專利名稱：一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化模型和方法，特別涉及一種適用于感性無功資源的優(yōu)化補償方法。
背景技術：
電力系統(tǒng)無功優(yōu)化規(guī)劃(Optimal Reactive Power Planning, ORPP)是以今后 5-10年的電網(wǎng)規(guī)劃為依據(jù)，在保證滿足各種典型方式安全約束的前提下，確定最優(yōu)無功補償?shù)攸c、容量及無功調(diào)節(jié)設備的最佳運行狀態(tài)，從而達到提高電壓穩(wěn)定性，改善電壓質(zhì)量， 降低網(wǎng)損的目的。通常，ORPP的研究工作主要集中在兩方面，一是對無功優(yōu)化的模型的改進和研究，使其盡量反映實際情況；二是對模型求解的優(yōu)化算法進行研究，包括對各種傳統(tǒng)算法進行改進以及把各種新型優(yōu)化算法引入ORPP求解。然而，在實際應用中，隨著用戶對電壓質(zhì)量的要求日益苛刻，促使各變電站努力提高其電壓穩(wěn)定性和調(diào)壓水平，而部分地區(qū)電網(wǎng)在小方式運行下會出現(xiàn)電壓越上限的情況， 電壓越限會造成設備退出運行甚至損壞，因而存在較大的風險。因此，為調(diào)整運行電壓在允許范圍內(nèi)，需要進行感性無功的優(yōu)化配置，供電企業(yè)進行無功優(yōu)化規(guī)劃工作時，不僅要知道傳統(tǒng)的容性無功補償設備的最佳配置地點和配置容量，還需要知道新型的感性無功補償設備的最佳補償?shù)攸c和最佳補償容量，避免電壓越限情況及其風險的出現(xiàn)。目前，容性無功補償設備作為一種經(jīng)濟適用的無功補償和調(diào)節(jié)設備在我國變電站得到廣泛配置，有關其優(yōu)化模型和算法研究也較多，取得了較好的效果。但感性無功補償設備由于使用范圍較容性設備小，對其優(yōu)化配置的模型和算法研究都較少。往往，研究者和工程技術人員直接將容性無功優(yōu)化計算的方法應用到感性無功設備的優(yōu)化計算，這是不完善的。由于感性無功補償設備吸收電網(wǎng)多余的無功，進而降低原來相對較高的電壓水平到允許的范圍，因此，進行感性無功的優(yōu)化配置，往往不能降低電網(wǎng)損耗，而需要尋找新的優(yōu)化目標。本發(fā)明將電網(wǎng)電壓越限的風險作為感性無功優(yōu)化的一個目標，進而建立適用于感性無功優(yōu)化補償?shù)姆椒ā?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，該方法將電壓越限的風險定量描述為經(jīng)濟指標，能得出大規(guī)模電力系統(tǒng)典型運行方式下的感性無功最佳補償容量和最佳補償?shù)攸c。一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，包括以下步驟(1)輸入電網(wǎng)的發(fā)電機、線路、變壓器、無功補償設備和負荷參數(shù)，運用潮流計算工具進行初始狀態(tài)下的潮流計算，獲得各節(jié)點功率、電壓；(2)建立電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)；
(3)基于電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)，建立電壓越限的風險指標及感性無功補償?shù)娘L險收益模型；(4)針對所建立的風險指標模型，建立電壓越限風險數(shù)學實值的實用計算方法；(5)綜合電網(wǎng)電壓越限的風險指標、新增無功補償設備的投資和網(wǎng)絡運行維護費用，建立計及電壓越限風險的感性無功優(yōu)化配置的模型；(6)采用災變遺傳算法對步驟( 所建立的模型進行無功優(yōu)化計算，獲得感性無功補償設備的最佳補償?shù)攸c和最佳補償容量，根據(jù)最佳補償?shù)攸c和最佳補償容量對電網(wǎng)進行感性無功補償。上述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法中，步驟(2)所述的電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)是基于正態(tài)分布函數(shù)而構成的，具體電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)為負荷損失隨電壓幅值變化的概率分布符合高斯分布，其高、低電壓的期望值分別 1. 15pu、0. 85pu，方差取0. 02，即當電壓為1. 15pu、0. 85pu時，負荷損失的期望值為50%。因而，電壓過低或過高的嚴重性曲線函數(shù)可描述為
權利要求
1.一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于包括以下步驟(1)輸入電網(wǎng)的發(fā)電機、線路、變壓器、無功補償設備和負荷參數(shù)，運用潮流計算工具進行初始狀態(tài)下的潮流計算，獲得各節(jié)點功率、電壓；(2)建立電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)；(3)基于電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)，建立電壓越限的風險指標及感性無功補償?shù)娘L險收益模型；(4)針對所建立的風險指標模型，建立電壓越限風險數(shù)學實值的實用計算方法；(5)綜合電網(wǎng)電壓越限的風險指標、新增無功補償設備的投資和網(wǎng)絡運行維護費用，建立計及電壓越限風險的感性無功優(yōu)化配置的模型；(6)采用災變遺傳算法對步驟( 所建立的模型進行無功優(yōu)化計算，獲得感性無功補償設備的最佳補償?shù)攸c和最佳補償容量，根據(jù)最佳補償?shù)攸c和最佳補償容量對電網(wǎng)進行感性無功補償。
2.根據(jù)權利要求1所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于步驟(2)所述的電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)是基于正態(tài)分布函數(shù)而構成的，具體電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)為式中ν為實際母線的電壓值；μ為電壓偏高的期望值，且μ = 1. 15pu ； σ為電壓偏高的標準差，且σ = 0.02，。
3.根據(jù)權利要求2所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于步驟C3)所述的電壓越限的風險指標是由母線電壓的嚴重性和波動的可能性來定義的根據(jù)電壓越限的嚴重性等效曲線函數(shù)，當一母線電壓為ν時，該母線的電壓越限后果， 即電壓波動的嚴重性為S(v) = δ f (ν) L (ν) D (ν) (4)式中δ為單位電量平均停電損失；L(V)為電壓為ν時母線有功負荷；D(V)為電壓為 ν時母線發(fā)生停電故障后平均停電損失時間；對于一個有η條母線的電網(wǎng)，其電壓越限的風險指標Ri sk (η)為各母線電壓波動的可能性P (Vi)與電壓波動的嚴重性S(Vi)的乘積之和，其數(shù)學描述為Risk{n) = YjP(Vi)Sivi)(5)。i=\
4.根據(jù)權利要求3所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于步驟(3)所述的感性無功補償?shù)娘L險收益模型是考慮到感性無功補償降低電壓風險來建立的對于電壓過高的電網(wǎng)，進行感性無功補償后能顯著降低電網(wǎng)的運行電壓到允許范圍內(nèi)，進而降低該電網(wǎng)的電壓越限運行風險，因而，感性無功補償前后的電壓越限風險便存在一個差值，在此將其定義為風險收益，表示為AR = Risk (n)-Risk (η ‘ )(6)式中Risk(n')表示進行感性無功補償后的電網(wǎng)電壓越限運行風險。
5.根據(jù)權利要求4所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于步驟(4)所述的電壓越限風險數(shù)學實值的實用計算方法是通過簡化計算模型來獲得實際電網(wǎng)的電壓越限風險，具體步驟為電壓越限而引起停電事故的年運行風險為Risk(n,T)= IfjP(Vi)Si^t = TRm Σ 戶(O 風 O (7)tGT ^=Ii^v=vRm式中，t e T表示對于某一具體時間段T內(nèi)的任意時刻，T為一年，Tsm為最大風險等效小時數(shù)，各母線電壓向量V = (vi; V2,...,vn),V = Vftn表示最嚴重電壓越限場景，進一步的， 將電壓越限標準概率系數(shù)定義為NCP = TEfflP (Veb) (8)式中，P (Veb)為T時間段內(nèi)電網(wǎng)出現(xiàn)最嚴重電壓越限場景的概率，進而電壓越限運行風險的實用計算數(shù)學模型為R = Risk{n/T) = NCP ^ S(Vi)(9)
6.根據(jù)權利要求5所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于電壓越限標準概率系數(shù)NCP的取值為(1)對于不存在或極小存在電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP= 0 0. 1 ；(2)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率低于0.1的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP = 0. 1 0. 3 ；(3)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率大于0.1且低于0. 3的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP = 0. 3 0. 6 ；(4)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率大于0.3的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP= 0. 6 1. O0
7.根據(jù)權利要求5所述一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，其特征在于步驟( 所述感性無功優(yōu)化配置的模型是計及電壓越限風險的來建立的，具體步驟如下綜合電網(wǎng)電壓越限的風險指標、新增無功補償設備的投資和網(wǎng)絡運行維護費用，建立相應的優(yōu)化模型minfQ = η Ic+0c+R (10)式中，I。、0。、R分別為新增無功補償設備的投資、網(wǎng)絡損耗的年運行費、電網(wǎng)電壓越限運行風險，n為投資的回收率；其中，新增補償設備及配套設備的投資Ie包括兩部分無功補償裝置設備費用和配套安裝費用，如下式所示4= Σ (af^+KcQa)(H)式中Npq是PQ節(jié)點集；fi是節(jié)點i的安裝費用；K。是無功補償裝置單價；Qa是節(jié)點i 的安裝容量；α是邏輯變量，當節(jié)點i有安裝補償裝置時取α = 1，否則，α = 0 ；其中，年運行費Oe指全年全網(wǎng)能損費用
全文摘要
本發(fā)明提供一種避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，包括如下步驟對電壓越限造成的后果進行分析，建立電壓越限的嚴重性曲線函數(shù)；建立電壓越限的風險指標及感性無功補償?shù)娘L險收益模型；建立電壓越限風險指標的實用計算方法；建立計及電壓越限風險的感性無功優(yōu)化配置的數(shù)學模型，包括目標函數(shù)和變量約束，并采用災變遺傳算法作為優(yōu)化算法，通過優(yōu)化計算得到大規(guī)模電力系統(tǒng)感性無功資源的最優(yōu)補償方案，具體包括電網(wǎng)中各變電站無功補償?shù)攸c和補償容量。本發(fā)明提出了避免電壓越限風險的電網(wǎng)感性無功補償方法，填補了行業(yè)空白，而且操作簡單易行、易于接受和掌握、便于推廣。
文檔編號H02J3/16GK102522756SQ201110419738
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者張勇軍, 徐濤 申請人:華南理工大學