專利名稱：一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)綜合節(jié)能技術(shù)，特別是一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法。

背景技術(shù)：
節(jié)能減排，作為我國(guó)“十一五”規(guī)劃中一重要任務(wù)，已不僅是政府的一個(gè)行動(dòng)目標(biāo)，而且還能給企業(yè)帶來經(jīng)營(yíng)上的收入，讓城市居民能獲得一個(gè)較好的生存環(huán)境。節(jié)能減排更是一個(gè)人類解決環(huán)境問題的必經(jīng)之路。企業(yè)作為全國(guó)最主要的用電戶，企業(yè)節(jié)能降耗不僅能夠給企業(yè)本身帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠緩解全國(guó)的供電壓力。據(jù)國(guó)家電力信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2000年全國(guó)年電能損失達(dá)875億度；國(guó)家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)部的統(tǒng)計(jì)表明，2005年全國(guó)年電能損失超過2千億度。無功補(bǔ)償不足是導(dǎo)致電能損失的主要因素。
配電網(wǎng)無功優(yōu)化是降低網(wǎng)損的一項(xiàng)重要措施。通過無功優(yōu)化調(diào)度可以優(yōu)化配電網(wǎng)的無功潮流分布，并降低配電網(wǎng)的有功損耗和電壓損耗，從而改善電壓質(zhì)量，使用電設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。在保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性方面，無功優(yōu)化調(diào)度的重要性已得到了全球的關(guān)注。目前，為保證企業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高用電電能質(zhì)量，在各大企業(yè)配電網(wǎng)中配置了先進(jìn)的諧波治理(HAPF)和無功補(bǔ)償(SVC、DSTATCOM、IVC)裝置，通過調(diào)節(jié)各種裝置備來改變無功潮流在配電網(wǎng)絡(luò)中的分布，從而達(dá)到降損節(jié)能的目的。無功優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用于企業(yè)配電網(wǎng)能夠降低線路無功潮流，減少線路發(fā)熱，延長(zhǎng)企業(yè)配電網(wǎng)線路使用期壽命；減小電機(jī)工作電流，延長(zhǎng)使用壽命，解決企業(yè)配電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題，具有實(shí)際意義。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明旨在提供一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，特別提供一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)的無功優(yōu)化控制方法。企業(yè)配電網(wǎng)調(diào)度中心通過以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略全局協(xié)同諧波治理和無功補(bǔ)償裝備，利用最優(yōu)匹配注入流法求出無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，確定無功補(bǔ)償裝備投入時(shí)間和地點(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償裝置投入容量等，從而減少線路損耗和畸變損耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)配電網(wǎng)節(jié)能。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，企業(yè)配電網(wǎng)調(diào)度中心通過以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略優(yōu)化無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，全局協(xié)同諧波治理和無功補(bǔ)償裝備，包括如下步驟 1)建立無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型 對(duì)變量X的上下限取值采用如下表示方法X代表其下限，

代表其上限；選取無功補(bǔ)償容量的投切和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)作為控制手段，以有功網(wǎng)損最小為目標(biāo)，建立無功優(yōu)化模型為
式中，Q為可投切無功補(bǔ)償容量的矢量；BC是無功補(bǔ)償單元的容量矢量；T為有載變壓器的檔位矢量；N為整數(shù)集；f(Q，T)是潮流方程；V為母線電壓矢量；Ploss為有功網(wǎng)損； 2)優(yōu)化問題的分解 當(dāng)系統(tǒng)電壓不符合要求時(shí)就通過變壓器分接頭的調(diào)整來校正；而無功補(bǔ)償容量的投切就根據(jù)流入無功補(bǔ)償裝置的無功大小來進(jìn)行，電壓分布與無功分布本身的耦合性就決定了變壓器與無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化調(diào)整措施必將互相影響，因此，優(yōu)化問題分解為無功補(bǔ)償容量的投切和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)兩個(gè)優(yōu)化子問題，進(jìn)行來回交叉迭代，逐步逼近優(yōu)化解；疊代首先要滿足無功就地平衡的要求，即通過無功補(bǔ)償容量的投切盡量減少變壓器上無功的流動(dòng)，然后再根據(jù)投切后的電壓狀況來調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭的位置；因此，式(1)分解為無功補(bǔ)償裝置投切的子問題式(2)和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)的子問題式(3)

3)利用最優(yōu)匹配注入流對(duì)無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量求解 對(duì)于最優(yōu)匹配注入流，當(dāng)無功充足時(shí)，可通過調(diào)整變壓器有效地調(diào)節(jié)電壓，所以，在模型中不考慮電壓約束，無功補(bǔ)償裝置投切子問題簡(jiǎn)化為
利用式(4)模型求出無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量。
本發(fā)明所述企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法的益處是通過不同類型的無功補(bǔ)償裝置根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合安裝于企業(yè)配電網(wǎng)中，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及暫態(tài)穩(wěn)定性和改善供電電能質(zhì)量的目的，為企業(yè)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償提供一種全面的解決方案，達(dá)到節(jié)能降耗的效果，且實(shí)現(xiàn)了全局無功補(bǔ)償裝置協(xié)同優(yōu)化控制，提高電能總體利用效率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例就本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。



圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明中企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法的操作流程圖； 圖3是基于最優(yōu)匹配注入流法的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量求解的算法流程圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1所示，本實(shí)施例中，在企業(yè)配電網(wǎng)10KV側(cè)使用大功率混合型有源電力濾波器(HAPF)和高壓靜止無功補(bǔ)償器(SVC)，進(jìn)行諧波治理和無功補(bǔ)償；在380V側(cè)使用智能無功補(bǔ)償器裝置(IVC)和配電網(wǎng)靜止無功補(bǔ)償器(DSTATCOM)抑制負(fù)荷不平衡和閃變，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)節(jié)能。通過將采集到的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)的信息進(jìn)行綜合分析，選出經(jīng)濟(jì)上和補(bǔ)償效果上均達(dá)到最優(yōu)的若干個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的信息應(yīng)能充分反映配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，多節(jié)點(diǎn)在聯(lián)網(wǎng)方式時(shí)，通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的單機(jī)無功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行控制，使其協(xié)同工作，最終實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的無功功率的全局協(xié)同優(yōu)化補(bǔ)償，使系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上和補(bǔ)償效果上達(dá)到最優(yōu)。
如圖2，為企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)的操作流程圖，具體過程是程序開始后，完成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊妥儔浩魍負(fù)浞治觯缓罄米顑?yōu)匹配注入流法求解補(bǔ)償裝置最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量進(jìn)行優(yōu)化控制，求解完成進(jìn)行變壓器分接頭調(diào)整，調(diào)節(jié)完成后接下來判斷系統(tǒng)整體優(yōu)化是否完成，如果未完成返回到最優(yōu)匹配注入流法求解補(bǔ)償裝置最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，如果已經(jīng)完成，程序結(jié)束。
其中企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法的具體實(shí)施過程如下 1)建立無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型 對(duì)變量的上下限取值采用如下表示方法對(duì)變量X，X代表其下限，

代表其上限。
選取無功補(bǔ)償容量的投切和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)作為控制手段，以有功網(wǎng)損最小為目標(biāo)，無功優(yōu)化模型如下
式中，Q為可投切無功補(bǔ)償容量的矢量；BC是無功補(bǔ)償單元的容量矢量；T為有載調(diào)壓變壓器的擋位矢量；N為整數(shù)集；f(Q，T)是潮流方程；V為母線電壓矢量；Ploss為有功網(wǎng)損； 上述模型是一個(gè)非線性整數(shù)規(guī)劃模型，它的目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是控制量的非線性函數(shù)，一般都采用近似模型來逐步逼近原模型的精確解。
2)優(yōu)化問題的分解 對(duì)于企業(yè)配電網(wǎng)，有載變壓器分接頭的調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償裝置的投切是無功和電壓控制的主要手段。這兩種控制手段在實(shí)際系統(tǒng)中常常是分開應(yīng)用的。考慮到分接頭的調(diào)整主要影響到電壓水平，無功補(bǔ)償容量的投切影響流入變壓器的無功流，當(dāng)系統(tǒng)電壓不符合要求時(shí)就通過變壓器分接頭的調(diào)整來校正電壓；而無功補(bǔ)償容量的投切就根據(jù)流入主無功補(bǔ)償裝置的無功大小來進(jìn)行。
實(shí)際上，電壓分布與無功分布本身的耦合性就決定了變壓器與無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化調(diào)整措施必將互相影響。因此，在設(shè)計(jì)優(yōu)化算法時(shí)，兩種調(diào)整措施就當(dāng)作兩個(gè)優(yōu)化子問題，進(jìn)行來回交叉迭代，逐步逼近優(yōu)化解。疊代首先要滿足無功就地平衡的要求，即通過無功補(bǔ)償容量的投切盡量減少變壓器上無功的流動(dòng)；然后再根據(jù)投切后的電壓狀況來調(diào)節(jié)分接頭的位置。如果首先進(jìn)行分接頭的調(diào)節(jié)而不考慮無功的分布情況，有可能使此時(shí)分接頭已經(jīng)調(diào)到邊界值，整個(gè)電壓水平趨于理想，而調(diào)整無功補(bǔ)償容量后電壓發(fā)生偏差，此時(shí)變壓器已不起作用。這樣，式(1)模型就轉(zhuǎn)化為無功補(bǔ)償裝置投切的子問題(式(2))和變壓器擋位調(diào)節(jié)子問題(式(3))兩個(gè)子問題

3)利用最優(yōu)匹配注入流對(duì)無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量求解 對(duì)于最優(yōu)匹配注入流，實(shí)際上是同時(shí)求出了多個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償無功。當(dāng)無功充足時(shí)，可以通過調(diào)整變壓器有效地調(diào)節(jié)電壓，所以，在模型中可以不考慮電壓約束。無功補(bǔ)償單元投切子問題可以簡(jiǎn)化為
利用它可以快速地求出無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量。如圖3， 具體算法實(shí)現(xiàn)步驟如下 (1)k＝1，k表示疊代的次數(shù)； (2)計(jì)算全網(wǎng)潮流； (3)利用最優(yōu)匹配注入流算法，求得無功補(bǔ)償安裝點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償無功ΔQoptik； (4)若或ε＞0(i＝1，2…，m)，則轉(zhuǎn)至步驟(5)，其中m為裝了無功補(bǔ)償裝置的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；否則返回步驟(2)，且k＝k+1； (5)對(duì)于ε＞0(i＝1，2…，m)，有 1)若ΔQoptik遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Q0，則投上該無功補(bǔ)償裝置總?cè)萘浚?jié)點(diǎn)i退出優(yōu)化； 其中Q0是節(jié)點(diǎn)i的無功補(bǔ)償安裝總?cè)萘浚? 2)若且|ΔQoptik|遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Q0，則切除全部該無功補(bǔ)償裝置容量，節(jié)點(diǎn)i退出優(yōu)化； 3)若不是以上2種情況，則投切最接近的無功補(bǔ)償點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)參與優(yōu)化，轉(zhuǎn)至步驟(2)； (6)結(jié)束運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，其特征在于，企業(yè)配電網(wǎng)調(diào)度中心通過以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略優(yōu)化無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，全局協(xié)同諧波治理和無功補(bǔ)償裝備，包括如下步驟
1)建立無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型；
對(duì)變量X的上下限取值采用如下表示方法X代表其下限，
代表其上限；選取無功補(bǔ)償容量的投切和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)作為控制手段，以有功網(wǎng)損最小為目標(biāo)，建立無功優(yōu)化模型為
式中，Q為可投切無功補(bǔ)償容量的矢量；BC是無功補(bǔ)償單元的容量矢量；T為有載變壓器的檔位矢量；N為整數(shù)集；f(Q，T)是潮流方程；V為母線電壓矢量；Ploss為有功網(wǎng)損；
2)優(yōu)化問題的分解；
當(dāng)系統(tǒng)電壓不符合要求時(shí)通過變壓器分接頭的調(diào)整來校正；而無功補(bǔ)償容量的投切根據(jù)流入無功補(bǔ)償裝置的無功大小來進(jìn)行，因此，優(yōu)化問題分解為無功補(bǔ)償容量的投切和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)兩個(gè)優(yōu)化子問題，進(jìn)行來回交叉迭代，逐步逼近優(yōu)化解；疊代首先要滿足無功就地平衡的要求，即通過無功補(bǔ)償容量的投切盡量減少變壓器上無功的流動(dòng)，然后再根據(jù)投切后的電壓狀況來調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭的位置；因此，式(1)分解為無功補(bǔ)償裝置投切的子問題式(2)和有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)的子問題式(3)
3)利用最優(yōu)匹配注入流對(duì)無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量求解；
對(duì)于最優(yōu)匹配注入流，當(dāng)無功充足時(shí)，通過調(diào)整變壓器有效地調(diào)節(jié)電壓，所以，在模型中不考慮電壓約束，無功補(bǔ)償裝置投切子問題簡(jiǎn)化為
利用式(4)模型求出無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，其特征在于，所述無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量的算法步驟如下
(1)k＝1，k表示疊代的次數(shù)；
(2)計(jì)算全網(wǎng)潮流；
(3)利用最優(yōu)匹配注入流算法，求得無功補(bǔ)償安裝點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償無功ΔQoptik；
(4)若或ε＞0(i＝1，2…，m)，其中m為裝了無功補(bǔ)償裝置的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，則轉(zhuǎn)至步驟(5)；否則返回步驟(2)，且k＝k+1；
(5)對(duì)于ε＞0(i＝1，2…，m)，有
1)若ΔQoptik遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Q0，則投上該無功補(bǔ)償裝置總?cè)萘?，?jié)點(diǎn)i退出優(yōu)化；其中Q0是節(jié)點(diǎn)i的無功補(bǔ)償安裝總?cè)萘浚?br> 2)若且|ΔQoptik|遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Q0，則切除全部該無功補(bǔ)償裝置容量，節(jié)點(diǎn)i退出優(yōu)化；
3)若不是以上2種情況，則投切最接近的無功補(bǔ)償點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)參與優(yōu)化，轉(zhuǎn)至步驟(2)；
(6)結(jié)束運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，企業(yè)配電網(wǎng)調(diào)度中心通過以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略全局協(xié)同諧波治理和無功補(bǔ)償裝備，利用最優(yōu)匹配注入流法求出無功補(bǔ)償裝置的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，確定無功補(bǔ)償裝備投入時(shí)間和地點(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償裝置投入容量等，從而減少線路損耗和畸變損耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)配電網(wǎng)節(jié)能。本發(fā)明能夠促進(jìn)企業(yè)綜合節(jié)能降耗，降低線路無功潮流，減少線路發(fā)熱，延長(zhǎng)企業(yè)配電網(wǎng)線路使用期壽命；減小電機(jī)工作電流，延長(zhǎng)使用壽命；提高供電質(zhì)量，保證電壓相對(duì)穩(wěn)定等。電流抑制負(fù)荷不平衡和閃變；并且實(shí)行全局協(xié)同優(yōu)化節(jié)能與控制，提高電能總體利用效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全局優(yōu)化控制。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101232185SQ20081003056
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者安 羅, 彭雙劍, 帥智康, 偉 趙, 璐 方, 曉 楊, 黃亮亮 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)