电变压器无功补偿电容器的分组方法及系统。

背景技术：

配电变压器是配电网中最重要的设备之一，是保障电力“用得上、落得下”的关键环节，关系配电网的供电质量和经济运行。为了保障配电网和配电变压器高效运行，对配电台区进行无功补偿是目前采取的主要措施之一，而在配电变压器进行无功补偿主要是在低压侧加装电容器。但是由于电容器所输出的无功功率是不能调节的，而且与交流电压的平方成正比，由于配电变压器中的换流器所需要的无功功率基本上与直流电流或直流功率成正比，因此当换流器在低负荷时所需要的无功功率将减少，但此时交流系统母线的电压一般较高，电容器输出的无功功率将会过剩，为此，需要将电容器分组，以便随直流功率和交流系统母线电压的变化进行分组投切。

由于配电台区负荷随机性大，根据配电网配电变台工程的电容器对配电变压器二次侧电流、电压的进行采样，通过补偿控制器计算后，计算出配电变压器二次侧的无功功率、功率因数等参数，从而进行自动投切分组电容器。但自动投切电容器难以准确跟随负荷变化进行无功补偿，常常发生电容器频繁投切或无法投切的情况，电容器因分组不合理导致故障的情况时有发生，严重影响了配电网安全经济运行。

综上，无功补偿电容器在进行无功补偿时，一方面无功补偿容量过小，达不到补偿效果，而无功补偿容量过大，则会过补偿或者不能投入，造成设备的浪费；另一方面，无功补偿的分组不当则有可能导致电容器频繁投切或者投切不能起到效果；分组太细，则需要很多组的电容器，这可能使得安装费用上升，硬件故障的可能性也增大。因此，对无功补偿容量及分组进行优化势在必行。

技术实现要素：

为了解决现有技术中，电容器因分组不合理导致配电网发生故障的问题，本发明提供一种配电变压器无功补偿电容器的分组方法及系统。

本发明提供的技术方案是：一种配电变压器无功补偿电容器的分组方法,包括：

基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，确定配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数；

基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量；

基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况。

优选的，所述基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，获取配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数，包括：

从配电变压器低压侧每一相的无功负荷数据中取最大值，并对所述最大值进行取整处理得到无功负荷最大值；

基于所述无功负荷最大值确定无功负荷取值区间范围，并按设置的间隔对所述无功负荷取值区间范围进行等间隔划分，得到无功负荷取值区间；

统计每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量；

基于每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量和总样本数，得到配电变压器低压侧每一相中，各无功负荷取值区间对应的无功负荷的概率分布函数。

优选的，所述基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，获取配电变压器低压侧每一相的无功负荷的波动概率分布函数，包括：

基于配电变压器低压侧每一相的无功负荷数据，获取所有相邻两个无功负荷的波动量，并将所有的波动量组成波动量集合；

在所述波动量集合中寻找最大值，对所述最大值进行取整处理获得波动量最大值；

基于所述波动量最大值确定波动量取值区间范围，并按设定的多个间隔对所述波动量取值区间范围进行划分得到波动量取值区间；

统计每一个波动量取值区间内落入的无功负荷波动量的数量；

基于每一个波动量取值区间内落入的无功负荷波动量的数量和总样本数，得到配电变压器低压侧每一相中，各波动量取值区间对应的无功负荷的波动概率分布函数。

优选的，所述基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量，包括：

将每一个无功负荷取值区间对应的无功负荷的概率分布函数与设置的无功负荷需求进行比较；

当无功负荷的概率分布函数不小于设置的无功负荷需求时，获取所述无功负荷的概率分布函数对应的无功负荷取值区间；

将所述无功负荷取值区间内的最大值作为对应相无功补偿电容器的最大补偿容量。

优选的，所述基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况，包括：

基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量和无功负荷的波动概率分布函数，确定基础容量和波动容量；

基于每一相的无功负荷的概率分布函数和基础容量，获取概率分组情况；

基于每一相的无功负荷的波动概率分布函数和波动容量，获取波动概率分组情况；

将所述获取概率分组情况和波动概率分组情况叠加，得到配电变压器对应相无功补偿电容器的分组。

优选的，所述基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量和无功负荷的波动概率分布函数，确定基础容量和波动容量，包括：

基于每一相的无功负荷的波动概率分布函数，获取分布概率最高的三组波动量取值区间；

将所有波动量取值区间中的最大值作为波动容量；

将每一相无功补偿电容器的最大补偿容量与所述波动容量的差，作为基础容量。

优选的，所述基于每一相的无功负荷的概率分布函数和基础容量，获取概率分组情况，包括：

基于每一相的无功负荷的概率分布函数，获取分布概率最高的三组无功负荷取值区间；

在三组无功负荷取值区间内，将最小的无功负荷取值区间作为无功补偿电容器的概率基本单元容量；

基于所述概率基本单元容量和基础容量，按照最大组合和最少分组原则，确定概率分组情况。

优选的，所述基于每一相的无功负荷的波动概率分布函数和波动容量，获取波动概率分组情况，包括：

基于每一相的无功负荷的波动概率分布函数，获取分布概率最高的三组波动量取值区间；

在三组波动量取值区间中，将最小的波动量取值区间作为无功补偿电容器的波动概率基本单元容量；

基于所述波动概率基本单元容量和波动容量，按照最大组合和最少分组原则，确定波动概率分组情况。

优选的，所述基于每一相的无功负荷的概率分布函数和基础容量，获取概率分组情况之前，还包括：

基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量，剔除负荷波动在设置范围内的无功负荷取值区间。

优选的，所述配电变压器低压侧各相的无功负荷数据的获取，包括：

获取每年最大负荷对应的月份，并统计所有月份对应天数的总和；

获取所述配电变压器低压侧每一相每一天96个点的无功负荷数据。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电变压器无功补偿电容器的分组系统,包括：

获取函数模块，用于基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，获取配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数；

获取最大补偿容量模块，用于基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量；

分组模块，用于基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况。

优选的，所述获取函数模块，包括：

无功负荷最大值单元，用于从配电变压器低压侧每一相的无功负荷数据中取最大值，并对所述最大值进行取整处理得到无功负荷最大值；

无功负荷取值区间单元，用于基于所述无功负荷最大值确定无功负荷取值区间范围，并按设置的间隔对所述无功负荷取值区间范围进行等间隔划分，得到无功负荷取值区间；

第一统计单元，用于统计每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量；

第一函数单元，用于基于每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量和总样本数，得到配电变压器低压侧每一相中，各无功负荷取值区间对应的无功负荷的概率分布函数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的技术方案，基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，获取配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数；基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量；基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况，实现按需精细化补偿，可以有效提高配电变压器无功补偿效率。

附图说明

图1为本发明的一种配电变压器无功补偿电容器的分组方法流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

配电变压器中无功补偿电容器分组主要是指，确定所需的各相无功补偿电容器的最大补偿容量及其分组容量，其与实际无功负荷有关。负荷分组需要综合考虑无功负荷的分布情况和波动情况，既要保证能够无功补偿能够尽可能的覆盖最大的无功负荷，又要尽可能使得补偿能够很好的跟踪无功负荷的波动。一方面，无功补偿容量过小，达不到补偿效果，而无功补偿容量过大，则会过补偿或者不能投入，造成设备的浪费。另一方面，无功补偿的分组不当则有可能导致电容器频繁投切或者投切不能起到效果；分组太细，则需要很多组的电容器，这可能使得安装费用上升，硬件故障的可能性也增大。

因此，如图1所示，本发明提供了一种配电变压器中无功补偿电容器的分组方法，包括：

步骤s1、基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，确定配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数；

步骤s2、基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量；

步骤s3、基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况。

本发明根据配电变压器低压侧a、b、c三相无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数确定配电变压器无功补偿容量和分组容量，实现按需精细化补偿，可以有效提高配电变压器无功补偿效率效益。

步骤s1、基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，确定配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，包括：

步骤s101：获取配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷基础数据，具体步骤如下

步骤1-1：确定配电变压器无功负荷分析区间，无功补偿要尽量满足最大负荷需求，故无功负荷的分析区间为包含年最大负荷的区间。一般为迎峰度夏度冬期间。不失一般性，无功负荷分析区间为迎峰度夏6-9月和迎峰度冬的12-2月份，共计212＝30+31+31+30+31+31+28，令天数组成的集合为t＝[1,2，…，i，…，212]。

步骤1-2：设置记数器的初始值为i＝0

步骤1-3：令记数器的初始值为i＝i+1

步骤1-4：从用电信息采集系统中，读取配电变压器低压侧第i天的96个点a、b、c各相无功负荷数据，形成每日a、b、c各相无功负荷数组qai＝[qai1,qai2，…，qai96]、qbi＝[qbi1,qbi2，…，qbi96]、qci＝[qci1,qci2，…，qci96]；

步骤1-5：令记数器的初始值为i是否小于等212？若是转步骤1-3；若不是，转步骤1-6。

步骤1-6：无功负荷基础数据读取结束,形成a、b、c相无功负荷集合qa＝[qa1,qa2，…，qai，…，qa212]、qb＝[qb1,qb2，…，qbi，…，qb212]、qc＝[qc1,qc2，…，qci，…，qc212]。

本实施例以采集某配电台区配电变压器低压侧a、b、c各相部分的无功负荷为例，形成a、b、c各相无功负荷集合如表1所示。

表1部分a、b、c各相无功负荷集合

步骤102：获取配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷的概率分布函数fa、fb、fc。

如表2所示，以a相为例，a相无功负荷的概率分布函数fa求取过程如下：

(1)求取qa的最大值maxqa，根据表1，本例maxqa＝19.91。

(2)对maxqa进行向上取整得确定随机变量a相无功负荷qa的取值区间范围为本例即为[0，20]。

(3)取间隔距离d＝1kvar，如表2第一行所示等间隔划分随机变量a相无功负荷qa的取值区间。

(4)根据表1中a相无功负荷集合qa，求取随机变量a相无功负荷qa落在每个取值区间的数量，如表2第二行所示。

(5)如表2第三行所示，根据随机变量a相无功负荷qa落在每个取值区间的数量n和总样本数n(n＝960)，求qa在各个取值区间的取值概率p＝n/n，即可得随机变量a相无功负荷qa的分布律(即概率分布函数fa)。

表2a相中无功负荷的数据汇总

步骤103：获取配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷波动的概率分布函数，具体步骤如下：

步骤3-1：根据a、b、c各相无功负荷集合qa＝[qa1,qa2，…，qai，…，qa212]、qb＝[qb1,qb2，…，qbi，…，qb212]、qc＝[qc1,qc2，…，qci，…，qc212]，分析其相邻两个负荷点的无功变化情况，即下一时刻无功负荷减去上一时刻无功负荷的绝对值，生成如表3所示的某配电台区无功负荷的部分波动量集合；qaabs＝[qaabs1,qaabs2，…，qaabsi，…，qaabs211]、qbabs＝[qbabs1,qbabs2，…，qbabsi，…，qbabs211]、qc＝[qcabs1,qcabs2，…，qcabsi，…，qcabs211]，其中qaabsi＝|qai-qai+1|，qcabsi＝|qbi-qbi+1|，qcabsi＝|qci-qci+1|。

表3某配电台区无功负荷的部分波动量集合

步骤3-2：根据qaabs、qbabs和qcabs，获取配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷波动的概率分布函数ffa、ffb、ffc。

如表4所示，以a相为例，a相无功负荷波动的概率分布函数ffa求取过程如下：

(1)求取qaabs的最大值maxqaabs；根据表3，本例maxqaabs＝6.12。

(2)对maxqaabs进行向上取整得||maxqaabs||，确定随机变量a相无功负荷波动量qaabs的取值区间范围为[0，||maxqaabs||]，本例即为[0，7]。

(3)如表4第一行所示，划分随机变量a相无功负荷波动量qaabs的取值区间。

(4)根据表3中a相无功负荷波动量集合qaabs，求取随机变量a相无功负荷波动量qaabs落在每个取值区间的数量n，如表4第二行所示。

(5)如表4第三行所示，根据随机变量a相无功负荷波动量qaabs落在每个取值区间的数量n和总样本数n(n＝959)，求qaabs在各个取值区间的取值概率p＝n/n，即可得随机变量a相无功负荷波动量qaabs的分布律(即概率分布函数ffa)。

表4a相中无功负荷波动量的数据汇总

步骤s2、基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量，包括：

以覆盖95％的无功负荷需求为标准，根据配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷的概率分布函数fa、fb、fc，对应选择a、b、c各相无功补偿电容器的最大补偿容量为和

以a相为例，根据a相无功负荷的概率分布函数fa，以覆盖95％的无功负荷为标准，即要求大于等于0.95。

当qa＝[8,9]时，fa(qa)＝0.931，小于0.95；

当qa＝[9,10]时，fa(qa)＝0.954，大于0.95；

故a相的分相最大补偿容量为为10kvar。

即当a相的无功补偿容量为10kvar时，可以以95％的概率满足配电台区的a相无功补偿需求。

步骤s3、基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况，包括：

以a相为例，剔除负荷波动5％以内情况，a相的无功补偿容量为10kvar时，负荷波动5％的区间为[0kvar-0.5kvar]。

根据配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷的概率分布函数fa、fb、fc和配电变压器低压侧a、b、c各相无功负荷波动的概率分布函数ffa、ffb、ffc，对应选择a、b、c各相无功补偿电容器的分组容量为δqa、δqb和δqc。

如表2所示，根据a相无功负荷的概率分布函数fa，a相无功负荷主要(前三)分布在[2kvar-3kvar]、分布概率为20.9％，[3kvar-4kvar]、分布概率为16.9％，[1kvar-2kvar]、分布概率为12.7％。

故按照无功负荷分布情况，a相电容器的基本单元容量为2kvar和1kvar。

如表4所示，根据a相无功负荷波动的概率分布函数ffa，剔除负荷波动5％以内，a相无功负荷波动主要(前三)分布在[0.5kvar-1kvar]、分布概率为9％，[1kvar-1.5kvar]、分布概率为6％，[1.5kvar-2kvar]、分布概率为4％。

故按照a相负荷波动情况，a相电容器的基本单元容量为0.5kvar和1kvar。

基于a相电容器的基本单元容量，按下列方式进行分组：

当a相的无功补偿容量为10kvar时，基于a相中分布概率最大的无功负荷波动区间可以确定a相负荷波动情况在[0kvar-2kvar]，故a相无功补偿电容器的基础容量(10-2)＝8kvar；

基于8kvar的基础容量以及无功负荷的基本单元容量2kvar和1kvar，按照最大组合和最少分组原则进行分组，例如可以按“3*2kvar+2*1kvar”情况分组，其中2kvar有3组，1kvar有2组。

以2kvar作为波动容量，根据负荷波动的基本单元容量0.5kvar和1kvar，按照最大组合和最少分组原则进行分组，例如可以按“1*1kvar+2*0.5kvar”情况分组，其中1kvar有1组，0.5kvar有2组。

综合两个方面情况，a相无功负荷的分组情况为：3*2kvar+3*1kvar+2*0.5kvar。

配电变压器b、c相无功补偿电容器的最大补偿容量及其分组容量的确定同a相确定过程；

由此可见，本实施例根据配电变压器低压侧a、b、c三相无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数确定配电变压器无功补偿容量和分组容量，实现按需精细化补偿，可以有效提高配电变压器无功补偿效率。

实施例2：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种配电变压器无功补偿电容器的分组系统,包括：

获取函数模块，用于基于配电变压器低压侧各相的无功负荷数据，获取配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数；

获取最大补偿容量模块，用于基于所述配电变压器低压侧每一相的无功负荷的概率分布函数,获取对应相无功补偿电容器的最大补偿容量；

分组模块，用于基于每一相无功补偿电容器的最大补偿容量、无功负荷的概率分布函数和无功负荷的波动概率分布函数，分别确定配电变压器各相无功补偿电容器的分组情况。

实施例中，所述获取函数模块，包括：

无功负荷最大值单元，用于从配电变压器低压侧每一相的无功负荷数据中取最大值，并对所述最大值进行取整处理得到无功负荷最大值；

无功负荷取值区间单元，用于基于所述无功负荷最大值确定无功负荷取值区间范围，并按设置的间隔对所述无功负荷取值区间范围进行等间隔划分，得到无功负荷取值区间；

第一统计单元，用于统计每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量；

第一函数单元，用于基于每一个无功负荷取值区间内落入的无功负荷的数量和总样本数，得到配电变压器低压侧每一相中，各无功负荷取值区间对应的无功负荷的概率分布函数。

实施例中，所述获取函数模块，还包括：

波动量集合单元，用于基于配电变压器低压侧每一相的无功负荷数据，获取所有相邻两个无功负荷的波动量，并将所有的波动量组成波动量集合；

波动量最大值单元，在所述波动量集合中寻找最大值，对所述最大值进行取整处理获得波动量最大值；

波动量取值区间单元，用于基于所述波动量最大值确定波动量取值区间范围，并按设定的多个间隔对所述波动量取值区间范围进行划分得到波动量取值区间；

第二统计单元，用于统计每一个波动量取值区间内落入的无功负荷波动量的数量；

第二函数单元，用于基于每一个波动量取值区间内落入的无功负荷波动量的数量和总样本数，得到配电变压器低压侧每一相中，各波动量取值区间对应的无功负荷的波动概率分布函数。

显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。