本發(fā)明涉及無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺。

背景技術(shù)：

隨著發(fā)電與輸配電分開、新型電力市場改革的實施,從整體上進(jìn)行全配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度功能要求越來越嚴(yán)，對實時進(jìn)行補(bǔ)償能力要求也增強(qiáng)，影響到整個系統(tǒng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)利益,更關(guān)系到電網(wǎng)能否安全正常運(yùn)行。目前我國大部分運(yùn)行的電網(wǎng)系統(tǒng)都屬于有功電源過甚,無功電源不足的狀況，無功優(yōu)化可以減小網(wǎng)絡(luò)損耗，減少了資源消耗和發(fā)輸電成本。對配電網(wǎng)無功電壓進(jìn)行優(yōu)化有助于改善電壓質(zhì)量，供電可靠性以及降低損耗，另一方面以最少的投資獲得最多的效益。

長期以來,我國對高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的無功電壓優(yōu)化投資較大,已有很多較成熟的控制系統(tǒng),比如調(diào)度自動化系統(tǒng)(SCADA)，能量管理系統(tǒng)(EMS)，大部分地區(qū)還有AVC系統(tǒng)。但對10kV以下配電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化國內(nèi)外研究都較少，可進(jìn)行參考的也不多見。隨著配電網(wǎng)負(fù)荷增長愈來愈快,尤其是旋轉(zhuǎn)電機(jī)負(fù)荷,農(nóng)村空調(diào)負(fù)荷與日俱增,導(dǎo)致配電網(wǎng)電壓過低。

對10kV及以下配電網(wǎng)，特別是農(nóng)村電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，是一個十分突出的社會問題。

傳統(tǒng)電壓無功控制多為本地自動控制，通過監(jiān)測本地采集的電壓、有功、無功，調(diào)節(jié)變壓器檔位或電容器開關(guān)使電壓及無功位于合格范圍內(nèi)：其中變電站的電壓無功綜合控制多采用九區(qū)圖或改進(jìn)的九區(qū)圖進(jìn)行判斷，對于越限情況，變電站按九區(qū)圖進(jìn)行VQC(電壓無功控制)調(diào)控，一般每個變電站的分析和控制是獨(dú)立運(yùn)行，采用的設(shè)備多數(shù)為自動分組投切，部分發(fā)達(dá)地區(qū)采用了壓控調(diào)容補(bǔ)償和磁控電抗器+電容的MCR(磁閥式可控電抗器)補(bǔ)償方式，三相共補(bǔ)方式；10kV線路無功補(bǔ)償設(shè)備一般是按照無功定值、功率因數(shù)定值、電壓定值或者其組合定值進(jìn)行判斷，同樣也是每臺設(shè)備的分析控制是獨(dú)立運(yùn)行，不涉及到相互協(xié)調(diào)，采用的設(shè)備大多是自動分組投切，三相共補(bǔ)方式；配變無功補(bǔ)償設(shè)備情況基本同線路無功一樣，區(qū)別主要是部分設(shè)備采用了三相共補(bǔ)+分補(bǔ)的方式。這種本地運(yùn)行方式可以實現(xiàn)局部優(yōu)化控制，但是由于沒有考慮到各站之間的有機(jī)聯(lián)系，整體技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性仍有提高的余地。

基于全網(wǎng)監(jiān)視的無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)無功優(yōu)化可提高配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對降低網(wǎng)絡(luò)損耗、改善電壓質(zhì)量具有重要意義。為減少人工操作，節(jié)約運(yùn)行成本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖形、計算、管理的一體化，提供較為準(zhǔn)確的在線無功優(yōu)化調(diào)度決策支持，滿足無功規(guī)劃計算需求。但是，目前尚沒有具體的可執(zhí)行的無功補(bǔ)償管理平臺，主要工作還是人為的查看及分析，一方面增加了工作量，另一方面也無法滿足電子化信息的需求，效率低下且存在較大的判斷誤差。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于配電網(wǎng)的智能無功補(bǔ)償?shù)墓芾砥脚_問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺，包括：主控程序模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、SCADA系統(tǒng)接口模塊；

SCADA系統(tǒng)接口模塊，用于實現(xiàn)無功電壓優(yōu)化服務(wù)器從調(diào)度中心的SCADA系統(tǒng)采集10kV配網(wǎng)首端的狀態(tài)參數(shù)，包括電壓、無功功率、有功功率，把這些數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫模塊中；

主控程序模塊，用于實現(xiàn)主控程序從數(shù)據(jù)庫模塊的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中取得這些數(shù)據(jù)后進(jìn)行一系列的計算處理之后生成綜合的調(diào)節(jié)電容器和分接頭的指令，再把這些指令填到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中；接口程序再從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中取得這些指令交給SCADA去執(zhí)行；

同時結(jié)合線路動態(tài)無功補(bǔ)償裝置發(fā)來的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)按潮流分析和前面建立的目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化分析處理，進(jìn)行無功優(yōu)化分析、電壓優(yōu)化分析、無功電壓綜合優(yōu)化操作后，形成10kV線路動態(tài)無功補(bǔ)償裝置調(diào)節(jié)指令和并聯(lián)電容器操作命令，無功補(bǔ)償設(shè)備投切命令及相關(guān)控制信息，然后將控制信息發(fā)送給各控制器件執(zhí)行操作。

進(jìn)一步的，基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺還包括實時數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊，采集參數(shù)是前端采集設(shè)備動態(tài)無功補(bǔ)償裝置傳輸上來的實時采集數(shù)據(jù)；

實時采集數(shù)據(jù)包括配變的運(yùn)行數(shù)據(jù):三相電壓、電流、功率因數(shù)，有功功率、無功功率、配變負(fù)載率、配變損耗數(shù)據(jù)；

配變電能量數(shù)據(jù):配變總有功、無功電量數(shù)據(jù)，峰值、平、谷、有功無功電量數(shù)據(jù)；

配變電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)包括:三相電壓、電壓合格率、電流諧波畸變率、電流2--19次諧波含有率，電流不平衡度，供電可靠率，以及還包括電容器投切記錄，記錄數(shù)據(jù)包括電容器投切時間、投切前后電壓和無功的情況，每組電容器每日動作次數(shù)、總動作次數(shù)，每組電容器投運(yùn)時間、投運(yùn)率。

進(jìn)一步的，基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺還包括無功設(shè)備運(yùn)行管理模塊，主要是對無功設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，數(shù)據(jù)來源于動態(tài)無功補(bǔ)償裝置傳回到監(jiān)控中心的后臺數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)，可按照不同設(shè)備的類型分別進(jìn)行記錄和統(tǒng)計；可以監(jiān)測無功以及調(diào)壓設(shè)備是否按照要求進(jìn)行調(diào)壓，以便能夠及時準(zhǔn)確采取有效措施來提高系統(tǒng)電壓合格率和功率因數(shù)，同時也可及時發(fā)現(xiàn)無功設(shè)備及調(diào)壓運(yùn)行中存在的問題，以防止無功及調(diào)壓設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)而造成損壞和帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

進(jìn)一步的，基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺還包括電壓偏差監(jiān)測模塊，主要功能是用于實時監(jiān)測電網(wǎng)的主要監(jiān)測點(diǎn)的電壓偏差情況，其數(shù)據(jù)主要來源動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，客戶端電壓數(shù)據(jù)來源于電壓監(jiān)測點(diǎn)的電壓監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的處理，對電網(wǎng)主要監(jiān)測點(diǎn)電壓偏差進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)電網(wǎng)電壓偏差超過上限和超下限運(yùn)行時，給出告警信號。

進(jìn)一步的，所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置包括自動調(diào)節(jié)控制器，所述自動調(diào)節(jié)控制器的輸入端分別與采集三相線中的C相線電流的電流互感器TA、分別采集兩組電容器電流電流互感器TA1及電流互感器TA2、采集三相線中的B、C相線電壓的電壓互感器相連，所述自動調(diào)節(jié)控制器根據(jù)接收的信號進(jìn)行處理后得到電壓、電流、功率因數(shù)、有功和無功數(shù)據(jù),并將上述數(shù)據(jù)與設(shè)置值進(jìn)行比較，所述自動調(diào)節(jié)控制器根據(jù)比較結(jié)果通過控制回路控制高壓接觸器實現(xiàn)對兩組并聯(lián)電容器的投切控制。

進(jìn)一步的，所述兩組并聯(lián)電容器分別通過各自對應(yīng)的高壓接觸器與相應(yīng)的兩組電阻相連。

進(jìn)一步的，所述兩組電阻均連接至三相線，所述三相線還與跌落式熔斷器相連。

進(jìn)一步的，所述三相線還與跌落式熔斷器的輸出端還通過避雷器接地。

進(jìn)一步的，所述自動調(diào)節(jié)控制器將配電線路的實時數(shù)據(jù)采用GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述電容器采用單星形布線方式，用高壓接觸器進(jìn)行投切,避免采用電力電子設(shè)備投切引入諧波。

進(jìn)一步的，所述電流互感器采用非接入式高壓電流互感器,這種新式的互感器能夠很精確地把一次側(cè)電流變換成為二次側(cè)的電壓輸出,因而,很好的解決了二次側(cè)在開路時產(chǎn)生高電壓的風(fēng)險,體積小,重量輕,安裝方便。

進(jìn)一步的，所述電壓互感器采樣線電壓,主要供給配電線路電壓信號,同時為自動調(diào)節(jié)控制器和控制回路供給能量。

進(jìn)一步的，所述電流互感器TA采樣C相電流,根據(jù)三相對稱得出A、B相電流，經(jīng)轉(zhuǎn)換之后得到采樣信號,信號由A/D轉(zhuǎn)換后得出電壓、電流、功率因數(shù)、有功和無功。

進(jìn)一步的，所述電流互感器TA1和TA2采樣電容器電流,用來判斷真空接觸器是否投切成功,并為電容器的保護(hù)提供硬件支持。

進(jìn)一步的，應(yīng)用于配電網(wǎng)的智能無功補(bǔ)償裝置適應(yīng)于10kV線路。

進(jìn)一步的，所述主控程序模塊，包括：

10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型的建立模塊，以10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償后所取得的綜合經(jīng)濟(jì)效益最大作為目標(biāo)建立配電網(wǎng)無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，求解該模型可得到無功補(bǔ)償裝置的并聯(lián)電容器的補(bǔ)償容量；

配網(wǎng)潮流計算模塊，采用以支路網(wǎng)損為狀態(tài)量的前推回代型算法計算配電網(wǎng)的潮流，從而求解出狀態(tài)變量；

無功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇模塊，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)載分布情況，利用矩陣計算得到各節(jié)點(diǎn)的靈敏度數(shù)值，最終確定無功補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量通過遺傳算法確定；

無功優(yōu)化策略模塊，根據(jù)輸入的配電網(wǎng)原始數(shù)據(jù)，基于遺傳算法獲得補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償容量。

進(jìn)一步的，所述10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型的建立模塊中，建立無功優(yōu)化補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

min C＝C_C-C_S

式中，C_S表示無功補(bǔ)償裝置使用期間配電網(wǎng)網(wǎng)損降低而節(jié)約費(fèi)用的資金現(xiàn)值，單位：元；C_c表示無功補(bǔ)償裝置的總投資費(fèi)用，單位：元；β表示平均售電電價，單位：元/kWh；ΔP_S表示補(bǔ)償前的系統(tǒng)有功網(wǎng)損，單位：kW；ΔP′_S表示補(bǔ)償后的系統(tǒng)有功網(wǎng)損，單位：kW；(ΔP_S-ΔP′_S)表示補(bǔ)償后系統(tǒng)減少的網(wǎng)損，單位：kW；τ表示年運(yùn)行小時數(shù)，單位：h；r表示折現(xiàn)率；n表示補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)使用期，單位：年；F表示補(bǔ)償裝置的安裝費(fèi)用，單位：元；A表示單位容量電容器的投資造價，單位：元/kvar；Q_step表示每組補(bǔ)償電容器的容量，單位：kvar；m_i表示補(bǔ)償點(diǎn)安裝的電容器組數(shù)，單位：組；x表示補(bǔ)償?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù)；

ΔP_S系統(tǒng)有功網(wǎng)損的計算公式：

采用罰函數(shù)的方式進(jìn)行處理節(jié)點(diǎn)電壓越限和功率因數(shù)越限，從而將目標(biāo)函數(shù)擴(kuò)展為：

minC＝C_c-C_s+F_p

F_p為越限罰函數(shù)；

lv為懲罰系數(shù)，V_ilim為狀態(tài)變量，V_i的上限或者下限，規(guī)定如下式：

C_{c lim}為配變低壓側(cè)功率因數(shù)C_ci的上限，規(guī)定如下：

可以看出，如果電壓幅值V_i和功率因數(shù)C_ci都沒有越限，罰函數(shù)為零，對目標(biāo)函數(shù)不起作用；當(dāng)兩者中任何一個越限后，罰函數(shù)將是一個正數(shù)，而且乘以一個數(shù)值很大(數(shù)量級在10⁶～10⁹之間)的懲罰系數(shù)lv，則罰函數(shù)的數(shù)值足以對目標(biāo)函數(shù)造成影響，從而造成目標(biāo)函數(shù)值過大，使得遺傳算法在搜索過程中首先舍棄目標(biāo)值較大的值，從而舍棄了電壓幅值V_i或功率因數(shù)C_ci越限的值，潮流方程：

狀態(tài)變量約束：

U_imin≤U_i≤U_{i max}

控制變量約束：

Q_{c min}Q_C≤Q_Cmax

以上各式中，P_Gi，Q_Gi表示節(jié)點(diǎn)i上注入的有功和無功功率；P_Di，Q_Di表示節(jié)點(diǎn)i上有功和無功負(fù)荷功率；U_i表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值；θ_ij表示節(jié)點(diǎn)i，j電壓的相角差；U_i、U_imax、U_imin分別表示節(jié)點(diǎn)電壓的幅值、電壓幅值的上限和下限；Q_C、Q_Cmax、Q_cmin分別表示無功補(bǔ)償裝置可投切補(bǔ)償容量、補(bǔ)償容量的上限和下限。

進(jìn)一步的，所述配網(wǎng)潮流計算模塊中，針對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為木梳狀，有

其中，V_i表示節(jié)點(diǎn)電壓；R_i、X_i表示線路i的阻抗；P_i、Q_i表示節(jié)點(diǎn)流過的功率；PL_i、QL_i表示節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率；LP_i、LQ_i表示線路i的功率損耗；

節(jié)點(diǎn)流過的功率可表示為：

線路的功率損耗為：

線路流過的電流和節(jié)點(diǎn)電壓為：

以上各式構(gòu)成了前推回代的基本方法，通過迭代計算，可以求出系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓，線路流過的電流、有功功率、無功功率以及支路的有功損耗、無功損耗。

進(jìn)一步的，所述無功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇模塊中，具體過程為：

有功損耗計算公式：

N為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個數(shù)；P_i為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；G_ij為支路ij之間的電導(dǎo)；θ_ij為節(jié)點(diǎn)i、j間的相位差；

靈敏度系數(shù)指以狀態(tài)變量表征的系統(tǒng)運(yùn)行狀況對控制變量和擾動變量的變化的敏感性程度，對于無功優(yōu)化問題，就是要求配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)無功變化對系統(tǒng)有限網(wǎng)損的靈敏度系數(shù)，選靈敏度較高的節(jié)點(diǎn)作為無功補(bǔ)償?shù)暮蜻x節(jié)點(diǎn)，從而縮小配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)乃阉骺臻g；

網(wǎng)損靈敏度計算公式為：

式中，Q、U和θ分別為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入無功、節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角向量，

經(jīng)變換可推得

所以得到配電網(wǎng)有功網(wǎng)損無功靈敏度矩陣計算公式為：

S_PQ為公式(3)等號右邊雅克比矩陣逆矩陣的子矩陣，并且，對于節(jié)點(diǎn)i，由公式(1)可知

公式(4)中即為系統(tǒng)網(wǎng)損對于節(jié)點(diǎn)注入無功的靈敏度，它反映了節(jié)點(diǎn)i注入單位無功功率對全網(wǎng)有功網(wǎng)損的影響大小，一般為負(fù)，說明無功補(bǔ)償使得系統(tǒng)損耗減少，傳統(tǒng)的靈敏度分析方法即選取但由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的相互影響，一些節(jié)點(diǎn)受周圍節(jié)點(diǎn)影響，成為虛假的高靈敏度點(diǎn)，從而造成選點(diǎn)比較集中，這顯然不符合無功補(bǔ)償分散補(bǔ)償?shù)脑瓌t，使得補(bǔ)償效果達(dá)不到預(yù)期。針對這種情況，本文對電網(wǎng)中負(fù)荷點(diǎn)得靈敏度稍作改進(jìn)，即令

式(6)右邊的對角線矩陣由網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無功負(fù)荷同系統(tǒng)總有功網(wǎng)損的比值構(gòu)成，為i節(jié)點(diǎn)修正后的靈敏度數(shù)值。由于不僅考慮到了電網(wǎng)的支路結(jié)構(gòu)，還考慮到了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載水平，使得這一數(shù)值具備全局性，能更好地反映節(jié)點(diǎn)無功功率改變對全網(wǎng)有功網(wǎng)損的影響，故根據(jù)這一指標(biāo)來選點(diǎn)更加合理，降損更顯著。

進(jìn)一步的，所述無功優(yōu)化策略模塊中，具體過程為：

配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題的求解具體步驟可歸納如下：

(1)輸入配電網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)，等式約束和不等式約束：包括支路數(shù)b、節(jié)點(diǎn)數(shù)n、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)、以及支路參數(shù)，包括電阻R_i，電抗X_i，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)，包括有功P_di及無功Q_di；遺傳算法GA參數(shù)和變量，包括種群規(guī)模、染色體長度、初始的交叉率、變異率、遺傳代數(shù)；

(2)進(jìn)行初始潮流計算，進(jìn)行靈敏度分析，計算出

(3)對進(jìn)行排序，選出靈敏度較大的數(shù)個節(jié)點(diǎn)作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)；

(4)將控制變量即補(bǔ)償組數(shù)進(jìn)行編碼，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，NIND個；

(5)按照步驟(4)生成的初始種群修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，按照不同負(fù)荷水平(最大負(fù)荷、最小負(fù)荷和平均負(fù)荷水平)分別計算配電網(wǎng)潮流；

(6)計算各個體適應(yīng)度，并排序；

(7)選擇、交叉、變異操作：采用輪盤賭選擇方式將步驟(6)中排序后適應(yīng)度值最大的前NIND*GGAP個個體(GAAP＝0.9)作為子代進(jìn)行交叉、變異操作；再計算交叉變異后子代個體的適應(yīng)度值并進(jìn)行排序，按適應(yīng)度值重插入子代到種群中，用子代代替父代并返回結(jié)果種群；

(8)根據(jù)新產(chǎn)生的種群重新修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，進(jìn)行潮流計算；

(9)收斂條件判斷：達(dá)到最優(yōu)個體保留代數(shù)時，停止迭代，輸出最優(yōu)解；或在雖然沒有達(dá)到最優(yōu)個體保留代數(shù)，但達(dá)到最大遺傳迭代次數(shù)，也停止迭代，輸出次優(yōu)解，否則，轉(zhuǎn)至步驟(6)，繼續(xù)迭代。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過用戶用電信息采集系統(tǒng)、10kV配變無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控主站系統(tǒng)(基于GPRS無線通訊通道)、10kV線路無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控主站系統(tǒng)(基于GPRS無線通訊通道)、縣自動化系統(tǒng)(SCADA)系統(tǒng)采集的10kV線路出線節(jié)點(diǎn)遙測遙信量等實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行電壓無功優(yōu)化計算，并根據(jù)計算結(jié)果形成對有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)、無功補(bǔ)償設(shè)備投切等控制指令，實現(xiàn)對配網(wǎng)內(nèi)各公配變、無功補(bǔ)償設(shè)備、主變的集中管理、分級監(jiān)視和分布式控制，實現(xiàn)全配網(wǎng)電壓無功優(yōu)化運(yùn)行控制，最大程度上解決“低電壓”問題，同時兼顧功率因數(shù)的提高和降低網(wǎng)損。為了保證系統(tǒng)故障或者通訊中斷時的電壓無功控制可靠性，各臺公配變、線路無功補(bǔ)償設(shè)備、主變在通信中斷是可以實現(xiàn)就地自動控制運(yùn)行。

對10kV線路及以下無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行監(jiān)控，采集配電臺區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)及無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)。通過EMS、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)接入10kV線路各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行潮流計算，得出線路各節(jié)點(diǎn)電壓、有功、無功的分布，通過無功策略控制，使線路運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。通過遺傳算法制定無功優(yōu)化策略，確定補(bǔ)償點(diǎn)、補(bǔ)償容量等，實現(xiàn)對配網(wǎng)內(nèi)各無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)全配網(wǎng)無功優(yōu)化運(yùn)行控制。

本發(fā)明針對現(xiàn)有補(bǔ)償設(shè)備的不足，結(jié)合配網(wǎng)的特點(diǎn),為包含兩組電容器的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，采用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)自動控制,能夠彌補(bǔ)以往裝置的不足,同時兩組電容器共用一套保護(hù)裝置,大大節(jié)省了開發(fā)費(fèi)用。

采用TI公司C2000系列TMS320F2812作為主控元件，能夠快速精確的采集和處理數(shù)據(jù)。

采用GPRS進(jìn)行實時無線通信,將所采集的數(shù)據(jù)信號傳輸給上位機(jī),避免采用線路傳輸?shù)牟环€(wěn)定性。這種方式還能夠提供公用變壓器低壓側(cè)缺少無功補(bǔ)償?shù)谋锥?避免大量無功的沿線傳輸；不需要另外架設(shè)電桿,減少投資,特別適用于線路過長,無功得不到合理補(bǔ)償?shù)木€路,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)明顯,在配電網(wǎng)中將會有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的上述管理平臺在顯示設(shè)備中對不同控制器所控制的節(jié)點(diǎn)電壓、變壓器電流、電容器補(bǔ)償容量、母線開關(guān)狀態(tài)、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)顯示，同時按照顯示的信息展開分析，遠(yuǎn)程實現(xiàn)對各控制器行為的控制，在分析過程中可根據(jù)實際需要對整個過程進(jìn)行保存記錄，為后續(xù)的分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為梳狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3配電網(wǎng)無功優(yōu)化流程圖；

圖4無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)整體架構(gòu)；

圖5無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)功能架構(gòu)。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在配電網(wǎng)的智能無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽嘶谌W(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺。

無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該遵循方便、快速、穩(wěn)定、安全、靈活的原則展開，借助良好的設(shè)計界面，在顯示設(shè)備中對不同控制器所控制的節(jié)點(diǎn)電壓、變壓器電流、電容器補(bǔ)償容量、母線開關(guān)狀態(tài)、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)顯示，同時按照顯示的信息展開分析，遠(yuǎn)程實現(xiàn)對各控制器行為的控制，在分析過程中可根據(jù)實際需要對整個過程進(jìn)行保存記錄，為后續(xù)的分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

配電網(wǎng)規(guī)劃是一個非線性、多條件約束的復(fù)雜組合優(yōu)化問題。針對配電網(wǎng)現(xiàn)有的補(bǔ)償水平,本申請為基于多數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)及方法，無功優(yōu)化配置主要包括兩個方面，一是補(bǔ)償點(diǎn)位置的選取，二是補(bǔ)償容量的確定。

對10kV配電網(wǎng)中各個節(jié)點(diǎn)無功變化對系統(tǒng)有功網(wǎng)損的靈敏度系數(shù)進(jìn)行分析計算，以靈敏度高的節(jié)點(diǎn)作為無功補(bǔ)償點(diǎn)，然后引入遺傳算法，進(jìn)行無功優(yōu)化確定補(bǔ)償容量，實現(xiàn)有限補(bǔ)償資源下的系統(tǒng)網(wǎng)損最小化。

如圖4所示，基于全網(wǎng)監(jiān)視無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)能管理平臺，包括三大功能層，分別為決策控制層、數(shù)據(jù)接口層以及實際應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)接口層主要完成的功能是為內(nèi)部及外部平臺提供開放的數(shù)據(jù)接口，便于系統(tǒng)未來的擴(kuò)展，本系統(tǒng)主要依托以太網(wǎng)接口來完成各類數(shù)據(jù)的交互訪問，同時使用開放的DDE接口來實現(xiàn)其余兩個層次對數(shù)據(jù)的直接訪問，這種方式非常方便快速，也非常有利于在各類協(xié)議間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)接口層包含有不同的數(shù)據(jù)體系，此處沒有使用典型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)，而是采取層級訪問的數(shù)據(jù)管理模式，用歷史、實時和內(nèi)存的思路來自主完成設(shè)計，這在一定程度上提升了對數(shù)據(jù)的提供速度。

同時能夠看到，本系統(tǒng)的實際應(yīng)用層主要完成對操作者和系統(tǒng)交互的功能，實現(xiàn)的主要功能如下：

一是數(shù)據(jù)庫的管理功能，可通過圖形界面讓管理人員實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的維護(hù)、修改等主要功能，所有用戶都能夠借助界面來實現(xiàn)對配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓、無功補(bǔ)償容量、各種功率及其因素的查看與分析，從而實現(xiàn)對電壓無功運(yùn)行狀態(tài)的全方位檢測，如果存在不合格的節(jié)點(diǎn)，能夠進(jìn)行及時顯示，包括顯示其節(jié)點(diǎn)名稱、具體電壓值等數(shù)據(jù)，并提示可采用的無功調(diào)節(jié)方法。

二是實現(xiàn)對各種參數(shù)的設(shè)置，參數(shù)是本系統(tǒng)實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，此處主要包含的參數(shù)包括有功能參數(shù)、運(yùn)行模式兩類，功能參數(shù)主要是在遺傳算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，具體設(shè)置的參數(shù)有電壓最大最小值、交叉概率、變異概率、次數(shù)最大值限制、時間設(shè)置等；運(yùn)行模式參數(shù)則主要針對不同運(yùn)行模式的設(shè)置，如開環(huán)建議、閉環(huán)控制等模式，由于所有的控制設(shè)備都有運(yùn)行、故障和維修等基本狀態(tài)，所以對于能夠參與無功補(bǔ)償優(yōu)化的控制設(shè)備，必須保證其處于開環(huán)建議或閉環(huán)控制狀態(tài)中，每個使用人員都可以按照配電網(wǎng)的實際，對單獨(dú)的設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行模式的控制。

三是實現(xiàn)對典型事件的記錄功能，典型事件的記錄可根據(jù)不同的分類來實現(xiàn)，如系統(tǒng)事件、報警事件以及調(diào)節(jié)事件等，對于所有事件的操作時間、行為以及結(jié)果都進(jìn)行詳細(xì)記錄，特別是針對無功優(yōu)化的一些典型實踐，對其無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行開關(guān)的主要時間、次數(shù)都實現(xiàn)記錄，這為將來對無功補(bǔ)償設(shè)備的檢修提供了基礎(chǔ)；同時一些配電網(wǎng)的報警事件記錄可以為檢修、運(yùn)行和調(diào)度部門提供每個設(shè)備的運(yùn)行異常狀況，幫助他們較好的做出決策。

四是報表分析與查詢，本系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)木唧w應(yīng)用，能夠依靠報表的方式分析并顯示出節(jié)點(diǎn)電壓圖、有功和無功負(fù)荷圖、電壓變動曲線圖、功率因素圖等，所有這些報表圖形的產(chǎn)生，都能夠根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)信息自動生成并顯示，這有助于操作人員對各種數(shù)據(jù)參數(shù)的直觀分析與查詢。

此外，本系統(tǒng)的決策控制層是以潮流計算為基礎(chǔ)的，借助改進(jìn)的遺傳算法得到對無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化與控制，并完成決策。運(yùn)行監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)在存在故障的狀態(tài)下系統(tǒng)的穩(wěn)定閉鎖：無功補(bǔ)償功能則是進(jìn)行優(yōu)化的過程，在配電網(wǎng)的實際規(guī)劃中，依據(jù)負(fù)荷的分布情況和有功電源情況來確定無功補(bǔ)償優(yōu)化的方式，所以，無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)就需要在SCADA基礎(chǔ)上實現(xiàn)對各類信號的實時采集、傳輸，進(jìn)而實現(xiàn)對無功補(bǔ)償電容器組的最合理的投切操作及次數(shù)設(shè)置，同時對有載調(diào)壓變壓器進(jìn)行參數(shù)改變，最終實現(xiàn)對電壓的穩(wěn)定、電能質(zhì)量的提升以及電網(wǎng)損耗的降低。

決策控制層涉及的技術(shù)主要有：

10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型的建立：以10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償后所取得的綜合經(jīng)濟(jì)效益最大作為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)中考慮了有關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素。凈現(xiàn)值法是一種意義十分明確、應(yīng)用相當(dāng)普遍的方法，應(yīng)用時要考慮計算年限的問題。對于電力系統(tǒng)無功規(guī)劃來說，應(yīng)用凈現(xiàn)值法比較合理，本文在10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償模型中，采用凈現(xiàn)值法作為經(jīng)濟(jì)評價標(biāo)準(zhǔn)。

凈現(xiàn)值(NPV)是指項目(或方案)在壽命期內(nèi)各年的凈現(xiàn)金流量(CI－CO)t，按照一定的折現(xiàn)率i，折現(xiàn)到期初時點(diǎn)的現(xiàn)值之和。

凈現(xiàn)值指標(biāo)是反映項目投資獲利能力的指標(biāo)。

決策標(biāo)準(zhǔn)：

凈現(xiàn)值≥0 方案可行；

凈現(xiàn)值＜0 方案不可行；

凈現(xiàn)值均＞0 凈現(xiàn)值最大的方案為最優(yōu)方案。

建立無功優(yōu)化補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

min C＝C_C-C_S

式中，C_S表示無功補(bǔ)償裝置使用期間配電網(wǎng)網(wǎng)損降低而節(jié)約費(fèi)用的資金現(xiàn)值，單位：元；C_c表示無功補(bǔ)償裝置的總投資費(fèi)用，單位：元；β表示平均售電電價，單位：元/kWh；ΔP_S表示補(bǔ)償前的系統(tǒng)有功網(wǎng)損，單位：kW；ΔP′_S表示補(bǔ)償后的系統(tǒng)有功網(wǎng)損，單位：kW；(ΔP_S-ΔP′_S)表示補(bǔ)償后系統(tǒng)減少的網(wǎng)損，單位：kW；τ表示年運(yùn)行小時數(shù)，單位：h；r表示折現(xiàn)率；n表示補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)使用期，單位：年；F表示補(bǔ)償裝置的安裝費(fèi)用，單位：元；A表示單位容量電容器的投資造價，單位：元/kvar；Q_step表示每組補(bǔ)償電容器的容量，單位：kvar；m_i表示補(bǔ)償點(diǎn)安裝的電容器組數(shù)，單位：組；x表示補(bǔ)償?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù)；

ΔP_S系統(tǒng)有功網(wǎng)損的計算公式：

罰函數(shù)設(shè)置：本文采用罰函數(shù)的方式進(jìn)行處理節(jié)點(diǎn)電壓越限和功率因數(shù)越限，從而將目標(biāo)函數(shù)擴(kuò)展為：

minC＝C_c-C_s+F_p

F_p為越限罰函數(shù)。

lv為懲罰系數(shù)，V_ilim為狀態(tài)變量，V_i的上限或者下限，規(guī)定如下式：

C_{c lim}為配變低壓側(cè)功率因數(shù)C_ci的上限，規(guī)定如下：

可以看出，如果電壓幅值V_i和功率因數(shù)C_ci都沒有越限，罰函數(shù)為零，對目標(biāo)函數(shù)不起作用；當(dāng)兩者中任何一個越限后，罰函數(shù)將是一個正數(shù)，而且乘以一個數(shù)值很大(數(shù)量級在10⁶～10⁹之間)的懲罰系數(shù)lv，則罰函數(shù)的數(shù)值足以對目標(biāo)函數(shù)造成影響，從而造成目標(biāo)函數(shù)值過大，使得遺傳算法在搜索過程中首先舍棄目標(biāo)值較大的值，從而舍棄了電壓幅值V_i或功率因數(shù)C_ci越限的值。系統(tǒng)潮流方程：

狀態(tài)變量約束：

U_imin≤U_i≤U_{i max}

控制變量約束：

Q_{c min}Q_C≤Q_{C max}

以上各式中，P_Gi，Q_Gi表示節(jié)點(diǎn)i上注入的有功和無功功率；P_Di，Q_Di表示節(jié)點(diǎn)i上有功和無功負(fù)荷功率；U_i表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值；θ_ij表示節(jié)點(diǎn)i，j電壓的相角差；U_i、U_imax、U_imin分別表示節(jié)點(diǎn)電壓的幅值、電壓幅值的上限和下限；Q_C、Q_Cmax、Q_cmin分別表示無功補(bǔ)償裝置可投切補(bǔ)償容量、補(bǔ)償容量的上限和下限。

以上各式組成了配電網(wǎng)無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，求解該模型可得到并聯(lián)電容器的補(bǔ)償容量。

配網(wǎng)潮流計算：求解無功優(yōu)化模型時，通過控制變量的輸入求出狀態(tài)變量(節(jié)點(diǎn)電壓)，則需要計算配電網(wǎng)的潮流從而求解出狀態(tài)變量。由于配電網(wǎng)多為輻射型樹狀結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)和支路數(shù)目多，且支路參數(shù)R/X的比值比較大，在輸電網(wǎng)中比較有效的潮流算法，如牛頓-拉夫遜法，基本不適用于配電網(wǎng)。本文中采用以支路網(wǎng)損為狀態(tài)量的前推回代型算法，該算法具有簡單、易于編程、計算速度快、收斂性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足配電網(wǎng)無功優(yōu)化對潮流算法的要求。

一般配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為木梳狀，如圖2所示：圖中，V_i表示節(jié)點(diǎn)電壓；R_i、X_i表示線路i的阻抗；P_i、Q_i表示節(jié)點(diǎn)流過的功率；PL_i、QL_i表示節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率；LP_i、LQ_i表示線路i的功率損耗。

經(jīng)推導(dǎo)，有

節(jié)點(diǎn)流過的功率可表示為：

線路的功率損耗為：

線路流過的電流和節(jié)點(diǎn)電壓為：

以上各式構(gòu)成了前推回代的基本方法。通過迭代計算，可以求出系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓，線路流過的電流、有功功率、無功功率以及支路的有功損耗、無功損耗。

算法具體步驟如下：

1)讀入系統(tǒng)數(shù)據(jù)：饋線端電壓V₀，各支路電阻R_i，電抗X_i，各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率PL_i，QL_i(i＝1,2,，…，n)

2)建立樹；

3)置迭代次數(shù)k＝0，選取迭代精度ε；

4)令所有的支路損耗為0，即

5)通過公式計算各節(jié)點(diǎn)流過的功率

6)通過公式從饋線端節(jié)點(diǎn)開始計算各點(diǎn)的電壓幅值

7)通過公式計算各支路的損耗

8)通過公式迭代計算支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓實部和虛部；

9)計算

10)判斷max|ΔLP_i|＜ε且max|ΔLQ_i|＜ε，則停止計算輸出結(jié)果；否則繼續(xù)下一步；

11)判斷是否到達(dá)最大迭代次數(shù)，如果達(dá)到則停止計算，輸出結(jié)果；否則迭代次數(shù)加一，即k＝k+1，從步驟(5)循環(huán)執(zhí)行，直到滿足條件。

基于網(wǎng)損靈敏度計算的無功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇：針對配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算困難等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的靈敏度分析選點(diǎn)基礎(chǔ)上作改進(jìn)，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)載分布情況，利用矩陣計算得到各節(jié)點(diǎn)的靈敏度數(shù)值，最終確定無功補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償點(diǎn)得補(bǔ)償容量通過遺傳算法確定。

本申請從無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，基于靈敏度分析，依照改進(jìn)過的網(wǎng)損靈敏度指標(biāo)選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)，再利用遺傳算法確定最佳補(bǔ)償容量，以期獲得更好地優(yōu)化效果。

有功損耗計算公式：

N為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個數(shù)；P_i為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；G_ij為支路ij之間的電導(dǎo)；θ_ij為節(jié)點(diǎn)i、j間的相位差。

靈敏度系數(shù)指以狀態(tài)變量表征的系統(tǒng)運(yùn)行狀況對控制變量和擾動變量的變化的敏感性程度。對于無功優(yōu)化問題，就是要求配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)無功變化對系統(tǒng)有限網(wǎng)損的靈敏度系數(shù)，選靈敏度較高的節(jié)點(diǎn)作為無功補(bǔ)償?shù)暮蜻x節(jié)點(diǎn)，從而縮小配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)乃阉骺臻g。

網(wǎng)損靈敏度計算公式為：

式中，Q、U和θ分別為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入無功、節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角向量。

經(jīng)變換可推得

所以得到配電網(wǎng)有功網(wǎng)損無功靈敏度矩陣計算公式為：

S_PQ為公式(3)等號右邊雅克比矩陣逆矩陣的子矩陣，并且，對于節(jié)點(diǎn)i，由公式(1)可知

公式(4)中即為系統(tǒng)網(wǎng)損對于節(jié)點(diǎn)i注入無功的靈敏度，它反映了節(jié)點(diǎn)i注入單位無功功率對全網(wǎng)有功網(wǎng)損的影響大小。一般為負(fù)，說明無功補(bǔ)償使得系統(tǒng)損耗減少。傳統(tǒng)的靈敏度分析方法即選取但由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的相互影響，一些節(jié)點(diǎn)受周圍節(jié)點(diǎn)影響，成為虛假的高靈敏度點(diǎn)，從而造成選點(diǎn)比較集中，這顯然不符合無功補(bǔ)償分散補(bǔ)償?shù)脑瓌t，使得補(bǔ)償效果達(dá)不到預(yù)期。針對這種情況，本文對電網(wǎng)中負(fù)荷點(diǎn)得靈敏度稍作改進(jìn)，即令

式(6)右邊的對角線矩陣由網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無功負(fù)荷同系統(tǒng)總有功網(wǎng)損的比值構(gòu)成。為i節(jié)點(diǎn)修正后的靈敏度數(shù)值，由于不僅考慮到了電網(wǎng)的支路結(jié)構(gòu)，還考慮到了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載水平，使得這一數(shù)值具備全局性，能更好地反映節(jié)點(diǎn)無功功率改變對全網(wǎng)有功網(wǎng)損的影響，故根據(jù)這一指標(biāo)來選點(diǎn)更加合理，降損更顯著。

1.基于遺傳算法的無功優(yōu)化策略設(shè)計：編碼

整數(shù)編碼方式：由于補(bǔ)償電容器的投切組數(shù)均為整數(shù)，因此在編碼過程中以電容器的組數(shù)編碼，在計算潮流的過程中再折算成相應(yīng)的補(bǔ)償無功進(jìn)行計算。

設(shè)節(jié)點(diǎn)i補(bǔ)償電容的容量為Q_ci，則：

Q_ci＝Q_step×m_i

2.個體選擇方法：采用輪盤賭法，并加入最優(yōu)個體保留，以防止在尋優(yōu)過程中遺失產(chǎn)生過的最優(yōu)的個體。

3.交叉操作：采用單點(diǎn)交叉。

4.變異操作：采用基本位變異的變異操作。

5.適應(yīng)度函數(shù)：采用形式Fit(f(x))，最后的目標(biāo)函數(shù)形式為：

C_min＝C_c-C_s+F_p

6.遺傳終止的準(zhǔn)則：采用最大世代數(shù)作為終止判據(jù)。

根據(jù)上述遺傳算法的無功優(yōu)化操作方法，本文配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題的求解具體步驟可歸納如下：

(1)輸入配電網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)，等式約束和不等式約束。包括支路數(shù)b、節(jié)點(diǎn)數(shù)n、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)、以及支路參數(shù)(電阻R_i，電抗X_i)，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)(有功P_di，無功Q_di)；遺傳算法GA參數(shù)和變量(種群規(guī)模、染色體長度、初始的交叉率、變異率、遺傳代數(shù)等)；

(2)進(jìn)行初始潮流計算，進(jìn)行靈敏度分析，計算出

(3)對進(jìn)行排序，選出靈敏度較大的數(shù)個節(jié)點(diǎn)作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)；

(4)將控制變量(補(bǔ)償組數(shù))進(jìn)行編碼，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群(NIND個)；

(5)按照步驟(4)生成的初始種群修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，按照不同負(fù)荷水平(最大負(fù)荷、最小負(fù)荷和平均負(fù)荷水平)分別計算配電網(wǎng)潮流；

(6)計算各個體適應(yīng)度，并排序；

(7)選擇、交叉、變異操作：采用輪盤賭選擇方式將步驟(6)中排序后適應(yīng)度值最大的前NIND*GGAP個個體(GAAP＝0.9)作為子代進(jìn)行交叉、變異操作；再計算交叉變異后子代個體的適應(yīng)度值并進(jìn)行排序，按適應(yīng)度值重插入子代到種群中，用子代代替父代并返回結(jié)果種群；

(8)根據(jù)新產(chǎn)生的種群重新修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，進(jìn)行潮流計算；

(9)收斂條件判斷：達(dá)到最優(yōu)個體保留代數(shù)時，停止迭代，輸出最優(yōu)解；或在雖然沒有達(dá)到最優(yōu)個體保留代數(shù)，但達(dá)到最大遺傳迭代次數(shù)，也停止迭代，輸出次優(yōu)解。否則，轉(zhuǎn)至步驟(6)，繼續(xù)迭代。流程圖如圖3所示。

本發(fā)明上位機(jī)與下位機(jī)控制器通過GPRS通信,將采集到的數(shù)據(jù)和SCADA提供的10kV線路首端的數(shù)據(jù)結(jié)合,優(yōu)化計算生成控制命令,驅(qū)動控制裝置控制相關(guān)的補(bǔ)償設(shè)備動作。

另外，關(guān)于動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在前人靜態(tài)補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上,采用兩組電容器進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，投切方式采用循環(huán)投切，能夠避免投切振蕩問題。自動調(diào)節(jié)控制器采用處理數(shù)據(jù)能力更強(qiáng)的主控芯片,包括DSP復(fù)位電路、信號調(diào)理電路、鍵盤和顯示電路等。將傳統(tǒng)的九區(qū)圖進(jìn)行擴(kuò)展,能夠?qū)山M并聯(lián)電容器實時準(zhǔn)確投切,先投先切、保證電容器的使用壽命。整個裝置能對配電網(wǎng)龐大的數(shù)據(jù)能夠更快的進(jìn)行計算并將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器。并采用GPRS進(jìn)行無線傳輸線路信息,最大限度的使后臺客戶端能夠?qū)崟r跟蹤各節(jié)點(diǎn)的電壓變化。以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化算法確定10kV最優(yōu)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)和補(bǔ)償容量,采用“高峰計算,低谷校驗”或“低谷計算,高峰校驗”確定0.4kV側(cè)電容器補(bǔ)償容量。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了應(yīng)用于配電網(wǎng)的智能無功補(bǔ)償裝置，設(shè)計一種10kV線路補(bǔ)償裝置,采用擴(kuò)展的九區(qū)圖對兩組并聯(lián)電容器進(jìn)行投切控制，主控芯片能夠快速處理配電線路的實時數(shù)據(jù),并采用GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)控制系統(tǒng)。

智能無功投切裝置的研制，對于線路補(bǔ)償裝置，目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但主要部分基本相同，包含跌落式熔斷器、避雷器、控制部分、電容器和其他一些開關(guān)設(shè)備。本發(fā)明的裝置如圖1所示,在線路補(bǔ)償裝置中,采用并聯(lián)電容器組,基于其體積小可以按照容量進(jìn)行定制,優(yōu)越性明顯,電容器采用單星形布線方式,用高壓接觸器進(jìn)行投切,避免采用電力電子設(shè)備投切引入諧波。電流互感器采用非接入式高壓電流互感器,這種新式的互感器能夠很精確地把一次側(cè)電流變換成為二次側(cè)的電壓輸出,因而,很好的解決了二次側(cè)在開路時產(chǎn)生高電壓的風(fēng)險,體積小,重量輕,安裝方便。電壓互感器采樣線電壓,主要供給電壓信號,同時為控制器和控制回路供給能量。電流互感器TA采樣C相電流,根據(jù)三相對稱得出A、B相電流,經(jīng)轉(zhuǎn)換之后得到采樣信號,信號由A/D轉(zhuǎn)換后得出電壓、電流、功率因素、有功和無功,與系統(tǒng)設(shè)置值進(jìn)行比較,生成電容器投切命令控制電容器的投切。TA1和TA2采樣電容器電流,用來判斷真空接觸器是否投切成功,并為電容器的保護(hù)提供硬件支持。避雷器和熔斷器的作用分別是防雷保護(hù)和電容器短路保護(hù)。

通過無功補(bǔ)償管理平臺，可實現(xiàn)對無功補(bǔ)償設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，這使得本系統(tǒng)與其它的自動化系統(tǒng)相比，必須具有更高的安全性，如當(dāng)該系統(tǒng)在閉環(huán)控制的環(huán)境中運(yùn)行時，系統(tǒng)中所有輸入輸出會遭受系統(tǒng)誤差和其它因素的干擾，那么系統(tǒng)必須能夠保證這些條件下的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，鑒于SCADA控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，本次設(shè)計進(jìn)行了以下四方面的安全設(shè)計。

一是投運(yùn)安全設(shè)計。系統(tǒng)的穩(wěn)定性基本要求是保持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)將電網(wǎng)系統(tǒng)中的所有調(diào)節(jié)設(shè)備依次接入，并對各設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分級別的控制，這使得系統(tǒng)具有較高的安全性。系統(tǒng)接入需要按照變電站運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)，選擇閉環(huán)或者開環(huán)的模式，無論何種方案都需要操作人員通過系統(tǒng)實現(xiàn)控制方案的選擇，并可在兩種模式中實現(xiàn)切換與自動控制。

二是數(shù)據(jù)安全設(shè)計。無功補(bǔ)償管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)非常重要，這不僅僅是對當(dāng)前各狀態(tài)數(shù)據(jù)的考驗，同時也是對配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)的考驗。因此系統(tǒng)在數(shù)據(jù)安全設(shè)計時，綜合采用了主、副服務(wù)器的備份策略，數(shù)據(jù)庫采用了完全備份、差異備份，同時實現(xiàn)了異地備份與移動存儲備份等；此外，對于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了各站點(diǎn)的同步更新，保證所有工作站的時間與數(shù)據(jù)都同步，實現(xiàn)處理的及時響應(yīng)。

三是控制安全設(shè)計。本系統(tǒng)的實現(xiàn)是在對一系列設(shè)備的控制基礎(chǔ)上完成的，因此在系統(tǒng)設(shè)計時，必須綜合考慮這些被控設(shè)備能夠達(dá)到的安全運(yùn)行條件，這些條件包括有被控設(shè)備的最大允許次數(shù)、被控設(shè)備的使用年限以及一些特殊的設(shè)備運(yùn)行注意事項等。

四是處理安全設(shè)計。此處的處理主要是指系統(tǒng)運(yùn)行過程中對接收到的異常事件處理時的安全，通常的異常事件一般通過閉鎖來處理，那么要求系統(tǒng)在運(yùn)行時對發(fā)生的異常事件能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確判斷并進(jìn)行閉鎖，這在一定程度上增加了系統(tǒng)自動化的水平，也減少了操作人員的手動干預(yù)。

本系統(tǒng)利用通信模塊，把無功補(bǔ)償裝置采集到的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)的處理，在終端上可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)的處理，完成相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制和實時監(jiān)測。

如圖5所示，本平臺主要由三大部分組成，數(shù)據(jù)處理和實時監(jiān)控部分、系統(tǒng)管理部分。數(shù)據(jù)處理部分則可以歷史數(shù)據(jù)查看、圖形查看和報表幾個部分。歷史數(shù)據(jù)查看部分可以很方便的查詢到具體的某一臺配電變壓器在具體的一天的整點(diǎn)的各相電流、電壓、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、負(fù)載率、不平衡度等數(shù)據(jù)，同時還可以統(tǒng)計在具體一天、某一月的各相電流、電壓、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、負(fù)載率、不平衡度的最大、最小值及出現(xiàn)時間以及總的有功電能和無功電能、平均功率因數(shù)。報表部分可以讓用戶有選擇的進(jìn)行打印，如果用戶需要某臺配電變壓器的某一天的運(yùn)行數(shù)據(jù)報表，可以選擇日報表進(jìn)行相應(yīng)的操作后就可以達(dá)到目的打印出來，以供存檔或是上報領(lǐng)導(dǎo)，同樣的道理可以打印出月報表和電能報表。

實時監(jiān)控功能部分的主要功能是能夠根據(jù)用戶的設(shè)定定時或由用戶控制的數(shù)據(jù)，在客戶端顯示各條饋線的電流、電壓、功率等各項參數(shù)。同時對各種設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控。

系統(tǒng)管理部分是管理系統(tǒng)的用戶、權(quán)限、基礎(chǔ)參數(shù)、日志、數(shù)據(jù)庫等，主要包括用戶與權(quán)限管理、日志管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置、接口管理等子功能模塊。

實時數(shù)據(jù)監(jiān)控

采集參數(shù)是前端采集設(shè)備無功補(bǔ)償裝置傳輸上來的實時采集數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)，由它們計算得到系統(tǒng)展示、分析所需要的各類指標(biāo)數(shù)據(jù)。

采集的數(shù)據(jù)包括配變的運(yùn)行數(shù)據(jù):三相電壓、電流、功率因數(shù)，有功功率、無功功率、配變負(fù)載率、配變損耗等數(shù)據(jù)。

配變電能量數(shù)據(jù):配變總有功、無功電量數(shù)據(jù)，峰值、平、谷、有功無功電量等數(shù)據(jù)。

配變電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)包括:三相電壓、電壓合格率、電流諧波畸變率、電流2--19次諧波含有率，電流不平衡度，供電可靠率。以及還包括電容器投切記錄，記錄數(shù)據(jù)包括電容器投切時間、投切前后電壓和無功的情況；每組電容器每日動作次數(shù)、總動作次數(shù)，每組電容器投運(yùn)時間、投運(yùn)率。用戶在系統(tǒng)軟件中，能進(jìn)行查詢、打印數(shù)據(jù)的采集情況。

數(shù)據(jù)分析：該功能主要作用是對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，同時處理是否有電壓、電流等的越限的事件告警。利用曲線分析法，提供配變歷史曲線分析功能，顯示配變?nèi)?、月?fù)荷，電量變化趨勢曲線，電能質(zhì)量變化趨勢曲線。計算、統(tǒng)計分析，分析統(tǒng)計出配變運(yùn)行數(shù)據(jù)的日、月、年最大值和最小值及出現(xiàn)時間。分析臺區(qū)線損，線路線損；統(tǒng)計配變電壓合格率和供電可靠率；統(tǒng)計配變功率因數(shù)合格率；分析統(tǒng)計無功補(bǔ)償裝置的投運(yùn)率、電容器投運(yùn)率；統(tǒng)計無功補(bǔ)償效益；統(tǒng)計并分析電容器是否失效。

事件告警:電壓、電流的越限告警，配變過載報警，配變?nèi)毕?、停電、三相不平衡、諧波畸變超標(biāo)等告警。

用戶可以在軟件系統(tǒng)中對分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，以便對監(jiān)測結(jié)果做出正確判斷，同時可以查看有事件發(fā)生了告警。

報表統(tǒng)計：根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊，對數(shù)據(jù)處理分析的結(jié)果形成各類綜合統(tǒng)計報表，分為設(shè)備臺帳報表、無功電壓運(yùn)行報表、電壓合格率統(tǒng)計報表、功率因數(shù)統(tǒng)計報表、綜合統(tǒng)計報表等5大類。能夠滿足電網(wǎng)無功補(bǔ)償監(jiān)測的需要，使無功補(bǔ)償監(jiān)測工作實現(xiàn)無筆自動辦公化。系統(tǒng)還可以對各種報表進(jìn)行匯總統(tǒng)計，用戶可以根據(jù)需要對這5類報表進(jìn)行查詢，導(dǎo)出報表(EXCEL格式、PDF格式等)。

運(yùn)行設(shè)備管理：運(yùn)行設(shè)備管理分為設(shè)備臺帳以及設(shè)備缺陷兩大部分，其主要目的是建立一套完善有效的有關(guān)無功補(bǔ)償管理部分的資料，提高管理效率，使專業(yè)管理人員做到對自己所管轄范圍內(nèi)的設(shè)備現(xiàn)狀了如指掌，有計劃、有目的、有步驟地更換和改造老舊設(shè)備，并能掌握各個廠家的產(chǎn)品運(yùn)行情況，為選擇設(shè)備型號和定貨提供可靠的運(yùn)行資料。

設(shè)備臺帳以及設(shè)備缺陷類型為:變電站有載調(diào)壓變壓器臺帳和缺陷記錄；有載調(diào)壓開關(guān)臺帳和缺陷記錄；變電站電容器臺帳和缺陷記錄；變電站電抗器臺帳和缺陷記錄；變電站自動調(diào)壓控制裝置臺帳和缺陷記錄10KV線路無功補(bǔ)償并聯(lián)電容器臺帳和缺陷記錄；380V低壓無功動態(tài)補(bǔ)償箱臺帳和缺陷記錄；用戶電容器臺帳和缺陷記錄；統(tǒng)計型電壓監(jiān)測儀臺帳和缺陷記錄。即每一種類型的設(shè)備臺帳和設(shè)備缺陷類型都可以查看臺賬統(tǒng)計表及缺陷記錄。

設(shè)備臺帳和設(shè)備缺陷模塊中還具有豐富的查詢功能，可通過設(shè)備類型、缺陷類型、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、投運(yùn)日期等條件或組合條件進(jìn)行統(tǒng)計和查詢，并能打印相關(guān)統(tǒng)計報表。

無功與電壓運(yùn)行管理：無功設(shè)備運(yùn)行管理模塊主要是對無功設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，數(shù)據(jù)來源于無功補(bǔ)償裝置傳回到監(jiān)控中心的后臺數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)，可按照不同設(shè)備的類型分別進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，主要記錄的數(shù)據(jù)有:主變有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)檔前(后)、電容器(電抗器)投(切)前(后)、功率因數(shù)、主變各側(cè)無功功率及母線電壓的運(yùn)行變化情況；統(tǒng)計每日及累計電容器(電抗器)投切次數(shù)、有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)檔次數(shù)；根據(jù)這些記錄，用戶可以監(jiān)測無功以及調(diào)壓設(shè)備是否按照要求進(jìn)行調(diào)壓，以便能夠及時準(zhǔn)確采取有效措施來提高系統(tǒng)電壓合格率和功率因數(shù)，同時也可使生產(chǎn)管理人員能夠及時發(fā)現(xiàn)無功設(shè)備及調(diào)壓運(yùn)行中存在的問題，以防止無功及調(diào)壓設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)而造成損壞和帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

電壓偏差監(jiān)測：電壓偏差監(jiān)測模塊主要功能是用于實時監(jiān)測電網(wǎng)的主要監(jiān)測點(diǎn)的電壓偏差情況。其數(shù)據(jù)主要來源無功補(bǔ)償監(jiān)測裝置，380V(220V)客戶端電壓數(shù)據(jù)來源于電壓監(jiān)測點(diǎn)的電壓監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在此功能模塊中，按照電壓管理的要求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的處理，對電網(wǎng)主要監(jiān)測點(diǎn)電壓偏差進(jìn)行實時監(jiān)測，主要功能如下:

統(tǒng)計功能:把各系統(tǒng)中監(jiān)測到的各電壓監(jiān)測點(diǎn)的電壓數(shù)值的瞬時值變?yōu)榻y(tǒng)計值，并按相應(yīng)要求進(jìn)行歸類匯總分析，統(tǒng)計每日(月、季、年)電壓允許偏差的合格率、偏上限率、偏下限率；以及各變電站的各種監(jiān)測點(diǎn)類型的電壓允許偏差合格率、各電壓等級的電壓允許偏差合格率、各變電站的各側(cè)母線電壓允許偏差合格率、各電壓監(jiān)測點(diǎn)的電壓允許偏差合格率。

監(jiān)測功能:主要功能是對電網(wǎng)主要電壓監(jiān)測點(diǎn)的電壓偏差情況進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)電網(wǎng)電壓偏差超過上限和超下限運(yùn)行時，給出告警信號，提醒運(yùn)行人員及時進(jìn)行調(diào)壓。

查詢功能:可以按監(jiān)測點(diǎn)類型進(jìn)行查詢；按變電站進(jìn)行查詢；按電壓等級進(jìn)行查詢；按時段進(jìn)行查詢；以及上述條件進(jìn)行組合查詢。

負(fù)荷管理與功率因素統(tǒng)計：電網(wǎng)負(fù)荷管理與電網(wǎng)功率因數(shù)統(tǒng)計模塊主要功能是用于實時監(jiān)測電網(wǎng)無功電力平衡情況。在此功能模塊中，根據(jù)無功電力管理的需求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成周期性的歷史記錄，為系統(tǒng)無功設(shè)備的合理布局、電網(wǎng)線損的理論計算、電網(wǎng)無功優(yōu)化計算積累原始數(shù)據(jù)。統(tǒng)計查詢內(nèi)容如下:

在每日(月、季、年)全網(wǎng)最大(小)有功負(fù)荷的情況下，電網(wǎng)各電壓等級的有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、功率因數(shù)；每日(月、季、年)各電壓等級的有(無)功峰、平、谷電量、總電量以及相應(yīng)的功率因數(shù)。

在每日(月、季、年)各電力客戶最大(小)有功負(fù)荷出現(xiàn)的情況下，無功負(fù)荷和功率因數(shù)；每日(月、季、年)各電力客戶的有(無)功峰、平、谷電量、總電量以及相應(yīng)的功率因數(shù)。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。