一种配电网无功补偿规划的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网供电优化的技术领域，具体的来说，是一种配电网无功补 偿规划的方法。
【背景技术】
[0002] 配电网向电力用户输送有功功率的同时，也输送无功功率。一方面，无功功率是影 响电压质量的主要因素。在电网结构和电压确定的情况下，且有功功率一定时，电压损耗主 要与输送无功功率的数值有关。另一方面，配电网的规模较大，几乎所有的负荷和配电网元 件都需要消耗无功功率，由于我国配电网供电面积大，供电点多，虽然多年的电网改造使电 能质量有了很大的提高，但局部地区仍然存在线路末端电压低、功率损耗大的问题。传统的 依据经验或方案比较为基础，比较粗略的无功补偿规划计算方法已很难满足现代配电网对 电压质量的改善和降低线损的要求。
【发明内容】
[0003] 基于现有技术的不足，本发明提出一种配电网无功补偿规划的方法，对于配电网， 无功规划目标包括：
[0004] 分层分区平衡：分层要求在满足功率因数合理的情况下，在各电压等级的无功电 源要与本层内总体消耗的无功功率合理平衡，减少无功功率在不同电压等级之间的流动。 分区要求将不同区域之间的无功功率控制在合理的水平，避免无功电源的交叉传输和使 用。
[0005] 无功不倒送：对中压配电网应该避免小负荷状态下向高压配电网反向输送无功功 率，如果有必要，可以增加部分并联电抗平衡部分过剩容性无功功率；低压配电网的公有变 压器应能合理的调整无功出力，防止向中压配电网倒送无功功率。
[0006] 功率因数合格：对配电网，要求其在补偿装置投入后主变高压侧功率因数达到规 定值。
[0007] 电压偏差合格：在配电网的所有供电面积内，使电压幅值的允许偏差控制在规定 的范围内。
[0008] 理论线损值合格：加入无功补偿设备后应将整个中低压配电网的网损合理的降 低。
[0009] 在进行无功规划前，选择目标年的无功设备投资和系统有功网损的综合费用最省 作为目标函数，即
[0011] 式中：B为修正后的有功电价；T_为全网的年最大负荷利用小时数，Y为补偿设备 的使用年限为正常状态下系统总的有功损耗；r为待装无功补偿设备的数目W1为第 i个可能补偿地点补偿设备的经过修正的单位容量的价格：Qe为待安装的电容器容量；SbS 基准功率。
[0012] 功率约束条件为
[0015] 式中=P1, Q1为节点i的注入有功、无功；U pUj为节点i，j的电压幅值；G ^Blj, δ U 分别为节点i，j之间的电导、电纳和电压相角差；H表示所有与节点i直接相连的节点集 合。
[0016] 控制变量约束条件为：
[0020] 式中，Ugl、Ug_、Ugnin分别为发电机机端电压及其上、下限值，Q "、Q_x、〇。_分别为 容性无功补偿容量及其上、下限值，Ttl、Tt_、1\_分别为可调变压器分接头位置及其上、下 限值；
[0021] 状态变量约束方程为：
[0024] 式中：Qgl，Qg_，Qgnin分别为发电机无功出力及其上、下限值；U "，U_x，Uailin分别为 节点电压幅值及其上、下限值。
[0025] 在无功规划时，根据影响无功大小的负荷值以及电力网络参数对电网进行典型区 域划分，划分的方法为：首先对所有变电站按照综合负荷特性分类；然后再对每一类负荷 特性按照电缆构成比例分类。根据综合负荷特性将配电网分成C类，根据电缆构成比例再 将其分成η类，整个配电网变电站数目为N :
[0026] 变电站低压母线出口侧无功配置的推广至整个典型区域：
[0027] 整个j类负荷特性曲线的典型区域变电站无功配置CD]为
[0029] 式中，Su为i线路类型的j类负荷特性曲线的典型变电站低压侧无功配置，β u为 具有i线路类型的j类负荷特性曲线特征的典型区域变电站的个数占所有j类负荷特性曲 线的变电站总数的比例，α ,是所有j类负荷特性曲线特征的典型区域变电站的个数占整体 配电网变电站总数的比例。
[0030] 推广至整个配电网；
[0031] 整个配电网的变压器低压母线出口侧的无功配置Cd
[0032]
[0033] 在对线路进行无功补偿时，会引起线路的电压值发生变化，从而可以改变线路的 线损值。
[0034] 投切电容器前后引起的线路的压降的相对值；
[0036] 式中，k。为补偿系数，
为线路阻抗比，ctgci)为负荷功率因数角的余切 值，Qe为投切的电容器的无功功率，QJ%无功负荷。
[0037] 由此可以得出，无功功率控制对线路压降的影响效果与补偿系数k。、负荷功率因 数角的余切ctgci)以及线路的阻抗比k RX密切相关。补偿系数越大，线路压降的相对值就 越大：线路的阻抗比越大，压降的相对值越小；负荷功率因数低，降低电压损耗的效果也明 显。在负荷功率因数确定的情况下，通过改变可投切电容器的无功功率，达到降低线路电压 损耗的目的，从而使电网电能质量有所提尚。
[0038] 无功补偿的最佳无功补偿容量为：
[0039] Qc= β
[0040] 式中，β 为最佳补偿率，P _为最大有功功率，tan Φ i为无功功率补偿前用户自 然功率因数角的正切值；
[0042] 式中，Kec为无功功率的经济值，K p为有功功率的经济值（可由用户侧测得）
[0043] 其中，无功功率的经济值为：
[0045] 式中，B为无功补偿率，S为补偿前最大视在功率，Sin(J)1S自然功率因数角的正 弦值，R为用户到供电电源间的有效电阻，U为供电电压。
[0046] 无功补偿规划的的年收益P为节省电量所得收益扣除折旧费Z和维护费W的盈 余，即：
[0047] P = ( Δ E-Eq) · β -Z-W
[0048] 式中，ΛΕ为降损电量；Etj为电容器的耗电量；β为电价。
[0049] 其中降损电量ΔΕ为：
[0050] Δ E = Δ Pnax · F · t
[0051] 式中，ΔΡ_为最大负荷降损功率；F为损失因子，为线损计算时段内的平均功率 损失与最大负荷功率损失之比；t为电容器投运时间。
[0052] 电容器的耗电量为：
[0053] Eq= Q c · T · σ
[0054] 式中，Qe为无功补偿容量；T为电容器投运时间；σ为无功补偿设备损耗功率占补 偿容量的比例。
[0055] 无功规划的具体过程为：
[0056] 第一步：收集实际配电网数据。其中包括：配电网每条支路的阻抗、每个节点负荷 的历史数据和节点电压；
[0057] 第二步：分析无功负荷点的历史数据，求出网络最大无功缺额和各节点最大综合 负荷；
[0058] 第三步：建立以网损和无功设备投资最小化为目标的无功配置优化模型，用潮流 方程作为约束条件，且对状态变量和控制变量做出限定；
[0059] 第四步：设各无功负荷点的最大综合负荷作为初始补偿容量，求出最佳补偿点。
[0060] 第五步：将补偿点最大综合负荷相加，并求出各点的最大综合负荷在其中所占比 例，将网络最大无功缺额按此比例分给补偿点，作为该点最高级补偿容量，而各点最大综合 负荷为次高级补偿容量。
[0061] 第六步：根据所确定的补偿点的历史数据做出拟合负荷曲线，确定其他各级补偿 容量。
[0062] 规划完成后，根据电网实际运行情况进行无功补偿，具体补偿方式为：
[0063] (1)进行最小方式的潮流计算，确定初始补偿点数k。
[0064] (2)计算各节点的无功补偿值。
[0065] (3)选择无功补偿值最大的点为本次的补偿点。
[0066] (4)进行潮流计算，求出该补偿点的无功值。
[0067] (5)把该点的计算无功作为该点的补偿容量。
[0068] (6)无功补偿点数己达k，则转第（7)