基于綜合效益分析的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于綜合效益分析的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)，屬于企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域。企業(yè)電網(wǎng)調(diào)度中心通過綜合效益最大為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略，全局協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償設(shè)備，利用自適應(yīng)遺傳算法求出發(fā)電機(jī)無功出力大小、有載變壓器分接頭位置、無功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，確定無功補(bǔ)償設(shè)備投入時(shí)間和地點(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償設(shè)備投入容量等。優(yōu)點(diǎn)在于：綜合考慮發(fā)電機(jī)無功出力、補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償量、變壓器分接頭位置，以及每種調(diào)節(jié)方法的成本和有功網(wǎng)損的費(fèi)用；通過對(duì)用電設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行方式的分析，建模負(fù)荷模型，利用負(fù)荷模型對(duì)要優(yōu)化時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【專利說明】基于綜合效益分析的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，特別是提供一種基于綜合效益分析的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]企業(yè)電網(wǎng)按其供電功能來分，屬于配電網(wǎng)的一種，近年來隨著企業(yè)二次能源(高爐煤氣等)和余熱余能發(fā)電技術(shù)的推廣，各種余熱余壓自發(fā)電設(shè)備不斷投入使用，企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)逐漸形成由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等多個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)完整的區(qū)域微電網(wǎng)。
[0003]不同于一般大電網(wǎng)，企業(yè)內(nèi)部的無功特點(diǎn)如下:
[0004]企業(yè)內(nèi)部含有大量的感性用電設(shè)備，需要消耗大量的無功功率，而且大部分企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)部的無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和容量設(shè)置不合理，造成內(nèi)部電網(wǎng)無功嚴(yán)重不足，需要從地區(qū)高壓電網(wǎng)吸收大量無功功率。同時(shí)，企業(yè)用戶電壓等級(jí)多(220kV、110kV、35kV、10kV、6kV、380V等)，無功功率會(huì)出現(xiàn)在不同電壓等級(jí)間的流動(dòng)，流動(dòng)過程造成線路損耗的增加、功率因數(shù)的變化、電壓的波動(dòng)，從而影響到企業(yè)總的電能消耗，企業(yè)電能支出增加，效益下降。另一方面，企業(yè)負(fù)荷降低時(shí)，補(bǔ)償?shù)拇罅繜o功若不及時(shí)退出會(huì)反送到大電網(wǎng)，對(duì)大電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性帶來非常大的負(fù)面影響。
[0005]因此，有必要對(duì)企業(yè)進(jìn)行無功優(yōu)化。企業(yè)電力系統(tǒng)無功電壓優(yōu)化是指在滿足系統(tǒng)各種運(yùn)行方式的約束前提下，確定最佳的發(fā)電機(jī)無功出力、有載變壓器的分接頭位置、最佳無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和最佳無功補(bǔ)償設(shè)備容量，從而保證以盡量少的無功補(bǔ)償設(shè)備投資，最大限度地提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損。
[0006]中國專利“200810030561.0”《一種企業(yè)配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法》，沒有考慮發(fā)電無功出力，優(yōu)化目標(biāo)是網(wǎng)損最小沖國專利“201110148425.3”《基于克隆-粒子群混雜算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法》，優(yōu)化目標(biāo)是網(wǎng)損最小。以上專利都沒有從綜合效益的角度考慮無功優(yōu)化方案給企業(yè)的帶來的好處。本發(fā)明考慮發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償設(shè)備投切、有載變壓器調(diào)節(jié)等無功優(yōu)化方法，以及無功出力成本、無功補(bǔ)償投切成本、變壓器調(diào)節(jié)成本等綜合效益最大的調(diào)節(jié)策略，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化和安全穩(wěn)定、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于企業(yè)電網(wǎng)綜合效益的無功電壓優(yōu)化方法及系統(tǒng)。企業(yè)電網(wǎng)調(diào)度中心通過以綜合效益最大為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略，全局協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償設(shè)備，利用自適應(yīng)遺傳算法求出發(fā)電機(jī)端電壓、有載變壓器分接頭位置、無功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，確定無功補(bǔ)償設(shè)備投入時(shí)間和地點(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償設(shè)備投入容量等，從而減少線路損耗和電壓波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化的綜合效益最大。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案:一種基于綜合效益的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)和方法，企業(yè)電網(wǎng)調(diào)度中心通過綜合效益最大為目標(biāo)的無功優(yōu)化調(diào)度策略，全局協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償設(shè)備，利用自適應(yīng)遺傳算法求出發(fā)電機(jī)無功出力大小、有載變壓器分接頭位置、無功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)投切狀態(tài)和投切容量，確定無功補(bǔ)償設(shè)備投入時(shí)間和地點(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償設(shè)備投入容量等，方法包括以下步驟:
[0009]( I)建立無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型
[0010]變量X的上下限分別用Xmax和Xmin表示。選取發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償設(shè)備的投切和有載變壓器分接頭的調(diào)節(jié)作為調(diào)控手段，考慮發(fā)電機(jī)端電壓、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)、有功網(wǎng)損等約束，兼顧發(fā)電機(jī)無功出力費(fèi)用、補(bǔ)償設(shè)備費(fèi)用、有功網(wǎng)損費(fèi)用等費(fèi)用，以綜合調(diào)節(jié)成本最小(即綜合效益最大)為目標(biāo)，建立無功優(yōu)化模型為:
[0011]目標(biāo)函數(shù):1^11(:(08，0，1'，？^)
[0012]約束條件:Qgmin ^ Qg ^ Qgmax，發(fā)電機(jī)無功出力
[0013]Vgmin ^ Vg ^ Vgmax,發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓(I)
_4] Qmin ^ Qmax,無功補(bǔ)償量
[0015]Tmin≤T≤Tmax, T=kD, k e整數(shù)，變壓器分接頭
[0016]Vfflin≤V≤Vfflax,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓
[0017]Coscji ≥Coscjiniin,功率因數(shù)
[0018]f (Qg, Q, T) =0,潮流方程
[0019]Pl≤PLmin，有功網(wǎng)損
[0020]無功優(yōu)化是一個(gè)全局優(yōu)化問題，從數(shù)學(xué)問題上看存在多個(gè)最優(yōu)解和次優(yōu)解，對(duì)實(shí)際調(diào)度來說，要綜合考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等因素，就是保證節(jié)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)在合格范圍內(nèi)，盡量減小網(wǎng)絡(luò)損耗，同時(shí)避免控制設(shè)備過于頻繁的調(diào)節(jié)。這就需要對(duì)約束條件進(jìn)行排序，在優(yōu)化過程中優(yōu)先考慮發(fā)電機(jī)無功出力，其次考慮補(bǔ)償裝置的投切，最后調(diào)節(jié)變壓器分接頭，在前一種調(diào)節(jié)方式能達(dá)到目標(biāo)的情況下，不進(jìn)行后續(xù)的操作，進(jìn)而減少變量個(gè)數(shù)和搜索范圍，降低模型的復(fù)雜度。
[0021]為了制定更加精確和及時(shí)的調(diào)節(jié)策略，需要未來要調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷和發(fā)電的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0022]為了減少系統(tǒng)中的無功流動(dòng)，有效降低線路的損耗，按“分層控制與分區(qū)就地平衡”的原則對(duì)無功進(jìn)行合理補(bǔ)償，避免了無功功率遠(yuǎn)距離輸送或在不同區(qū)域間的穿越，減少輸送無功功率而引起的網(wǎng)絡(luò)損耗。
[0023]無功補(bǔ)償裝置的投切原則是按照電壓等級(jí)從低到高依次補(bǔ)償，每次補(bǔ)償都進(jìn)行一次全網(wǎng)潮流計(jì)算，直到所有電壓等級(jí)的約束滿足要求，這樣做有效的防止了無功穿越的問題。由于生產(chǎn)負(fù)荷的不穩(wěn)定，在生產(chǎn)節(jié)奏變緩的情況下，負(fù)荷降低，而補(bǔ)償設(shè)備容量不變，就會(huì)出現(xiàn)無功倒送的問題，會(huì)引起損耗增加、母線電壓升高甚至?xí)斐刹糠衷O(shè)備燒毀等，此時(shí)就需要配合調(diào)節(jié)變壓器分接頭使得電壓在合理范圍內(nèi)。
[0024]通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功輸出、補(bǔ)償設(shè)備的投切以及變壓器分接頭的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無功分布的優(yōu)化，減少了系統(tǒng)中無功穿越，有效的控制了功率因數(shù)和系統(tǒng)有功損失，改善了電壓水平，使其維持在較穩(wěn)定的水平。
[0025](2)負(fù)荷預(yù)測(cè)增加優(yōu)化方案的準(zhǔn)確性
[0026]為了使優(yōu)化方案更加準(zhǔn)確和具有針對(duì)性，增加了負(fù)荷預(yù)測(cè)，通過對(duì)用電設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行方式的分析，建模負(fù)荷模型，利用負(fù)荷模型對(duì)要優(yōu)化時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果給潮流計(jì)算等使用。負(fù)荷預(yù)測(cè)流程見圖3，生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正預(yù)測(cè)結(jié)果。
[0027]( 3 )用自適應(yīng)遺傳算法對(duì)模型求解
[0028]如圖4所示，針對(duì)(I)中所建無功優(yōu)化模型，為了得到全局最優(yōu)的解，采用自適應(yīng)遺傳算法求解模型。求解步驟如下:
[0029]I)變量選擇。選取發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)及容量、變壓器分接頭位置等參數(shù)作為輸入變量，計(jì)算過程中相應(yīng)參數(shù)需要滿足公式(I)的約束，
[0030]2)編碼規(guī)則。發(fā)電機(jī)無功出力是連續(xù)變化的，無功補(bǔ)償容量包含連續(xù)變化的和不是連續(xù)變化的，變壓器分接頭位置一般不是連續(xù)變化的，因此采取混合編碼方式對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，發(fā)電機(jī)無功出力用實(shí)數(shù)編碼，無功補(bǔ)償容量有實(shí)數(shù)編碼和二進(jìn)制編碼兩種可選類型，變壓器分接頭用二進(jìn)制編碼，然后按一定順序連接起來組成表示全部參數(shù)的個(gè)體編碼；
[0031]3)生成群體K。根據(jù)編碼規(guī)則選擇編碼，并生成群體K ；
[0032]4)自適應(yīng)遺傳運(yùn)算。對(duì)群體K進(jìn)行復(fù)制、交叉、變壓等遺傳運(yùn)算，生成新的群體K+1 ;在交叉、變異中采用如下自適應(yīng)方法，增大搜索空間，提高得到最優(yōu)結(jié)果的概率。交叉:在進(jìn)化初期，種群多樣性高，用單點(diǎn)交叉就可獲得較廣的搜索空間，在進(jìn)化后期，個(gè)體差異不大，采用多點(diǎn)交叉；變異:好的個(gè)體應(yīng)施以較小的變異率，對(duì)劣等個(gè)體應(yīng)施以較大的變異率，當(dāng)群體的適應(yīng)度降低時(shí)應(yīng)增大變異率。
[0033]5)潮流計(jì)算。當(dāng)前群體K進(jìn)行全網(wǎng)的潮流計(jì)算，潮流計(jì)算不收斂時(shí)重新進(jìn)行遺傳運(yùn)算生成新的群體，并用群體K+1進(jìn)行潮流計(jì)算；
[0034]6)群體K+1賦值給群體K，并跳轉(zhuǎn)到步驟4)；
[0035]7)效益評(píng)價(jià)。潮流計(jì)算收斂時(shí)進(jìn)行效益評(píng)價(jià)，效益評(píng)價(jià)計(jì)算本次調(diào)節(jié)的綜合成本，包括:發(fā)電機(jī)無功出力成本、補(bǔ)償設(shè)備無功補(bǔ)償成本、變壓器分接頭調(diào)節(jié)成本、有功網(wǎng)損成本；
[0036]8)判斷是否達(dá)到目標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果與目標(biāo)進(jìn)行比較，其中包括:發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、功率因數(shù)、有功網(wǎng)損、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓滿足公式(I)的要求；滿足條件的結(jié)束求解過程，輸出調(diào)節(jié)后的模型參數(shù)。不滿足跳轉(zhuǎn)到步驟6)。
[0037]在上述方法的基礎(chǔ)上，建立了基于綜合效益的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊、電力系統(tǒng)建模模塊、潮流計(jì)算模塊、網(wǎng)損計(jì)算模塊、優(yōu)化求解算法模塊、負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊、優(yōu)化方案保存查詢與演示模塊。
[0038]各個(gè)模塊之間的關(guān)系是:數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊接收客戶端和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并為其他功能模塊提供初始的信息，為潮流計(jì)算提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息、斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)，為網(wǎng)損計(jì)算提供斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)，為負(fù)荷預(yù)測(cè)提供負(fù)荷歷史信息、檢修計(jì)劃、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；電力系統(tǒng)建模模塊，建立系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，為潮流計(jì)算模塊、網(wǎng)損計(jì)算模塊提供網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)；參數(shù)設(shè)置模塊，為電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)采集等所有參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)；潮流計(jì)算模塊計(jì)算全網(wǎng)的潮流，為網(wǎng)損計(jì)算模塊和優(yōu)化求解模塊的提供潮流數(shù)據(jù)；網(wǎng)損計(jì)算模塊，計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下全網(wǎng)的有功網(wǎng)損，為優(yōu)化求解模塊提供網(wǎng)損數(shù)據(jù)；負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)某一時(shí)段的負(fù)荷，為模型求解提供準(zhǔn)確的負(fù)荷數(shù)據(jù)；優(yōu)化求解模塊，建立無功優(yōu)化模型，用自適應(yīng)遺傳算法求出綜合效益最大的無功優(yōu)化策略，為優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊提供方案；優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊，提供與優(yōu)化求解模塊交互操作。
[0039]數(shù)據(jù)米集與存儲(chǔ)模塊，從SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)等信息，從MES (Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))采集檢修計(jì)劃、設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)信息等,從ERP (Enterprise Resource Planning,企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng))采集生產(chǎn)計(jì)劃等信息，并為其他模塊提供數(shù)據(jù)。
[0040]電力系統(tǒng)建模模塊，用收集的企業(yè)電網(wǎng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，建立企業(yè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)模型是潮流計(jì)算的基礎(chǔ)。
[0041]潮流計(jì)算模塊，利用電力系統(tǒng)運(yùn)行中的負(fù)荷、發(fā)電、開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算全網(wǎng)的潮流，為網(wǎng)損計(jì)算的提供數(shù)據(jù)。
[0042]網(wǎng)損計(jì)算模塊，在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下全網(wǎng)的有功網(wǎng)損，為優(yōu)化求解模塊提供網(wǎng)損數(shù)據(jù)。
[0043]負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊，利用生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史數(shù)據(jù)、建立負(fù)荷模型，用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和負(fù)荷模型預(yù)測(cè)某一時(shí)段的負(fù)荷，為優(yōu)化求解模塊提供準(zhǔn)確的負(fù)荷數(shù)據(jù)。
[0044]優(yōu)化求解模塊，利用上述模塊提供的數(shù)據(jù)，和本發(fā)明提到的方法，建立無功優(yōu)化模型，用自適應(yīng)遺傳算法求出綜合效益最大的無功優(yōu)化策略。優(yōu)化算法依據(jù)“分層控制與分區(qū)就地平衡”和電壓等級(jí)從低到高的順序依次進(jìn)行無功優(yōu)化計(jì)算，使得優(yōu)化結(jié)果更加接近實(shí)際操作，方便操作人員理解。
[0045]優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊，為專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度人員提供了制定、驗(yàn)證、積累與使用優(yōu)化方案的交互界面。
[0046]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0047](I)建立了一種基于綜合效益分析的電網(wǎng)無功優(yōu)化方法。此方法綜合考慮發(fā)電機(jī)無功出力、補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償量、變壓器分接頭位置，以及每種調(diào)節(jié)方法的成本和有功網(wǎng)損的費(fèi)用；
[0048](2)在(1)中建立的方法基礎(chǔ)上開發(fā)了基于綜合效益分析的電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)，此系統(tǒng)建立電力系統(tǒng)無功優(yōu)化模型，通過自適應(yīng)遺傳算法求解，得出綜合效益最大的無功調(diào)節(jié)策略，對(duì)企業(yè)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度有很好的指導(dǎo)作用；
[0049]( 3 )為了使優(yōu)化方案更加準(zhǔn)確和具有針對(duì)性，增加了負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊，通過對(duì)用電設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行方式的分析，建模負(fù)荷模型，利用負(fù)荷模型對(duì)要優(yōu)化時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1為無功優(yōu)化系統(tǒng)模塊關(guān)系圖。
[0051 ] 圖2為無功優(yōu)化方法流程圖。
[0052]圖3為負(fù)荷預(yù)測(cè)流程圖。
[0053]圖4為自適應(yīng)遺傳算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]如圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊關(guān)系圖，硬件上包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、客戶端PC機(jī)及連接計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。應(yīng)用服務(wù)器上部署數(shù)據(jù)采集模塊、潮流計(jì)算模塊、網(wǎng)損計(jì)算模塊、優(yōu)化求解算法模塊，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝數(shù)據(jù)庫，客戶端PC機(jī)安裝桌面客戶端軟件或B/S瀏覽器客戶端。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)從SCADA (Supervisory Control And DataAcquisition,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))MES (Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP (Enterprise Resource Planning,企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng))采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃等信息。潮流計(jì)算模塊計(jì)算全網(wǎng)的潮流，網(wǎng)損計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下全網(wǎng)的有功網(wǎng)損，負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)某一時(shí)段的負(fù)荷，這三個(gè)模塊為模型求解提供數(shù)據(jù)。優(yōu)化求解模塊利用自適應(yīng)遺傳算法求出最大綜合效益的無功優(yōu)化策略。電力系統(tǒng)建模和參數(shù)配置模塊需要專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度人員參與模型建立過程，優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊為專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度人員提供了制定、驗(yàn)證、積累與使用優(yōu)化方案的交互。
[0055]本發(fā)明所述系統(tǒng)的實(shí)施，提供了無功優(yōu)化方案制定、驗(yàn)證與使用的交互工具，可提高專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度人員對(duì)無功分布、無功優(yōu)化的認(rèn)識(shí)，提升方案制定的合理性、調(diào)度的準(zhǔn)確率，為企業(yè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了方便、易用、高效的系統(tǒng)。
[0056]如圖2所示為本發(fā)明方法流程圖。首先，建立電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型；其次，進(jìn)行初始潮流計(jì)算；然后，加入負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，利用自適應(yīng)遺傳算法求解發(fā)電機(jī)出力、無功補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)及容量調(diào)節(jié)的綜合效益；接著，判斷是否滿足優(yōu)化目標(biāo)，滿足目標(biāo)，結(jié)束運(yùn)行輸出優(yōu)化方案，不滿足再調(diào)節(jié)變壓器抽頭，再次利用自適應(yīng)遺傳算法求解，直到滿足優(yōu)化目標(biāo)。
[0057]如圖3所示為負(fù)荷預(yù)測(cè)流程圖，根據(jù)建立的負(fù)荷模型，以生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正預(yù)測(cè)結(jié)果。
[0058]如圖4所示為本發(fā)明自適應(yīng)遺傳算法流程圖，包括:參數(shù)設(shè)置，編碼，生成群體、遺傳運(yùn)算、潮流計(jì)算、效益評(píng)價(jià)、優(yōu)化目標(biāo)判斷等步驟。優(yōu)化算法得到的結(jié)果反映到模型界面上，提高系統(tǒng)的直觀性、可用性和交互性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于綜合效益分析的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型 變量X的上下限分別用Xmax和Xmin表示。選取發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償設(shè)備的投切和有載變壓器分接頭的調(diào)節(jié)作為調(diào)控手段，考慮發(fā)電機(jī)端電壓、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)、有功網(wǎng)損等約束，兼顧發(fā)電機(jī)無功出力費(fèi)用、補(bǔ)償設(shè)備費(fèi)用、有功網(wǎng)損費(fèi)用等費(fèi)用，以綜合調(diào)節(jié)成本最小(即綜合效益最大)為目標(biāo)，建立無功優(yōu)化模型為:
目標(biāo)函數(shù):minC(Qg, Q, T, PL) 約束條件:Qgmin≤Qg≤Qgmax，發(fā)電機(jī)無功出力 Vgmin≤Vg≤Vgmax,發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓 (I) Qmin≤Q≤，無功補(bǔ)償量 Tmin≤T≤Tmax, T=kD, k e整數(shù)，變壓器分接頭 Vmin≤V≤Vmax，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓 Cos Φ≤Cos (J)min,功率因數(shù) f(Qg, Q, T)=0，潮流方程 Pl≤Ρωη，有功網(wǎng)損； (2)負(fù)荷預(yù)測(cè)增加優(yōu)化方案的準(zhǔn)確性 通過對(duì)用電設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行方式的分析，建模負(fù)荷模型，利用負(fù)荷模型對(duì)要優(yōu)化時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果給潮流計(jì)算使用；負(fù)荷預(yù)測(cè)流程包括，生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正預(yù)測(cè)結(jié)果； (3)用自適應(yīng)遺傳算法對(duì)模型求解 針對(duì)(I)中所建無功優(yōu)化模型，采用自適應(yīng)遺傳算法求解模型；求解步驟如下: 1)變量選擇:選取發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)及容量、變壓器分接頭位置等參數(shù)作為輸入變量，計(jì)算過程中相應(yīng)參數(shù)需要滿足公式(I)的約束， 2)編碼規(guī)則:發(fā)電機(jī)無功出力是連續(xù)變化的，無功補(bǔ)償容量包含連續(xù)變化的和不是連續(xù)變化的，變壓器分接頭位置一般不是連續(xù)變化的，因此采取混合編碼方式對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，發(fā)電機(jī)無功出力用實(shí)數(shù)編碼，無功補(bǔ)償容量有實(shí)數(shù)編碼和二進(jìn)制編碼兩種可選類型，變壓器分接頭用二進(jìn)制編碼，然后按一定順序連接起來組成表示全部參數(shù)的個(gè)體編碼； 3)生成群體K:根據(jù)編碼規(guī)則選擇編碼，并生成群體K ； 4)自適應(yīng)遺傳運(yùn)算:對(duì)群體K進(jìn)行復(fù)制、交叉、變壓等遺傳運(yùn)算，生成新的群體Κ+1;在交叉、變異中采用如下自適應(yīng)方法，增大搜索空間，提高得到最優(yōu)結(jié)果的概率；交叉:在進(jìn)化初期，種群多樣性高，用單點(diǎn)交叉就可獲得較廣的搜索空間，在進(jìn)化后期，個(gè)體差異不大，采用多點(diǎn)交叉；變異:好的個(gè)體應(yīng)施以較小的變異率，對(duì)劣等個(gè)體應(yīng)施以較大的變異率，當(dāng)群體的適應(yīng)度降低時(shí)應(yīng)增大變異率； 5)潮流計(jì)算:當(dāng)前群體K進(jìn)行全網(wǎng)的潮流計(jì)算，潮流計(jì)算不收斂時(shí)重新進(jìn)行遺傳運(yùn)算生成新的群體，并用群體Κ+1進(jìn)行潮流計(jì)算； 6)群體Κ+1賦值給群體K，并跳轉(zhuǎn)到步驟4)； 7)效益評(píng)價(jià):潮流計(jì)算收斂時(shí)進(jìn)行效益評(píng)價(jià)，效益評(píng)價(jià)計(jì)算本次調(diào)節(jié)的綜合成本，包括:發(fā)電機(jī)無功出力成本、補(bǔ)償設(shè)備無功補(bǔ)償成本、變壓器分接頭調(diào)節(jié)成本、有功網(wǎng)損成本；8)判斷是否達(dá)到目標(biāo):評(píng)價(jià)結(jié)果與目標(biāo)進(jìn)行比較，其中包括:發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、功率因數(shù)、有功網(wǎng)損、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓滿足公式(I)的要求；滿足條件的結(jié)束求解過程，輸出調(diào)節(jié)后的模型參數(shù)；不滿足跳轉(zhuǎn)到步驟6)。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的企業(yè)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括:數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊、電力系統(tǒng)建模模塊、潮流計(jì)算模塊、網(wǎng)損計(jì)算模塊、優(yōu)化求解算法模塊、負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊、優(yōu)化方案保存查詢與演示模塊； 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊接收客戶端和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并為其他功能模塊提供初始的信息，為潮流計(jì)算提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息、斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)，為網(wǎng)損計(jì)算提供斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)，為負(fù)荷預(yù)測(cè)提供負(fù)荷歷史信息、檢修計(jì)劃、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；電力系統(tǒng)建模模塊，建立系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，為潮流計(jì)算模塊、網(wǎng)損計(jì)算模塊提供網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)；參數(shù)設(shè)置模塊，為電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)采集等所有參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)；潮流計(jì)算模塊計(jì)算全網(wǎng)的潮流，為網(wǎng)損計(jì)算模塊和優(yōu)化求解模塊的提供潮流數(shù)據(jù)；網(wǎng)損計(jì)算模塊，計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下全網(wǎng)的有功網(wǎng)損，為優(yōu)化求解模塊提供網(wǎng)損數(shù)據(jù)；負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)某一時(shí)段的負(fù)荷，為模型求解提供準(zhǔn)確的負(fù)荷數(shù)據(jù)；優(yōu)化求解模塊，建立無功優(yōu)化模型，用自適應(yīng)遺傳算法求出綜合效益最大的無功優(yōu)化策略，為優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊提供方案；優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊，提供與優(yōu)化求解模塊交互操作； 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊，從SCADA采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)等信息，從MES采集檢修計(jì)劃、設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)信息等，從ERP采集生產(chǎn)計(jì)劃等信息，并為其他模塊提供數(shù)據(jù)； 電力系統(tǒng)建模模塊，用收集的企業(yè)電網(wǎng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，建立企業(yè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)模型是潮流計(jì)算的基礎(chǔ)； 潮流計(jì)算模塊，利用電力系統(tǒng)運(yùn)行中的負(fù)荷、發(fā)電、開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算全網(wǎng)的潮流，為網(wǎng)損計(jì)算的提供數(shù)據(jù)； 網(wǎng)損計(jì)算模塊，在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下全網(wǎng)的有功網(wǎng)損，為優(yōu)化求解模塊提供網(wǎng)損數(shù)據(jù)； 負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊，利用生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史數(shù)據(jù)、建立負(fù)荷模型，用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和負(fù)荷模型預(yù)測(cè)某一時(shí)段的負(fù)荷，為優(yōu)化求解模塊提供準(zhǔn)確的負(fù)荷數(shù)據(jù)； 優(yōu)化求解模塊，利用上述模塊提供的數(shù)據(jù)，和本發(fā)明提到的方法，建立無功優(yōu)化模型，用自適應(yīng)遺傳算法求出綜合效益最大的無功優(yōu)化策略；優(yōu)化算法依據(jù)“分層控制與分區(qū)就地平衡”和電壓等級(jí)從低到高的順序依次進(jìn)行無功優(yōu)化計(jì)算，使得優(yōu)化結(jié)果更加接近實(shí)際操作，方便操作人員理解。 優(yōu)化方案保存、查詢與演示模塊，為專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度人員提供了制定、驗(yàn)證、積累與使用優(yōu)化方案的交互界面。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103595061SQ201310596771
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】賈天云, 徐化巖, 劉慶賀, 曾玉嬌, 力杰 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院