无功电压优化控制装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于对主动配电网进行无功电压优化的控制装置和方法，特别涉 及进行动态无功电压优化的控制装置和方法。
【背景技术】
[0002] 配电网是输电网和用户传输的重要枢纽，电能通过配电网的安全高效传输满足用 户负荷用电需求。配电网覆盖面积广，设备数量众多，电能传输过程是从变电站端经由馈线 将电能传输至用户负荷端的过程。在电能的传输、特别是大量的无功功率的传输，会产生功 率损耗和电压降落；同时由于大多数用户负荷为单相负荷，会造成配电网运行H相不平衡， 进一步加重了电能损耗和电压质量问题。
[0003] 另外，传统配电网是无源网络即被动配电网，电压水平随馈线的延伸呈单调下降 趋势，然而近年来，越来越多的分布式电源、例如太阳能发电装置等被接入到配电网，形成 有源网络也即所谓的主动配电网。由于分布式电源发电的波动性与随机性，导致配电网电 压水平也发生波动甚至越限。主动配电网的动态无功电压的优化控制方法，是考虑分布式 电源的动态变化及无功补偿设备的操作次数限制的系统优化方法，目的在于提高分布式电 源接入的主动配电网的电压质量，减少能量损耗。
[0004] 主动配电网的动态无功电压优化的控制方法，采用动态无功电压优化系统来优化 配电网中的电压和电流分配。为此，经常在配电网中配置无功补偿设备。电网中的无功补 偿设备主要有静态无功补偿设备、静态无功发生器、静止同步补偿设备和并联电容器。随着 分布式电源不断渗透到配电网，配电网由原来被动受电的被动配电网，转换成含分布式电 源设备的有源电网即主动配电网。由于分布式电源设备具有无功补偿能力，所W分布式电 源设备也是配电网中的无功补偿设备。
[0005] 图8是用于说明分布式电源的接入对配电网电压的影响的示意图。如图8所示， 配电网上连接的负荷有单相、有H相，并且还连接了作为无功补偿设备的电容器、和作为分 布式电源的太阳能发电装置。众所周知，太阳能发电装置的发电功率并不是恒定的，其随着 时间、天气环境等不断变化，如图8的曲线所示的郝样具有波动性。
[0006] 传统的被动配电网的电能，由变电站侧通过馈线传输到用户负荷侧，沿馈线电压 为单调下降分布，而接入分布式电源设备后的主动配电网，因为分布式电源电能的上网，贝U 主动配电网的能量流动方向不再是单一方向，而会出现逆潮流，而由于逆潮流本身也存在 波动性，因此会导致配电网的潮流分布随负荷与分布式电源动态变化，如图8中节点电压 曲线显示的郝样，装有出力动态变化的分布式电源的主动配电网，有可能出现部分节点电 压不合格而越限的情况。
[0007] W上问题在该技术领域中称为主动配电网的动态无功电压优化问题。动态无功 电压优化控制方法是个十分复杂的时空分布非线性优化问题，一方面，单个时刻的优化是 一个复杂的非线性整数优化；另一方面，一段时间内的优化必须考虑负荷与分布式电源的 动态变化。动态无功电压优化控制方法有数十年的研究历史，特别是动态无功电压优化算 法作为一个多变量混合整数优化问题，在数学上属NP(Non-Deterministic化Iynomial; 非确定多项式）难题，目前还没有数学上严格最优的多项式算法，W往提出的算法包括 启发式算法、现代优化算法和近似算法等。在公知技术[1]IntegratedvoltageandVar optimizationprocessfordistributionsystemOJS2010/0198422A1) ; [2]智能配电系统 多时段动态无功优化方法（CN1032808211A)中均采用了现代优化算法。已有算法主要有如 下缺陷：
[0008] 1)在电力系统实际运行中，由于负荷总是不断变化的，配电网具有连续动态特性， 针对单个时间断面进行的静态优化计算是无法满足实际运行需要。
[0009] 2)由于过频繁的操作电容器会导致设备期望寿命的降低，无功补偿设备的动作次 数在实际运行中有限制，所W在动态无功电压优化问题中，不考虑电容器每天的投切次数 的限制则无法满足实际运行要求。
[0010] 3)由于主动配电网的负荷是H相不平衡的，配电网具有H相不平衡的特性。如果 忽略H相不平衡特性，有可能优化控制策略会加剧配电网H相不平衡电流，严重的H相不 平衡运行会导致电力设备发热严重，电力设备某相过载现象甚至烧毁等问题。
[0011] 简而言之，在现有的算法下，对于配电网的连续动态特效性、电容器操作次数和H 相不平衡特性没有给予足够考虑，导致优化结果与实际的控制目标存在较大差距；然而，若 对各种因素都予W考虑来进行计算的话，计算量将十分庞大，不符合人们对算法计算效率 的要求。
【发明内容】
[0012] 本发明正是针对送些问题提出的，其目的在于提供一种用于对主动配电网的动态 无功电压进行优化的控制装置和方法，能够通过尽可能少的运算量来得到最为理想的优化 结果。
[0013] 本发明的一个方面提供一种无功电压优化控制装置，用于对连接有分布式电源、 W及离散式无功补偿设备的配电网进行无功电压优化，包括：
[0014] 数据采集模块，通过通讯网络从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学 参数来建立电学参数之间的电学关系，并对次日计算负荷预测曲线和所述分布式电源的发 电预测曲线；
[0015] 日前计划模块，根据所述数据采集模块得到的所述负荷预测曲线和所述发电预 测曲线，按照符合所述离散式无功补偿设备的操作次数限制的方式，来计算包含所述离散 式无功补偿设备的动作时刻和补偿功率的控制策略，作为次日进行无功电压控制的日前计 划；和
[0016] 在线优化模块，在根据所述日前计划模块得到的所述日前计划对所述离散式无功 补偿设备进行操作的时刻，根据所述数据采集模块实时采集的电学参数，来修正该时刻的 所述控制策略中的补偿功率，并据此对所述离散式无功补偿设备进行操作。
[0017] 本发明的另一个方面提供一种无功电压优化控制方法，用于对连接有分布式电 源、W及离散式无功补偿设备的配电网进行无功电压优化，包括：
[0018] 数据采集步骤，通过通讯网络从所述配电网获取用于配电网潮流分布计算的电学 参数来建立电学参数之间的电学关系，并对次日计算负荷预测曲线和所述分布式电源的发 电预测曲线；
[0019]日前计划步骤，根据在所述数据采集步骤得到的所述负荷预测曲线和所述发电 预测曲线，按照符合所述离散式无功补偿设备的操作次数限制的方式，计算包含所述离散 式无功补偿设备的动作时刻和补偿功率的控制策略，作为次日进行无功电压控制的日前计 划；和
[0020] 在线优化步骤，在根据在所述日前计划步骤得到的所述日前计划对所述离散式无 功补偿设备进行操作的时刻，根据所述数据采集步骤实时采集的电学参数，来修正该时刻 的所述控制策略中的补偿功率，并据此对所述离散式无功补偿设备进行操作。
[0021] 根据本发明，能够在主动配电网的动态无功电压的优化中，通过尽可能少的运算 量来得到最为理想的优化结果，并实现降低网损和解决电压越限的问题。
【附图说明】
[0022] 图1是表示本发明所涉及的主动配电网动态无功电压优化控制的原理示意图。
[0023] 图2是用于说明本发明所涉及的主动配电网的动态无功电压优化的控制装置20 的方框图。
[0024] 图3是用于说明配电网H相建模原理的示意图。
[00巧]图4是用于说明主动配电网的动态无功电压的优化控制的日前计划的计算原理 的W意图。
[0026] 图5是用于说明本发明所涉及的主动配电网的动态无功电压优化的控制装置20 中的日前计划模块203中的计算流程图。
[0027] 图6是表示日前计划的计算的流程图。
[0028] 图7是表示日前计划模块202中无功补偿设备中动作时刻的确定的流程图。
[0029] 图8是用于说明分布式电源的接入对配电网电压的影响的示意图。
【具体实施方式】
[0030]W下，结合附图对本发明的实施方式进行具体说明。
[0031] 图1是表示本发明所涉及的主动配电网动态无功电压优化控制的原理示意图。 主动配电网的无功电压优化控制设备，一般包括；电容电抗器、变压器分接头、SVC(Static VarCompensator)、STATCOM(StaticSynchronousCompensator)和DG(Distributed Generation)。其中，前两者是离散控制变量，且存在操作次数约束；后H者为连续控制变 量，不存在操作次数约束。
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