一种配电网线路无功优化方法与流程

1.本发明涉及电力系统配网技术领域，特别涉及了一种配电网线路无功优化方法。


背景技术：

2.电压无功控制问题是一个多目标、多约束、多变量的混合非线性问题，它具有控制变量不连续性、不确定性、动态性等特点。针对电压无功优化问题，各方面考虑的程度和处理的方法不同，就有不同类型的电压无功优化数学模型和处理方法。传统优化方法主要包括线性规划法、非线性规划法、动态规划法和混合整数规划法等，这些算法从某个初始点出发，按照一定的轨迹不断改进当前解，最终收敛于最优解。
3.但总体而言，各类电压无功优化控制算法的基本思路是：在电力系统有功负荷、有功电源及有功潮流分布己经给定的情况下，以发电机端电压幅值、无功补偿设备和可调变压器分接头作为控制变量，而以发电机的无功出力、负荷节点电压幅值和支路传送功率作为约束变量，建立电力系统电压无功优化问题的数学模型，应用优化技术和人工智能技术，谋求合理的无功补偿点和最佳补偿容量，保证电力系统安全、经济地向用户供电。但都没有将智能分布式无功分组补偿装置应用于配网线路的电压来控制无功优化，通过分组改善线路的等效阻抗特性和无功补偿性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中仅单纯对配电网进行无功优化、未考虑分布式无功分组补偿装置对配电网无功补偿的影响的问题，提供了一种配电网线路无功优化方法，将智能分布式无功分组补偿装置应用于配网线路的电压控制无功优化，通过分组改善线路的等效阻抗特性和无功补偿性能，以解决配电网电网电压越限和无功优化的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种配电网线路无功优化方法，包括下列步骤：
6.s1：采集馈线线路历史数据，得到电力设备的关键参数以及关键历史数据；
7.s2：采集实时线路数据，选取线路并为选取的线路配置智能分布式无功分组补偿装置的分组容量以及组数；
8.s3：构建配电网无功优化模型；
9.s4：潮流计算得到线路数据，判断计算结果是否满足约束条件，若是，执行步骤s5，若不是，优化分组容量并调整开关，回到步骤s3；
10.s5：求解配电网无功优化模型，输出配电网无功补偿优化结果。
11.本发明将智能分布式无功分组补偿装置应用于配网线路的电压控制无功优化，通过分组改善线路的等效阻抗特性和无功补偿性能，以解决配电网电网电压越限和无功优化的问题。使电网电压满足供电电压质量标准的同时，最大限度地利用智能分布式分组无功资源，通过最小投资降低配网线路的损耗、提高配网系统效能。
12.作为优选，所述的步骤s1中，所述线路历史数据包括：线路的型号、长度、馈线分段
开关、配变型号、配变容量、新能源的配置参数以及历史出力曲线；电力设备的关键参数包括：线路典型年负荷曲线；关键历史数据包括：实际统计线损历史数据。所述新能源包括风电以及光伏。
13.作为优选，所述的步骤s2，进一步包括：
14.s2.1：采集实时线路数据，通过计算选取重载且网络损耗大于n％的线路，为选取的线路配置可用于小容量和组数的智能分布式无功补偿装置；
15.s2.2：将智能分布式无功补偿装置接入选取的线路，根据采集的实时线路数据，计算线路配置数据。
16.重载表示电流达到额定值的80％。网络损耗一般是指变电站或者是配电站因为工作中的配电原因而不得不损耗的电能，包括变压器的损耗，母线以及各连接点的阻抗、电磁辐射等因素所产生的损耗、配电网中设备引起的损耗。本发明中n优选为7，但并不表示本发明中n只能为7，具体数值可以根据实际情况进行调整。
17.作为优选，所述的步骤s3中，构建配电网无功优化模型的具体步骤为：
18.s3.1：以配电网网络损耗最小、电压偏移最小、无功分组补偿装置开关动作次数最小为目标，构建所述配电网无功优化模型的目标函数；
19.s3.2：配置目标函数的约束条件。
20.使电网电压满足供电电压质量标准的同时，最大限度地利用智能分布式分组无功资源，通过最小投资降低配网线路的损耗、提高配网系统效能。
21.作为优选，所述的步骤s3.1中，目标函数为：
[0022][0023]
其中，α1、α2、α3为三个目标的权重因子，满足α1+α2+α3＝1；f1为网损之和；f2为线路各节点电压偏离规定值之和；f3为智能分布式分组开关调整成本之和；n为整个线路的节点个数；uj为节点j的电压；g
ij
为节点i和节点j之间的电导；b
ij
为节点i和节点j之间的电纳；δ
ij
为节点i和节点j的电压相角差，δ
ij
＝δ
i-δj；为节点j的电压给定值；为节点j给定的最大电压偏移值；c
ij
为智能分布式无功补偿装置(i,j)的操作成本；z
ij
是表征智能分布式无功分组补偿装置的可调节状态的0-1变量，0表示线路开断，1表示线路运行；k为智能分布式无功补偿分组装置的集合。
[0024]
目标函数中考虑网络损耗、电压偏移最小、无功分组补偿装置开关动作次数最小等。
[0025]
作为优选，所述的步骤s3.2中，约束条件包括：一般约束、发电机出力约束、有载调压变压器约束、分布式电源约束、无功补偿装置约束以及储能约束。一般约束用于满足电网潮流平衡及电压稳定。
[0026]
作为优选，所述的一般约束包括潮流约束、电压约束以及支路功率约束，所述发电机出力约束包括功率约束和爬坡约束，所述有载调压变压器约束包括分接头调节范围约
束，所述分布式电源约束包括有功出力约束、有功-无功关系约束，所述无功补偿装置约束包括无功补偿容量约束。
[0027]
潮流约束：
[0028][0029]
电压约束
[0030][0031]
支路功率约束：
[0032][0033]
式中，pi、qi分别为第i个节点的注入有功功率、注入无功功率；vi为第i个节点的电压幅值；δ
ij
为节点i和节点j的电压相角差；g
ij
、b
ij
分别为i、j两节点间的电导、电纳参数；p
ij
为节点i和节点j之间支路流经的功率；p
ij,max
、p
ij,min
分别为节点i和节点j之间支路流过功率的上下限。
[0034]
发电机出力关系式为：
[0035][0036]
式中，p
i,g
、q
i,g
为第i个机组的有功、无功出力；为第i个机组的有功出力上下限；为第i个机组的无功出力上下限；和分别为第i个发电机的爬坡率约束。
[0037]
有载调压变压器约束关系式为：
[0038]
t
imin
≤ti≤t
imax
[0039]
式中，ti为第i台有载调压变压器在t时刻的变比；t
imax
、t
imin
为第i台有载调压变压器的变比可调节上下限。
[0040]
分布式电源约束约束关系式为：
[0041][0042]
式中，p
i,dg
、q
i,dg
分别为第i台分布式电源的有功出力和无功出力；为第i台分
布式电源的功率因数。
[0043]
无功补偿装置约束关系式为：
[0044][0045]
式中，q
i,svc
为第i个静止无功补偿器的所补偿的无功功率。
[0046]
所述储能约束关系式为：
[0047][0048]
式中，分别为表示第i个储能设备的充电功率的上下限；n
i,ch
为状态变量，为1时储能设备充电，为0时储能设备放电；e
i,ess
为节点i的电量；为考虑寿命等因素后设置的电量上下值。
[0049]
作为优选，所述的步骤s3中，约束条件还包括：智能分布式无功分组补偿装置数目限制约束条件：
[0050]
式中，zk代表第k个分布式无功分组可调节状态的0-1状态变量，0表示不可调节，1表示可以调节其开关；k为智能分布式无功分组补偿装置的集合；j为单次最大允许的调节开关数。智能分布式无功分组补偿装置数目限制约束考虑无功补偿分组开关投切次数、容量约束。
[0051]
作为优选，所述的步骤s4中，潮流计算得到线路数据，所述线路数据包括：初始线路潮流和各节点电压、节点导纳矩阵以及线路传输功率边界。
[0052]
潮流计算指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。
[0053]
因此，本发明具有如下有益效果：1、使电网电压满足供电电压质量标准的同时，最大限度地利用智能分布式分组无功资源；2、通过最小投资降低配网线路的损耗、提高配网系统效能；3、得到配电网无功优化结果，并能根据结果对配电网结构进行优化。
附图说明
[0054]
图1为本发明方法的具体操作流程图。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
[0056]
如图1所示的实施例中，可以看到一种配电网线路无功优化方法，其操作流程为：步骤一，采集馈线线路历史数据，得到电力设备的关键参数以及关键历史数据；步骤二，采集实时线路数据，选取线路并为选取的线路配置智能分布式无功分组补偿装置的分组容量以及组数；步骤三，构建配电网无功优化模型；步骤四，潮流计算得到线路数据，判断计算结
果是否满足约束条件，若是，执行步骤五，若不是，优化分组容量并调整开关，回到步骤三；步骤五，求解配电网无功优化模型，输出配电网无功补偿优化结果。本发明将智能分布式无功分组补偿装置应用于配网线路的电压控制无功优化，通过分组改善线路的等效阻抗特性和无功补偿性能，以解决配电网电网电压越限和无功优化的问题。使电网电压满足供电电压质量标准的同时，最大限度地利用智能分布式分组无功资源，通过最小投资降低配网线路的损耗、提高配网系统效能。
[0057]
下面进一步对本实施例的方案进行说明，本实施例中智能分布式无功分组补偿装置为具有串联两组及以上可控开关和容抗器的智能分布式无功补偿装置，将电容与可控电感并联(电感串联可控硅后与电容并联)构成可控串联无功补偿装置，通过分组改变可控硅的导通角来改变补偿装置的等效串联电抗特性，进而改变线路的等效阻抗特性和无功补偿性能，从而实现根据实际运行情况灵活调整串补装置的电压-无功补偿性能的目的。
[0058]
第一步：采集馈线线路历史数据，得到电力设备的关键参数以及关键历史数据
[0059]
采集任一地区所有的馈线线路历史数据，包括线路的型号、长度、馈线分段开关、配变型号、配变容量、新能源(光伏、风电)的配置参数以及历史出力曲线；对采集的线路历史数据进行计算整理，得到相关电力设备的关键参数(包括线路典型年负荷曲线)以及关键历史数据(包括实际统计线损历史数据)。
[0060]
第二步：采集实时线路数据，选取线路并为选取的线路配置智能分布式无功分组补偿装置的分组容量以及组数
[0061]
采集实时线路数据，通过计算选取重载且网络损耗大于n％的线路，为选取的线路配置可用于小容量和组数的智能分布式无功补偿装置；将智能分布式无功补偿装置接入选取的线路，根据采集的实时线路数据，计算线路配置数据。本实施例中n为7，但并不表示本发明中n只能为7，具体数值可以根据实际情况进行调整。
[0062]
第三步：构建配电网无功优化模型
[0063]
以配电网网络损耗最小、电压偏移最小、无功分组补偿装置开关动作次数最小为目标，构建所述配电网无功优化模型的目标函数，所述目标函数为：
[0064][0065]
式中，α1、α2、α3为三个目标的权重因子，满足α1+α2+α3＝1；
[0066]
f1为网损之和；f2为线路各节点电压偏离规定值之和；f3为智能分布式分组开关调整成本之和；n为整个线路的节点个数；uj为节点j的电压；g
ij
为节点i和节点j之间的电导；b
ij
为节点i和节点j之间的电纳；δ
ij
为节点i和节点j的电压相角差，δ
ij
＝δ
i-δj；为节点j的电压给定值；为节点j给定的最大电压偏移值；c
ij
为智能分布式无功补偿装置(i,j)的操作成本；z
ij
是表征智能分布式无功分组补偿装置的可调节状态的0-1变量，0表示线路开断，1表示线路运行；k为智能分布式无功补偿分组装置的集合。
[0067]
配置目标函数的约束条件，所述约束条件包括：用于满足电网潮流平衡及电压稳
定的一般约束、发电机出力约束、有载调压变压器约束、分布式电源约束、无功补偿装置约束、智能分布式无功补偿分组装置数目限制约束。
[0068]
所述配电网的一般约束约束关系式为：
[0069]
(1)潮流约束
[0070][0071]
(2)电压约束
[0072][0073]
(3)支路功率约束
[0074][0075]
式中，pi、qi分别为第i个节点的注入有功功率、注入无功功率；vi为第i个节点的电压幅值；δ
ij
为节点i和节点j的电压相角差；g
ij
、b
ij
分别为i、j两节点间的电导、电纳参数；p
ij
为节点i和节点j之间支路流经的功率；p
ij,max
、p
ij,min
分别为节点i和节点j之间支路流过功率的上下限。
[0076]
所述发电机出力约束包括功率约束和爬坡约束，发电机处理约束关系式为：
[0077][0078]
式中，p
i,g
、q
i,g
为第i个机组的有功、无功出力；为第i个机组的有功出力上下限；为第i个机组的无功出力上下限；和分别为第i个发电机的爬坡率约束。
[0079]
有载调压变压器约束包括分接头调节范围约束，所述有载调压变压器约束关系式为：
[0080]
t
imin
≤ti≤t
imax
[0081]
式中，ti为第i台有载调压变压器在t时刻的变比；t
imax
、t
imin
为第i台有载调压变压器的变比可调节上下限。
[0082]
分布式电源约束包括有功出力约束、有功-无功关系约束，所述分布式电源约束约束关系式为：
[0083][0084]
式中，p
i,dg
、q
i,dg
分别为第i台分布式电源的有功出力和无功出力；为第i台分布式电源的功率因数。
[0085]
无功补偿装置约束包括无功补偿容量约束，所述无功补偿装置约束关系式为：
[0086][0087]
式中，q
i,svc
为第i个静止无功补偿器的所补偿的无功功率。
[0088]
所述储能约束关系式为：
[0089][0090]
式中，分别为表示第i个储能设备的充电功率的上下限；n
i,ch
为状态变量，为1时储能设备充电，为0时储能设备放电；e
i,ess
为节点i的电量；为考虑寿命等因素后设置的电量上下值。
[0091]
智能分布式无功补偿分组装置数目限制约束包括无功补偿分组开关投切次数、容量约束，所述智能分布式无功分组补偿装置数目限制约束关系式为：
[0092][0093]
式中，zk代表第k个分布式无功分组可调节状态的0-1状态变量，0表示不可调节，1表示可以调节其开关；k为装置的集合；j为单次最大允许的调节开关数。
[0094]
第四步：潮流计算得到线路数据，判断计算结果是否满足约束条件，若是，执行第五步，若不是，优化分组容量并调整开关，回到第三步，重新构建配电网无功优化模型
[0095]
潮流计算得出初始线路潮流和各节点电压、节点导纳矩阵、线路传输功率边界，判断是否满足配电网无功优化模型，通过迭代求出最优的配电网无功优化模型。
[0096]
第五步：求解配电网无功优化模型，输出配电网无功补偿优化结果
[0097]
利用通过第四步得到的最优的配电网无功优化模型，求解得到配电网无功补偿优化结果，得到配电网结构优化无功电压调整策略。
[0098]
本发明通过利用智能分布式无功分组补偿装置的容量灵活调节无功电压调节能力的弹性资源来解决实际问题，并通过和电网结构优化方法相结合，迭代求出最优的配网线路无功优化模型，通过模型求解出配电网无功补偿优化结果。通过本发明，配电网电压满足供电电压质量标准的同时，最大限度地利用智能分布式分组无功资源，通过最小投资降低配网线路的损耗、提高配网系统效能。
[0099]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。