本發(fā)明涉及一種篩選方法，具體涉及一種配電網(wǎng)無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略的篩選方法。

背景技術(shù)：

無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中的一個(gè)傳統(tǒng)課題,是保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段,是降低系統(tǒng)網(wǎng)損、提高電壓質(zhì)量的重要措施，現(xiàn)有無功補(bǔ)償技術(shù)以及無功優(yōu)化的研究主要集中在技術(shù)方面，即如何做出決策對(duì)變電站無功補(bǔ)償設(shè)備及主變分接頭進(jìn)行適時(shí)調(diào)整、如何改善電網(wǎng)內(nèi)無功潮流、如何改善電網(wǎng)的電壓水平、如何根據(jù)提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損、以及如何配置無功補(bǔ)償設(shè)備等問題。而沒有考慮如何在成本最低的前提下合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備。

傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償技術(shù)原則在許多技術(shù)電力技術(shù)規(guī)范中均有提及，如根據(jù)《農(nóng)村電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)導(dǎo)則》中無功補(bǔ)償策略為：集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，調(diào)壓與降損相結(jié)合?！峨娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中也規(guī)定：電網(wǎng)的無功補(bǔ)償應(yīng)以分層分區(qū)和就地平衡為原則，并應(yīng)隨負(fù)荷(或電壓)變化進(jìn)行調(diào)整，避免經(jīng)長(zhǎng)距離線路或多級(jí)變壓器傳送無功功率?？梢姛o功補(bǔ)償在電力技術(shù)中具有非常重要的作用，然而，考慮無功補(bǔ)償裝置成本以及功率配置關(guān)系的指導(dǎo)性原則尚未有專家關(guān)注，一線工程師一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及企業(yè)可承受的成本進(jìn)行估算。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410646285.6的發(fā)明專利公開了一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其提出最低成本前提下合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備的無功優(yōu)化，是在固定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的前提下得出，具有局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略的篩選方法，考慮投資成本、設(shè)備電力損耗和線路損耗三方面因素，實(shí)現(xiàn)合理選定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)以及合理配置無功補(bǔ)償裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略的篩選方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)需要采取無功補(bǔ)償配置策略的單條線路，確定單條線路的參數(shù)；

步驟2：確定不同型號(hào)無功補(bǔ)償裝置的參數(shù)；

步驟3：計(jì)算各無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，選出該單條線路的無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略；

步驟4：綜合配電網(wǎng)中所有單條線路的無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略，確定配電網(wǎng)無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略。

所述步驟1中，單條線路的參數(shù)包括單條線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、單條線路上所有的無功負(fù)荷點(diǎn)、兩兩無功負(fù)荷點(diǎn)之間的線段阻抗。

所述步驟1包括以下步驟：

步驟1-1：確定需要采取無功補(bǔ)償配置策略的單條線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

步驟1-2：根據(jù)確定的單條線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將需要采取無功補(bǔ)償配置策略的單條線路從左到右以線段的方式表示，最左側(cè)表示該單條線路的始端，最右側(cè)表示該單條線路的末端；

步驟1-3：將兩兩無功負(fù)荷點(diǎn)之間的線段阻抗以串連的形式表示，并將該單條線路上所有的無功負(fù)荷點(diǎn)以并聯(lián)的形式表示。

所述步驟2中，根據(jù)該單條線路上所有無功負(fù)荷點(diǎn)的無功負(fù)荷容量，確定不同型號(hào)無功補(bǔ)償裝置的參數(shù)。

所述步驟2包括以下步驟：

步驟2-1：從該單條線路末端開始，將該單條線路上所有無功負(fù)荷點(diǎn)以排列組合的方式劃分為不同的小組，并為每種排列組合編號(hào)；

步驟2-2：計(jì)算各小組的無功負(fù)荷總?cè)萘浚?/p>

$QZ=\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{\mathrm{QZ}}_i$

其中，QZ表示該小組的無功負(fù)荷總?cè)萘浚琎Z_i表示該小組中無功負(fù)荷點(diǎn)i的無功負(fù)荷總?cè)萘?，i＝1,2,...,I，I表示該小組中無功負(fù)荷點(diǎn)總數(shù)；

步驟2-3：根據(jù)計(jì)算出的各小組的無功負(fù)荷總?cè)萘繛槊糠N排列組合方式下的每個(gè)小組配置對(duì)應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置，并確認(rèn)每個(gè)無功補(bǔ)償裝置的參數(shù)。

所述無功補(bǔ)償裝置的參數(shù)包括配置成本、運(yùn)行功耗、使用年限。

所述步驟3包括以下步驟：

步驟3-1：每個(gè)小組配置一套無功補(bǔ)償裝置，計(jì)算每種排列組合方式下節(jié)省的線路損耗、無功補(bǔ)償裝置的配置總成本、無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行損耗，有：

X＝ΣXZ

H＝ΣHZ

P＝ΣPZ

其中，X表示每種排列組合方式下節(jié)省的線路損耗，XZ表示為每個(gè)小組配置無功補(bǔ)償裝置后節(jié)省的線路損耗效益，且有其中U為線路電壓有效值，R_X為QZ經(jīng)過的線路阻抗；

H表示無功補(bǔ)償裝置的配置總成本，HZ表示為每個(gè)小組配置的無功補(bǔ)償裝置的成本；

P表示無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行損耗，PZ表示為每個(gè)小組配置的無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行功率損耗；

步驟3-2：評(píng)估每種排列組合方式下無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，有：

V＝X-H-P

其中，V表示每種排列組合方式下無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益；

步驟3-3：列表對(duì)比每種排列組合方式下無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，篩選出該單條線路的無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略。

所述步驟4中，以列表的方式對(duì)比所有單條線路的無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略的經(jīng)濟(jì)效益，篩選出配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償最優(yōu)配置策略。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方案經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估，進(jìn)而選出最優(yōu)的無功補(bǔ)償方案以及無功補(bǔ)償設(shè)備配置方案。

(2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益的最基本的評(píng)估，可以在這些因素的基礎(chǔ)上，依據(jù)本發(fā)明，任意添加和擴(kuò)展其他因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益的全面評(píng)估；

(3)本發(fā)明可行性強(qiáng)，流程簡(jiǎn)單，結(jié)果清晰；

(4)本發(fā)明考慮了單條線路，多分段線路以及樹狀、環(huán)狀等線路均可以分解為單條線路的形式，以單條線路為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，因此擴(kuò)展性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中包含n個(gè)無功負(fù)荷點(diǎn)、n條線段的線路示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中任意相鄰的兩個(gè)無功負(fù)荷合并為一組，靠近源端進(jìn)行集中補(bǔ)償原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中包含3個(gè)無功負(fù)荷點(diǎn)的線路示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中第一種配置策略無功補(bǔ)償原理圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中第二種配置策略無功補(bǔ)償原理圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中第三種配置策略無功補(bǔ)償原理圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中第四種配置策略無功補(bǔ)償原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

針對(duì)包含有n個(gè)無功負(fù)荷點(diǎn)，每個(gè)無功負(fù)荷點(diǎn)的無功功率分別為Q₁、Q₂…Q₃，n條線段的線路，每條線段的阻抗分別為R₁、R₂、…、R_n，如圖1所示。

可以根據(jù)需要將任意相鄰的兩個(gè)或多個(gè)無功負(fù)荷分別合并為一個(gè)小組，在靠近源端進(jìn)行集中補(bǔ)償，集中補(bǔ)償原理如圖2所示，圖中虛線圈包含部分表示Q₁和Q₂合并一組集中補(bǔ)償，Q_n-2，Q_n-1，Q_n三個(gè)合并一組進(jìn)行集中補(bǔ)償，其余未包含部分未單獨(dú)就地補(bǔ)償。

根據(jù)以上原理，通過排列組合的知識(shí)可得共有無功補(bǔ)償配置策略的種類數(shù)目N_n為：

$N_n=C_{n-1}^0+C_{n-1}^1+L{C}_{n-1}^{n-1}=2^{n-1}$

其中為排列組合的表達(dá)式。

經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算主要考慮三個(gè)方面：(1)無功補(bǔ)償?shù)窒徊糠譄o功電流經(jīng)過線路造成的電能損耗；(2)無功補(bǔ)償裝置自身的成本；(3)無功補(bǔ)償裝置自身的功耗。

為每種補(bǔ)償策略編號(hào)，變量定義為m，每種配置策略下，無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估結(jié)果V_m為：

V_m＝X_m-H_m-P_m

Q_m為編號(hào)m的無功補(bǔ)償策略下無功補(bǔ)償之后減少的線路損耗經(jīng)濟(jì)效益，P_m為編號(hào)m的無功補(bǔ)償策略下所有無功補(bǔ)償裝置總成本，H_m為編號(hào)m的無功補(bǔ)償策略下所有無功補(bǔ)償裝置功耗。

以如圖3所示的線路為例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行描述，如圖3所示，線路有3處無功負(fù)荷，相應(yīng)有3段線路，由于無功的經(jīng)過，會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生電能損耗，所消耗的電能與無功負(fù)荷的平方成正比，根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際情況，可以采取4種補(bǔ)償方案，分別如圖4-圖7所示。

下面以3個(gè)無功負(fù)荷點(diǎn)和3條線段組成的線路進(jìn)行無功補(bǔ)償配置策略經(jīng)濟(jì)效益分析，可以采用本申請(qǐng)所提思想對(duì)可能的4種[2^{^(3-1)}＝4]策略進(jìn)行對(duì)比，選出經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)配置策略。

假定：Q₁、Q₂和Q₃為各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的無功，CQ₁、CQ₂和CQ₃為所配置電容補(bǔ)償裝置的容量，R₁、R₂和R₃分別為各個(gè)線路上的等效電阻，在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)際測(cè)量，也可以按照選定的線型參數(shù)進(jìn)行換算，例如架空鋼芯鋁絞線LGJ400的參數(shù)為0.078Ω/kM。(為考慮一般性，僅考慮無功負(fù)荷，忽略有功負(fù)荷對(duì)線路損耗的影響，視無功功率均為感性無功，忽略線路電感對(duì)造成的損耗的影響，線路電壓為U，忽略由于線路阻抗造成的壓降。所忽略因素不會(huì)對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生理解上的偏差，并且所忽略的因素完全包含在本發(fā)明所述思想考慮的范圍內(nèi))。

無功補(bǔ)償與經(jīng)濟(jì)效益有關(guān)的兩個(gè)主要因素為：無功經(jīng)過線路造成的電能損耗，無功補(bǔ)償裝置的成本V與使用壽命N。

第一種配置策略：

如圖4所示，在每個(gè)負(fù)荷的就近點(diǎn)進(jìn)行無功補(bǔ)償，為簡(jiǎn)單考慮起見，假設(shè)補(bǔ)償容量CQ_n(n＝1，2，3)能夠完全補(bǔ)償所在區(qū)域的無功，根據(jù)無功負(fù)荷容量選擇合適額定容量的無功補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償裝置成本參考市場(chǎng)價(jià)分別P₁、P₂、P₃，既能夠完全消除由于無功電流產(chǎn)生線路損耗，此方案對(duì)無功的補(bǔ)償效果極好，但是無功補(bǔ)償裝置需要采用3套，由于無功補(bǔ)償裝置的成本與補(bǔ)償容量并非完全成正比，如1套補(bǔ)償容量300kVar的無功補(bǔ)償裝置會(huì)比3套補(bǔ)償容量100kVar的裝置總成本低，H₁、H₂、H₃為無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中自身產(chǎn)生的損耗，假設(shè)裝置的使用壽命N＝10年(具體使用壽命需要參考設(shè)備性能指標(biāo))，則本方案的經(jīng)濟(jì)效益V₁為：

$V_1=\[{\left(\frac{Q_1}{U}\right)}^2\×R_1+{\left(\frac{Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\×R_2+{\left(\frac{Q_3+Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\×R_3-(H_1+H_2+H_3)\]\×TYN-(P_1+P_2+P_3)$

其中：TYN＝年小時(shí)數(shù)*電價(jià)，TYN＝24時(shí)*365天*10年*0.5元/kWh/10^{^4}＝4.38萬元/(kWh*年)。

第二種配置策略：

如圖5所示，將無功負(fù)荷Q₁和Q₂集中進(jìn)行補(bǔ)償，Q₃單獨(dú)就地補(bǔ)償，此種方案中無功Q₁所產(chǎn)生的線路電能損耗依然存在，而R₂和R₃上不會(huì)產(chǎn)生無功電能損耗，而且需要補(bǔ)償Q₁的無功能量集中到Q₂處一塊補(bǔ)償，Q₂處的無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量也升級(jí)為CQ₁₂＝Q₁+Q₂，根據(jù)無功負(fù)荷容量選擇合適額定容量的無功補(bǔ)償裝置，裝置成本參考市場(chǎng)價(jià)也變?yōu)镻₁₂，工程成本一般有P₁₂<P₁+P₂，所產(chǎn)生的裝置損耗功率也變?yōu)檠b置H₁₂，一般有H₁₂<H₁+H₂，視設(shè)備具體情況而定。此種方案的經(jīng)濟(jì)效益V₂為：

$V_2=\&lsqb;{\left(\frac{Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\&times;R_2+{\left(\frac{Q_3+Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\&times;R_3-(H_{12}+H_3)\&rsqb;\&times;TYN-(P_{12}+P_3)$

第三種配置策略：

如圖6所示，將無功負(fù)荷Q₂和Q₃集中進(jìn)行補(bǔ)償，Q₁單獨(dú)就地補(bǔ)償，此種方案中無功Q₂所產(chǎn)生的線路電能損耗依然存在，而R₁和R₃上不會(huì)產(chǎn)生無功電能損耗，而且需要補(bǔ)償Q₂的無功能量集中到Q₃處一塊補(bǔ)償，Q₃處的無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量也升級(jí)為CQ₂₃＝Q₂+Q₃，根據(jù)無功負(fù)荷容量選擇合適額定容量的無功補(bǔ)償裝置，裝置成本參考市場(chǎng)價(jià)也變?yōu)镻₂₃，工程成本一般有P₂₃<P₂+P₃，所產(chǎn)生的裝置損耗功率也變?yōu)檠b置H₂₃，一般有H₂₃<H₂+H₃，均視設(shè)備具體情況而定。此種方案的經(jīng)濟(jì)效益V₃為：

$V_3=\&lsqb;{\left(\frac{Q_1}{U}\right)}^2\&times;R_1+{\left(\frac{Q_3+Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\&times;R_3-(H_1+H_{23})\&rsqb;\&times;TYN-(P_1+P_{23})$

第四種配置策略：

如圖7所示，將無功負(fù)荷Q₁、Q₂和Q₃集中進(jìn)行補(bǔ)償，此種方案中無功Q₁和Q₂所產(chǎn)生的線路電能損耗依然存在，而R₃上不會(huì)產(chǎn)生無功電能損耗，而且需要補(bǔ)償Q₁和Q₂的無功能量集中到Q₃處一塊補(bǔ)償，Q₃處的無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量也升級(jí)為CQ₁₂₃＝Q₁+Q₂+Q₃，根據(jù)無功負(fù)荷容量選擇合適額定容量的無功補(bǔ)償裝置，裝置成本參考市場(chǎng)價(jià)也變?yōu)镻₁₂₃，工程成本一般有P₁₂₃<P₁+P₂+P₃，所產(chǎn)生的裝置損耗功率也變?yōu)檠b置H₁₂₃，一般有H₁₂₃<H₁+H₂+H₃，均視設(shè)備具體情況而定。此種方案的經(jīng)濟(jì)效益V₄為：

$V_4=\&lsqb;{\left(\frac{Q_3+Q_2+Q_1}{U}\right)}^2\&times;R_3-H_{123}\&rsqb;\&times;TYN-P_{123}$

以上4種配置策略可以得到4個(gè)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估結(jié)果，可以直接根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇無功補(bǔ)償配置策略。

為了直觀描述，為以上案例參數(shù)進(jìn)行賦值，參數(shù)配置如表1所示，經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估如表2所示?？梢姡鲜鏊姆N策略中，第四種配置策略經(jīng)濟(jì)效益最高，即：三個(gè)無功補(bǔ)償點(diǎn)為一組進(jìn)行集中補(bǔ)償。

表1

表2

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。