考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法
【专利摘要】本发明属于电网运行配电技术领域，尤其涉及一种考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法，包括：分析分布式电源的无功服务成本，收集分布式电源技术参数，建立分布式电源无功服务成本模型；计及节点电压约束条件、可调变压器变比约束条件，兼顾经济性与安全性建立了以运行成本最小和电压偏差最小为目标函数的电网多目标无功优化模型；运用非支配排序遗传算法对无功优化模型进行求解，采用优劣解距离法在最优解集中求取分布式电源的最优无功出力。本发明对分布式电源的无功服务进行了经济补偿，在增加运营商自身收益的同时，使电网的无功优化调度方式更加灵活，大大减小电网的有功网损和电压偏差，有助于提高电网运行的经济性和安全性。
【专利说明】
考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法
技术领域
[0001] 本发明属于电网运行配电技术领域，尤其涉及一种考虑分布式电源无功补偿成本 的电网无功优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着分布式电源的快速发展，分布式电源已成为电网调度环节中不可或缺的角 色。在传统的电力工业结构模式下，发电商和电网公司有着共同的经济利益目标，因此传统 无功优化模型中网损最小化目标能够满足他们的共同利益要求，从而使传统无功优化模型 具有现实的可行性。但是在智能电网架构下，电力市场机制形成以后，能够提供无功辅助服 务的分布式电源运营商和电网公司属于不同的经济利益主体，具有不同的利益需求，无功 功率不再是有功功率的附属品，而是和有功功率一样成为可消费的商品，需要电网公司向 分布式电源运营商支付无功服务的费用。
[0003] 在不对分布式电源发出的无功进行经济补偿时，分布式电源对电网提供无功支撑 不仅没有利益，而且有时增发无功还会降低有功输出从而影响有功收益，因此这种情况下 分布式电源运营商并不愿意参与到电网的无功优化中来。为了充分调动分布式电源运营商 参与电网无功优化的积极性，有必要从市场的角度出发考虑对分布式电源运营商提供无功 服务的经济补偿问题。由于分布式电源提供的无功功率不再是无偿的，因此虽然分布式电 源多发无功可以减小网络损耗，但是电网公司需要为多发的无功付费，而且电网的电压偏 移也跟无功分布情况息息相关。因此有必要研究电网公司在竞争电力市场环境下，兼顾经 济性与安全性，购买多种无功辅助服务的无功优化调度模型。
[0004] 目前国内外学者针对电力市场环境下的无功优化研究基本分为两类:一类是无功 辅助服务的定价研究，一类是考虑无功成本补偿的无功优化调度研究。关于第二类研究的 一些文献侧重于不同类型分布式发电机组的成本分析，然后在成本分析的基础上建立电网 的无功优化调度经济模型，而忽视了优化结果对电网安全性的影响。有些研究兼顾了无功 优化的经济性和安全性，但其无功优化模型并没有考虑多种分布式电源的参与。
【发明内容】
[0005] 为了解决目前电网无功优化方法无法同时兼顾经济性和安全性的问题，本发明提 出了 一种考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1:分析分布式电源的无功服务成本，收集分布式电源技术参数，建立分布式 电源无功服务成本模型；
[0007] 步骤2:计及节点电压约束条件、可调变压器变比约束条件，兼顾经济性与安全性 建立了以运行成本最小和电压偏差最小为目标函数的电网多目标无功优化模型；
[0008] 步骤3:运用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对步骤2的无功优化模型进行求解，采 用优劣解距离法(T0PSIS法)在最优解集中求取分布式电源的最优无功出力。
[0009] 所述步骤1建立分布式电源无功服务成本模型包括:光伏无功服务补偿成本和双 馈风机无功服务补偿成本，具体计算方法包括：
[0010] 1)光伏无功服务补偿成本的计算
[0011] 光伏电站无功运行费用以逆变器的有功功率损耗费用为主，逆变器损耗可近似由 二阶多项式函数表示：
[0012] Pl，pv(Spv) = lo+lvX Spv+IrX S2pv (I)
[0013] 式中：Spv是逆变器输出的视在功率;1q、1v、1r分另U表不待机损耗、电压相关损耗(与 电流I成比例)和电流相关损耗的损耗系数(与电流的平方I 2)，这些损耗系数可由逆变器厂 商提供的逆变器效率曲线估算得到；
[0014] 发出无功而增加的损耗可以由逆变器发出和不发出无功时的损耗差获得：
[0015]
[0016] Ppv是逆变器输出的有功功率，Qpv是逆变器输出的无功功率；
[0017] 光伏电站日间既可发出有功又可发出无功，光伏电站夜间不发出有功但会由从电 网吸收无功而产牛损耗，_此对光伏电站无功服各的支付公式如下：
[0018]
(2)
[0019]式中Cff (仏,）为光伏电站无功服务费用，FITpv是光伏的上网电价，指每kWh可再生 能源发电获得的收益；
[0020] 2)双馈风机无功服务补偿成本的计算
[0021] 双馈风机的无功服务运行成本以机械和电力电子器件产生的额外有功损耗为主， 假设网侧变换器始终工作在单位功率因数下，因此不考虑网侧变换器的功率损耗;机侧的 变换器的功率损耗函数为：
[0022]
[0023]
[0024] 式中：Pl, rotor为转于侧逆变器损耗、a3,r分别为逆变器的损耗系数；Sr 为转子侧的视在功率;和A分别为转子侧的电压和电流；
[0025] 感应电动机的损耗包括绕组的铜损和磁化损耗；
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 式中：PjPQs分别为定子侧有功和无功功率；s为转差率;Pr为转子侧有功功率； P&。和Qa。分别为风机的有功和无功输出；
[0031 ]风机输出有功功率与转差率之间的关系：
[0032]
(9)
[0033] pu为标幺值；
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 式中：转换到定子侧的转子等效阻抗Z/ =R/+jsX/，R/为转换到定子侧的转子 等效电阻，X/为转换到定子侧的转子等效电抗;转换到定子侧的转子励磁阻抗2/ =Rm+ j SXm，Rm为励磁电阻，Xm为励磁电抗;定子侧励磁阻抗Zm = Rm+jXm ;定子侧阻抗Zs = Rs+jXs，Rs 为定子侧电阻，Xs为定子侧电抗;U/和I/分别为转换到定子侧的转子电压和电流;仏和18分 别为定子侧电压和电流;PL,Cu为风机铜损;Fe为风机铁损;为定子侧复功率，匕为定子侧 有功功率，Q s为定子侧无功功率；
[0040] 因此整个双馈机组由多发无功而产生的损耗为以上三部分的和：
[0041]
[0042]
[0043] Pwt是双馈机组输出的有功功率，Qwt是双馈机组输出的无功功率；
[0044] 配网需支付给双馈风机的无功服务费用包括风机提供无功的运行成本，计算公式 如下式所示，
[0045]
[0046] 式中：为双馈风机的无功服务费用，FITwt是配网中的风电上网电价。
[0047] 所述步骤2中的电网多目标无功优化模型包括：
[0048] 目标函数1:电网运行成本最小；
[0049] 运行成本包括为购买无功电量所支付的费用以及系统的网损成本，从而获得最大 的综合0饮故於·
[0050] (18)
[0051] 式中Pp为有功清算价格，Plciss为配网有功损耗，为光伏电站无功服务费 用?(0"τ)为双馈风机的无功服务费用；
[0052]目标函数2:电压偏移最小
[0053]电压偏移最小的目标函数就是将各节点的电压与理想电压值范围的偏移量总和 最小化，即提高负荷节点的电压水平：
[0056] 式中，Ui为i节点的电压，为节点i的理想电压值，Δ Ui为节点i可以接受的最大 电压偏离范围，△ U为各节点的电压与理想电压值范围的偏移量总和，中间变量
[0054] (19)
[0055]
[0057]约束条件：
[0058] 1)潮流等式约束：
[0059]
(21)
[0060]式中，PGi为节点i的有功出力，PDi为节点i的有功负荷，QGi为节点i的无功出力，QDi 为节点i的无功负荷，Qw为节点i的无功功率补偿，Ui、Uj分别为节点i、j的电压，Gij JijJij 为节点i、j之间的电导、电纳和相角差；
[0061 ] 2)不等式约束：
[0062]
(22)
[0063] 式中，Uimax、Uimin为节点i电压上下限，Q cmin、Qcmax为并联电容器组的无功出力上下 限，Qc为并联电容器组的无功出力；
[0064] 3)光伏电池的无功出力约束：
[0065]光伏电池的无功出力极限由并网逆变器的容量决定：
[0066]
(23)
[0067]式中，Qpv为光伏电池在有功出力为P的情况下能够吸收和发出的最大无功功率，S 为光伏电池的视在功率；
[0068] 4)双馈风机的无功出力约束：
[0069] 双馈风机能够吸收的最大无功功率
取决于双馈风机的定子电流极限：
[0070]
(24)
[0071] 式中：U为双馈风机节点出口处电压，/二为定子电流极限值，Pwt为风机输出的有功 功率，即为FW。，s为转速差；
[0072]双馈风机能够发出的最大无功出力取决于转子电流极限：
[0073]
(25)
[0074] 式中，Irmax为转子电流极限值，γ为功率因数角，ZS为定子侧阻抗，Zm为定子侧励磁 阻抗，L为蹄·由抗丄为审子個由抗，
[0075：
(26)
[0076] Rs为定子侧电阻，Rm为励磁电阻。
[0077] 所述步骤3中运用非支配排序遗传算法对步骤2的无功优化模型进行求解，具体步 骤如下：
[0078] 步骤301、输入网络参数、负荷预测和分布式电源出力预测参数，进行参数初始化 及种群初始化；
[0079] 步骤302、进行选择、交叉、变异操作，以运行成本最小和电压偏差最小为目标函 数，计及节点电压约束条件、可调变压器变比约束条件，求得帕累托最优解集。
[0080] 步骤303、采用TOPSIS法求得最优折衷解，选出最合适的分布式电源无功出力方 案。
[0081] 本发明的有益效果是本发明提出的考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优 化方法，是在智能电网电力市场环境下，兼顾电网安全性和经济性，在分布式电源提供无功 辅助服务的前提下建立无功优化模型，提高分布式电源运营商参与电网无功优化的积极 性，并改善电网经济效益。
【附图说明】
[0082] 图1为求解无功优化模型算法流程图。
[0083]图2为并入2个分布式电源的33节点电网系统结构图。
[0084]图3为非支配排序遗传算法得到帕累托解集示意图。
[0085]图4为两种场景下双馈风机无功出力结果对比图。
[0086]图5为两种场景下光伏无功出力结果对比图。
[0087] 图6为两种场景下电压水平对比图。
【具体实施方式】
[0088] 下面结合附图，详细说明实施方案。
[0089] 本发明提供一种考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法，包括如下步 骤：
[0090] 步骤1:分析分布式电源的无功服务成本，收集分布式电源技术参数，建立分布式 电源无功服务成本模型；
[0091] 步骤2:计及节点电压约束、可调变压器变比约束等约束条件，兼顾经济性与安全 性建立了以运行成本最小和电压偏差最小为目标函数的电网多目标无功优化模型；
[0092] 步骤3:运用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对步骤2的无功优化模型进行求解，采 用优劣解距离法(T0PSIS法)在最优解集中求取分布式电源的最优无功出力。
[0093] 下面结合附图，对本发明作详细说明。
[0094] 所述步骤1建立分布式电源无功服务成本模型，具体包括：
[0095] (1)光伏无功服务补偿成本
[0096] 光伏电站无功运行费用主要是逆变器的有功功率损耗费用，逆变器损耗可近似由 二阶多项式函数表示：
[0097] Pl，pv(Spv) = lo+lvX Spv+IrX S2pv (I)
[0098]式中：Spv是逆变器输出的视在功率;1q、1v、1r分别表不待机损耗、电压相关损耗(与 电流I成比例)和电流相关损耗的损耗系数(与电流的平方I2)。这些参数可由逆变器厂商提 供的逆变器效率曲线估算得到。
[0099] 由于发出无功而增加的损耗可以由逆变器发出和不发出无功时的损耗差获得：
[0100]
[0101] 光伏电站在夜晚有功输出为0,因此可以将光伏电站的运行模式分为两种：日间模 式和夜间模式。光伏电站处于日间模式时既可发出有功又可发出无功，增加的损耗为式(2) 中 Ppv#〇所对应的损耗。光伏电站处于夜间模式时不发出有功，但是会由于从电网吸收无功 功率而产生损耗，如式(2)所示。
[0102] 因此，对光伏电站无功服务的支付公式如下：
[0103]
(28)
[0104] 式中FITpv是光伏的上网电价，指每kWh可再生能源发电获得的收益。可再生能源的 上网电价取决于很多因素，包括电厂类型和装机容量、合同时间等。在本发明模型中采用的 是上网电价，功率损耗按照电能购买价格报销，从而反映从电网吸收功率的成本。式(3)中 还包含了光伏电站提供无功的运行成本，当光伏电站停产时(如处于夜晚时)或者不允许向 电网注入无功时，对光伏电站的无功服务支付费用则为0。
[0105] (2)双馈风机无功服务补偿成本
[0106] 双馈风机的有功和无功输出并不存在耦合关系，可各自独立控制。双馈风机的无 功服务运行成本主要来源于机械和电力电子器件产生的额外有功损耗。假设网侧变换器始 终工作在单位功率因数下，因此不考虑网侧变换器的功率损耗。机侧的变换器的功率损耗 函数为：
[0107]
(29)
[0108]
(30)
[0109] 式中：PL,Inv,rotor为转子侧逆变器损耗;ai,r、a2,r、a3,r分别为逆变器的损耗系数;Sr 为转子侧的视在功率;氐和4分别为转子侧的电压和电流。
[0110] 感应电动机的损耗包括绕组的铜损和磁化损耗。
[0111] (31)
[0112] (32)
[0113] (33)
[0114] (34)
[0115]式中：PjPQs分别为定子侧有功和无功功率；s为转差率;Pr为转子侧有功功率； P&。和Qa。分别为风机的有功和无功输出。
[0116] 输出功率与转差率之间的关系：
[0117] (35)
[0118] PU为标幺值；
[0119] (36)
[0120] (37)
[0121] (38)
[0122] Pl,cu = 3 · Rs · |Is|2+3 · R/ · 11/ |2 (39)
[0123] pL Fe = 3 · Rm. |IS+I/ I2 (40)
[0124] 式中：Z/ =Rr^jsX/，R/为转换到定子侧的转子等效电阻，X/为转换到定子侦U的 转子等效电抗;Zn/ = Rm+ j SXm，Rm为励磁电阻，Xm为励磁电抗;Zm = Rm+ j Xm; Zs = Rs+j Xs，Rs为定 子侧电阻，Xs为定子侧电抗;U/和I/分别为转换到定子侧的转子电压和电流;UjPI s分别为 定子侧电压和电流;PL, Cu为风机铜损;Pla为风机铁损。
[0125] 因此整个双馈机组由多发无功而产生的损耗为以上三部分的和：
[0126] (41)
[0127] (42)
[0128] 配网需支付给双馈风机的无功服务费用包括风机提供无功的运行成本，计算公式 如下式所示：
[0129]
(43)
[0130] 式中:FIIVt是配网中的风电上网电价。
[0131] 所述步骤2中考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化模型的建立所涉及运 行成本最小、电压偏移最小的目标函数以及一系列约束条件，以兼顾电网运行的安全性和 经济性：
[0132] 目标函数1:电网运行成本最小
[0133] 在电力市场化的环境下所进行的无功优化必须考虑无功补偿所带来的一系列费 用，电网公司由原来所关注的系统网损最小转变为综合成本的最小化，所以本发明无功优 化的第一个目标是使电网公司运行成本最小，运行成本包括为购买无功电量所支付的费用 以及系统的网棉成太.从而莊潜晶女的综合经济效益：
[0134]
(44)
[0135] 式中Pp为有功清算价格，Piciss为配网有功损耗。
[0136] 目标函数2:电压偏移最小
[0137] 电压偏移最小的目标函数就是将各节点的电压与理想电压值范围的偏移量总和 最小化，即提高负荷节点的电压水平。
[0138] (45)
[0139]
[0140] 式中，Ui为i节点的电压，为节点i的理想电压值，Δ Ui为节点i可以接受的最大 电压偏尚范围。
[0141] 约束条件：
[0142] 1)潮流等式约束：
[0143]
(47)
[0144] 式中，Pci为节点i的有功出力，PDi为节点i的有功负荷，Qci为节点i的无功出力，Q Di 为节点i的无功负荷，Qw为节点i的无功功率补偿，Ui、Uj分别为节点i、j的电压，Gij JijJij 为节点i、j之间的电导、电纳和相角差；
[0145] 2)不等式约束：
[0146]
(48)
[0147] 式中，Uimax、Uimin为节点电压上下限，Qcmin、Qcmax为并联电容器组的无功出力上下 限。
[0148] 除此之外，还有光伏和双馈风电机组的无功出力范围约束。
[0149] 3)光伏电池的无功出力约束：
[0150]现有光伏电站一般按照单位功率因数运行，忽略了光伏逆变器的无功出力能力。 光伏电池的无功出力极限由并网逆变器的容量决定：
[0151]
(49)
[0152] 式中，Qpv为光伏电池在有功出力为P的情况下能够吸收和发出的最大无功功率。
[0153] 4)双馈风机的无功出力约束：
[0154] 双糖风机能够吸收的#女子功功率值取决于双馈风机的定子电流极限：
[0155]
(50)
[0156] 式中:U为双馈风机节点出口处电压，CL为定子电流极限值，Pwt为风机输出的有功 功率，即为Pe3le3c。
[0157] 双馈风机能够发出的最大无功出力取决于转子电流极限：
[0158]
[0159]
[0160]
[0161] 所述步骤3中运用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解无功优化模型的优化流程， 如图1所示，具体步骤如下：
[0162] (1)输入网络参数、负荷预测和分布式电源出力预测参数，参数初始化及种群初始 化。
[0163] (2)进行选择、交叉、变异等操作，以运行成本最小和电压偏差最小为目标函数，计 及节点电压约束、可调变压器变比约束等约束条件，由智能算法求得帕累托最优解集。
[0164] (3)采用TOPSIS法求得最优折衷解，选出最合适的分布式电源无功出力方案。
[0165] 具体算例如下：
[0166] 采用IEEE33节点配电系统作为算例，该配电系统共有33个节点，如图2所示。参与 无功辅助服务市场的无功源包括风机、光伏电池、微型燃气轮机和并联电容器组，风机安装 位置为13节点，额定容量为2MW，光伏电站的安装位置为31节点，安装容量为IMff，并联电容 器组安装位置为3节点和26节点，每组额定容量为lOkvar，每个安装位置各安装30组。假设 分布式电源按照发多少用多少的原则进行发电，本发明所做的无功优化调度是在有功调度 结果的基础上进行的。根据现有国家规定，光伏上网价格0.92元/kW · h，风电上网价格0.52 元/kW · h，有功清算的价格为0.44元/kW · h。
[0167] 光伏的有功损耗参数为 1q = 4· 5kW，Iv = O .00352kW/kVA，Ir = O · 0000125kW/kVA2。 双馈风机的各个参数见下表：
[0168] 表1风机参数
[0170] 对于上述优化模型，本发明使用MATLAB编程求解。NSGA-II算法中参数设置为:种 群数量50，最大迭代次数200，交叉率0.8，变异率0.3。
[0171] 表2给出了在考虑向分布式电源运营商提供无功经济补偿后各个时段的无功优化 调度结果。根据结果可以看出，双馈风机以及光伏电池都向电网提供了较多的无功功率，为 电网电压提供了支撑。
[0172] 表2含分布式电源的无功优化调度结果
[0175] 图3为使用NSGA-II在第21时段对本发明模型进行优化计算所得到的Pareto前沿. 通过NSGA-II算法所得到的Pareto前沿分布均匀且稳定，说明了该算法对于求解本发明多 目标优化模型的可行性。Pareto前沿分布图横轴为计及分布式电源无功服务的电网的运行 成本，纵轴为电网电压偏差，随着电网运行成本的增加，电网的电压偏差会逐渐减小，前沿 分布图则为这两个冲突的目标函数的折衷提供了丰富的决策信息。同时也证明了本发明所 提出的成本计算方法能够很好的描述无功辅助服务成本信息。
[0176] 为了研究不同分布式无功补偿方式对结果影响，假设两种场景对本发明所提模型 进行分析：
[0177] 场景1:分布式电源按照恒定功率因数运行（其中双馈风机功率因数范围为土 0.95,光伏电池功率因数为1);
[0178]场景2:依照本发明模型，双馈风机以及光伏电池的无功出力在其无功出力极限范 围内波动。
[0179] 同样以有功损耗最小和电压偏差最小为目标函数对上述两种场景进行优化计算。
[0180] 图4和图5分别给出了两种场景下双馈机组和光伏电池的无功出力结果对比图。根 据图中结果可以明显看出将分布式电源按照无功出力极限参与无功调度时，分布式电源可 以发出更多的无功，更能有效的支撑电网的运行。而且在本发明模型中还对分布式电源的 无功服务进行了经济补偿，在这种情况下分布式电源运营商更愿意参与到电网的无功优化 中来，从而充分利用了分布式电源的无功调节能力，在增加分布式电源运营商自身收益的 同时，使电网的无功优化调度方式更加灵活。
[0181 ]优化后两个场景下各个目标函数值的大小见表3:
[0182] 表3两种场景下优化目标对比
[0184] 从表3可以看出，场景2的有功网损大小和电压水平都要优于场景1的优化结果，说 明调动分布式电源运营商积极参与电网无功优化后，可以大大减小电网的有功网损，同时 减小了电压偏差，有助于提高电网运行的经济性和安全性。
[0185] 两种场景下电网各个节点的电压水平对比见图6。从图6中可以看出，场景2下的电 压曲线明显比场景1下的电压曲线更平缓，各节点电压基本在理想电压附近波动，分布更为 均匀。而场景1下的各节点电压波动幅度较大，不利于电网的安全稳定运行。
[0186] 对于表3中的第三个运行成本目标，虽然在场景2下电网需要向分布式电源运营商 多支付一部分的无功补偿费用，但与网损费用中和后总费用增加的并不多，因此相较于第 三个运行成本的增加，场景2下在网损和电压偏差方面的益处要更加突出，因此向分布式电 源运营商提供无功辅助服务经济补偿，调动其参与电网无功优化是有必要且有益的。
[0187] 此实施例仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
【主权项】
1. 一种考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1:分析分布式电源的无功服务成本，收集分布式电源技术参数，建立分布式电源 无功服务成本模型； 步骤2:计及节点电压约束条件、可调变压器变比约束条件，兼顾经济性与安全性建立 了 W运行成本最小和电压偏差最小为目标函数的电网多目标无功优化模型； 步骤3:运用非支配排序遗传算法对步骤2的无功优化模型进行求解，采用优劣解距离 法在最优解集中求取分布式电源的最优无功出力。2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1建立分布式电源无功服务成本模 型包括:光伏无功服务补偿成本和双馈风机无功服务补偿成本，具体计算方法包括： 1) 光伏无功服务补偿成本的计算 光伏电站无功运行费用W逆变器的有功功率损耗费用为主，逆变器损耗可近似由二阶 多项式函数表示：' Cl) 式中：Spv是逆变器输出的视在功率；1o、1v、1r分别表示待机损耗、电压相关损耗和电流 相关损耗的损耗系数，运些损耗系数可由逆变器厂商提供的逆变器效率曲线估算得到； 发出无功而增加的损耗可W由逆变器发出和不发出无功时的损耗差获得：(1) Ppv是逆变器输出的有功功率，Qpv是逆变器输出的无功功率； 光伏电站日间既可发出有功又可发出无功，光伏电站夜间不发出有功但会由从电网吸 收无功而产生损耗，因此对光伏电站无功服务的支付公式如下：馈 式中兀日yLW服分贝化I，ri IPV疋兀'LA的上网电价，指每kWh可再生能源 发电获得的收益； 2) 双馈风机无功服务补偿成本的计算 双馈风机的无功服务运行成本W机械和电力电子器件产生的额外有功损耗为主，假设 网侧变换器始终工作在单位功率因数下，因此不考虑网侧变换器的功率损耗;机侧的变换 器的功率损耗函数为： PLInv'rotor = ai'r+a2'r?ISrl+a3'r|Sr|2 (3)州 式中：Pl,Inv,rotor为转子侧逆变器损耗;ai,r、a2,r、a3,r分别为逆变器的损耗系数；Sr为转 子侧的视在功率;(>，.和^分别为转子侧的电压和电流； 感应电动机的损耗包括绕组的铜损和磁化损耗； Pr = SPs (5) Pelec 二 Ps-Pr (6) 巧Qs - Qelec 式中：Ps和Qs分别为定子侧有功和无功功率;S为转差率;Pr为转子侧有功功率;Pelec和 Qelec分别为风机的有功和无功输出； 风机输出有功功率与转差率之间的关系：掛 PU为 (10) (11) (1巧 Pl,01 = 3 ? Rs ? I Is I 2+3 ? Rr' ? Ilr' I 2 (13) Pl,F6 = 3 ? Rm* |ls+Ir' |2 (14) 式中：转换到定子侧的转子等效阻抗Z/ =R/+jsX/，R/为转换到定子侧的转子等效电 阻，X/为转换到定子侧的转子等效电抗;转换到定子侧的转子励磁阻抗Zm^ =Rm+jsXm，Rm为 励磁电阻，Xm为励磁电抗;定子侧励磁阻抗Zm = Rm+jXm;定子侧阻抗Zs = Rs+jXs，Rs为定子侧电 阻，Xs为定子侧电抗;U/和1/分别为转换到定子侧的转子电压和电流;Us和Is分别为定子侧 电压和电流;Pl,Cu为风机铜损;Pl,Fe为风机铁损皆S为定子侧复功率，Ps为定子侧有功功率， Qs为定子侧无功功率； 因此整个双馈机组由多发无功而产生的损耗为W上=部分的和： Pl, WT(PwT , Qwt)二 Pl, Inv, rotor+PL, Cu+Pl, Fe ( 15 ) (16) Pwt是双馈机组输出的有功功率，Qwt是双馈机组输出的无功功率； 配网需支付给双馈风机的无功服务费用包括风机提供无功的运行成本，计算公式如下 式所示：(17) 式中：端.胤T)为双馈风机的无功服务费用，門Twt是配网中的风电上网电价。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中的电网多目标无功优化模型包 括： 目标函数1:电网运行成本最小； 运行成本包括为购买无功电量所支付的费用W及系统的网损成本，从而获得最大的综 合经济效益：(18) 式中Pp为有功清算价格，PlDSS为配网有功损耗，Cf,(&,)为光伏电站无功服务费用， C島(0WI.)为双馈风机的无功服务费用； 目标函数2:电压偏移最小 电压偏移最小的目标函数就是将各节点的电压与理想电压值范围的偏移量总和最小 化，即提高负荷节点的电压水平：(19) (20) 式中，Ui为i节点的电压，巧为节点i的理想电压值，A化为节点i可W接受的最大电压 偏离范围，A U为各节点的电压与理想电压值范围的偏移量总和，中间变量N为节点总数； 约束条件： 1) 潮流等式约束：(21) 式中，PGi为节点i的有功出力，PDi为节点i的有功负荷，舶i为节点i的无功出力，QDi为节 点i的无功负荷，Qci为节点i的无功功率补偿，Ui、Uj分别为节点i、j的电压，Gij、Bij、Sij为节 点i、j之间的电导、电纳和相角差； 2) 不等式约束：巧巧 式中，Uimax、化min刃节点i电压上M很，Qcmin、化max为并联电容器组的无功出力上下限，Qc 为并联电容器组的无功出力； 3) 光伏电池的无功出力约束： 光伏电池的无功出力极限由并网逆变器的容量决定：(23) 式中，QPV为光伏电池在有功出力为P的情况下能够吸收和发出的最大无功功率，S为光 伏电池的视在功率； 4) 双馈风机的无功出力约束： 双馈风机能够吸收的最大无功功率值绍取决于双馈风机的定子电流极限：(24) 式中：U为双馈风机节点出口处电压，端、_为定子电流极限值，Pwt为风机输出的有功功 率，即为Pelec，S为转速差； 双馈风机能够发出的最大无功出力取决于转子电流极限：(25) 式中，Irmax为转子电流极限值，丫为功率因数角，Zs为定子侧阻抗，Zm为定子侧励磁阻 抗，Xm为励磁电抗，Xs为定子侧电抗；(26) Rs为定子侧电阻，Rm为励磁电阻。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3中运用非支配排序遗传算法对步 骤2的无功优化模型进行求解，具体步骤如下： 步骤301、输入网络参数、负荷预测和分布式电源出力预测参数，进行参数初始化及种 群初始化； 步骤302、进行选择、交叉、变异操作，W运行成本最小和电压偏差最小为目标函数，计 及节点电压约束条件、可调变压器变比约束条件，求得帕累托最优解集； 步骤303、采用TOPSIS法求得最优折衷解，选出最合适的分布式电源无功出力方案。
【文档编号】H02J3/18GK105914758SQ201610326301
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】陈奇芳, 马世英, 张建华, 刘阳, 蒙园, 陈勇, 王丹
【申请人】华北电力大学, 中国电力科学研究院