一种考虑成本因素的电力系统无功优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑成本因素的电力系统无功优化方法，该方法包括：将系统的节点分为PV节点、PQ节点和平衡节点，并构造系统的有功网损的表达式、节点电压值约定偏移范围的表达式、需采用的无功补偿设备总成本的表达式作为优化的三个目标函数；并以有功功率平衡方程式和无功功率平衡方程式作为优化的两个等式约束；以无功电源输出无功功率上下限、电压幅值上下限和表示变压器变比上下限作为的不等式约束来构建优化模型，对系统参数进行优化。本发明的优点是：找到在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的无功补偿设备的成本最低，能够在成本最低的前提下合理配置无功补偿设备，从而非常有利于电力系统实际运行和工程的指导和参考。
【专利说明】-种考虑成本因轰的电力系统无功优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力【技术领域】，尤其涉及一种考虑成本因素的电力系统无功优化方 法。
【背景技术】
[0002] 电力系统无功优化的分析对电力系统实际运行具有重要意义。电力系统无功优化 问题，就是当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优化，所能找到 的在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功 调节手段。无功优化问题是一个多目标、多约束、不确定性的非线性混合规划问题，涉及到 无功补偿地点的选择、无功补偿容量的确定、变压器分接头的调节和发电机机端电压的配 合等方面。无功优化是电力系统运行与控制中的一个传统课题，是保证系统安全经济、稳定 运行的有效手段，是降低系统网损、提高电压质量的重要措施。
[0003] 无功优化模型是自动电压控制的一个重要模块，广泛应用于发电厂、变电站和各 级电力调度部口。无功优化模型是电力系统调度自动化系统的一个重要组成模块。电力系 统调度自动化广泛用于各级电力调度部口，是当前电力系统中发展最快的【技术领域】之一， 它的主要功能构成分为；（1)电力系统数据采集与监控是实现调度自动化的基础和前提； (2)电力系统经济运行与调度、电力市场化运营与可靠行、发电厂运营决策支持等；（3)变 电站综合自动化。自动电压控制对发电机无功出力进行实时跟踪调控，对变电站无功补偿 设备及主变分接头进行适时调整。
[0004] 现有技术的无功优化模型存在如下问题；主要考虑的是技术问题，即如何对变电 站无功补偿设备及主变分接头进行适时调整、如何优化电网内无功潮流的分布、如何提高 电网的电压水平、或如何根据提高电压质量和降低网损等角度配置无功补偿设备等问题， 而没有考虑如何在成本最低的前提下合理配置无功补偿设备。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种考虑成本因素的电力系统无功优化方 法，其能够在成本最低的前提下合理配置无功补偿设备。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是该样实现的；一种考虑成本因素的电力系 统无功优化方法，其特征在于，该方法包括：
[0007] 根据电力系统的结构和数据，将所述电力系统的节点分为PV节点、PQ节点和平衡 节点；
[0008] 设定第一目标函数、第二目标函数与第H目标函数，其中，所述第一目标函数为所 述电力系统的有功网损；所述第二目标函数为节点电压值约定偏移范围；所述第H目标函 数为所有的PQ节点需采用的无功补偿设备总成本；
[0009] 设定第一等式约束和第二等式约束，其中，所述第一等式约束为所有的PV节点和 PQ节点的有功功率平衡方程式；所述第二等式约束为所有的PQ节点的无功功率平衡方程 式；
[0010] 设定第一类不等式约束和第二类不等式约束，其中，所述第一类不等式约束为所 有的无功电源节点的无功电源输出无功功率上下限不等式；所述第二类不等式约束为所有 的PV节点和PQ节点的电压幅值上下限和变压器变比上下限不等式；
[0011] 求解上述模型，得到所述电力系统的优化参数。
[0012] 进一步地，所述无功补偿设备总成本根据无功补偿设备的成本-容量之间关系得 出。
[0013] 进一步地，所述成本-容量之间关系包括：
[0014] "Qa) = 1.94 X Q。，或"Qa) = 11.3+0. 54 X 化 1-9. 3)，或"Qa) = 1.55 X Q。
[0015] 其中，C (*)是根据容量-成本数据对拟合出的无功补偿设备的成本-容量函数， Qa为各个无功补偿设备的注入容量。
[0016] 进一步地，所述第一目标函数为：
[0017]
【权利要求】
1. 一种考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，该方法包括： 根据电力系统的结构和数据，将所述电力系统的节点分为PV节点、PQ节点和平衡节 占 . 设定第一目标函数、第二目标函数与第三目标函数，其中，所述第一目标函数为所述电 力系统的有功网损；所述第二目标函数为节点电压值约定偏移范围；所述第三目标函数为 所有的PQ节点需采用的无功补偿设备总成本； 设定第一等式约束和第二等式约束，其中，所述第一等式约束为所有的PV节点和PQ节 点的有功功率平衡方程式；所述第二等式约束为所有的PQ节点的无功功率平衡方程式； 设定第一类不等式约束和第二类不等式约束，其中，所述第一类不等式约束为所有的 无功电源节点的无功电源输出无功功率上下限不等式；所述第二类不等式约束为所有的 PV节点和PQ节点的电压幅值上下限和变压器变比上下限不等式； 求解上述模型，得到所述电力系统的优化参数。
2. 如权利要求1所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述无 功补偿设备总成本根据无功补偿设备的成本-容量之间关系得出。
3. 如权利要求2所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述成 本-容量之间关系包括： C(Qci) =1.94XQci，或 C(Qci) =11. 3+0. 54X (Qc「9. 3)，或 C(Qci) =1.55XQCi其中，C (*)是根据容量-成本数据对拟合出的无功补偿设备的成本-容量函数，Qa为 各个无功补偿设备的注入容量。
4. 如权利要求3所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述第 一目标函数为：
其中，针对所有的节点i，令Gu为节点i与j之间的电导，Ui和％分别为节点i与j的 电压有效值，9 ij为节点i与j的电压相量的相角差。
5. 如权利要求4所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述第 二目标函数为：
其中，针对所有的PV节点和PQ节点LVi为节点i的电压幅值，I1A为节点i上的指定 电压幅值；为在节点上允许的最大电压偏差。
6. 如权利要求5所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述第 三目标函数为：
其中，C (*)是根据容量-成本数据对拟合出的无功补偿设备的成本-容量函数，Qa为 各个无功补偿设备的注入容量。
7. 如权利要求6所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述第 一等式约束为： gi (X1, x2) = Pi-Ui ? SUj ? (Gij ? cos 0 ij+Bij ? sin 0 u) = O 其中，Pi为第i个节点的注入有功功率，Ui为第i个节点的电压，Gu为第i个节点与第 j个节点之间的电导，为第i个节点与第j个节点之间的电纳，0 u为第i个节点与第j 个节点之间的电压相量的夹角。
8. 如权利要求7所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述第 二等式约束为： g2(Xi，x2) = (^+Qci-Ui ? SUj ? (Gij ? sin 0 U-Bij. ? cos 0 ij) = 0 其中，Qi为第i个节点的注入有功功率，Qa为各无功补偿设备的注入容量，Ui为第i个 节点的电压，Gu为第i个节点与第j个节点之间的电导，为第i个节点与第j个节点之 间的电纳，e u为第i个节点与第j个节点之间的电压相量的夹角。
9. 如权利要求8所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述求 解模型包括：对所述第一目标函数，第二目标函数和第三目标函数进行加权，建立妥协模 型： minF (X1, x2, x3) = W1 ? (X1, x2)+W2 ? (X1, x2)+W3 ? f3 (X3) 其中，Wl、W2和W3为反映电网运行经济性、电压质量偏好和无功补偿设备总成本的权重 因子，且 Wi+W2+W3 = 1。
10. 如权利要求9所述的考虑成本因素的电力系统无功优化方法，其特征在于，所述W1=w2 = W3 = 1/3。
【文档编号】H02J3/18GK104362650SQ201410646285
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】刘鹏, 李海, 吕志来, 张学深 申请人:国家电网公司, 北京许继电气有限公司