一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力系統(tǒng)配電網調控領域，尤其設及用于配電網降損、電壓優(yōu)化控制 的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法。
【背景技術】
[0002] 配電網無功補償是降低配電系統(tǒng)網損和提高電網電壓水平的一種有效而經濟的 手段，合理的無功補償不僅可為電力用戶提供質量優(yōu)良的電能，還對提高電網運行效率有 著積極作用。從電氣特性角度看，無功補償的目的就是實現無功功率的就地平衡。配電網 最優(yōu)無功補償問題從數學意義上講屬于非線性整數規(guī)劃范疇，具有極高的計算復雜度，如 何提高配電網最優(yōu)無功補償問題的求解效率W滿足工程應用需求一直W來都是電力工程 業(yè)界關注的難題。
[000引專利號為CN200810225549的中國專利；"一種適合于在線應用的無功優(yōu)化方法"， 公開了一種適用于自動電壓控制系統(tǒng)的無功優(yōu)化方法，該專利給出了基于原對偶內點法和 禁忌捜索方法的無功優(yōu)化問題的組合求解方法，但其存在計算條件較為苛刻，對電網數據 的精確性依賴性強，計算效果魯椿性差，而且對初值很敏感，易陷入局部最優(yōu)解等不足。專 利號為CN201010595336的中國專利；"一種電力系統(tǒng)中l(wèi)OkV配電網的無功補償優(yōu)化方法"， 給出了一種lOkV配電網的無功補償優(yōu)化方法，該專利W網損最小為目標，通過遺傳算法對 lOkV配電網的無功功率補償容量進行優(yōu)化，但其存在計算時間長、易陷入維數災等缺點，難 W滿足工程實際要求。專利號為CN102170137A的中國專利；"一種電力系統(tǒng)配電網的無功 優(yōu)化方法"，給出了一種用于求解電力系統(tǒng)配電網的無功優(yōu)化問題的差分進化算法和人工 蜂群算法混合優(yōu)化方法，該方法存在操作簡單、魯椿性高等優(yōu)點，但其存在計算時間長、易 陷入維數災等缺點，難W滿足工程實際要求。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功 補償方法，本方法在調度中屯、對配電網無功補償情況進行超前決策，為配電網電容器快速 最優(yōu)投切提供決策手段，且對配電網最優(yōu)無功補償配置提供指導，W對配電系統(tǒng)的智能化 發(fā)展提供技術支撐。
[0005] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] 一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，包括W下步驟：
[0007] (1)根據無功就地平衡的原則，W無功補償節(jié)點為分解點劃分子系統(tǒng)，并在子系統(tǒng) 內基于電網固有結構特性確定無功補償容量，W此確定系統(tǒng)運行的最優(yōu)補償；
[000引 （2)在有無功補償容量受限的情況下，采用啟發(fā)式的回推算法進行修正補償；
[0009] (3)計算潮流或根據當前的潮流量測，基于電網結構調整W順應系統(tǒng)源流特性，進 行簡化的W網損最小為目標的全網無功補償優(yōu)化，遍歷解空間確定最終的補償方案。
[0010] 所述步驟（1)中，建立子系統(tǒng)的方法為；從根節(jié)點開始按照深度優(yōu)先捜索方法給 節(jié)點編號；在編號的同時劃分子系統(tǒng)，具體為根節(jié)點開始標記為第一個子系統(tǒng)，自根節(jié)點開 始到捜索到下一個電容器節(jié)點前的路徑上的所有節(jié)點都屬于當前子系統(tǒng)，每遇到電容器節(jié) 點，子系統(tǒng)編號加1;在回溯捜索過程中的節(jié)點與其相連的已編號節(jié)點屬于同一子系統(tǒng)，形 成各子系統(tǒng)的節(jié)點阻抗矩陣。
[0011] 所述步驟（1)中，基于電網固有結構特性確定無功補償容量可表達為：
【主權項】
1. 一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特征是：包括以下步 驟： (1) 根據無功就地平衡的原則，以無功補償節(jié)點為分解點劃分子系統(tǒng)，并在子系統(tǒng)內基 于電網固有結構特性確定無功補償容量，以此確定系統(tǒng)運行的最優(yōu)補償； (2) 在有無功補償容量受限的情況下，采用啟發(fā)式的回推算法進行修正補償； (3) 計算潮流或根據當前的潮流量測，基于電網結構調整以順應系統(tǒng)源流特性，進行簡 化的以網損最小為目標的全網無功補償優(yōu)化，遍歷解空間確定最終的補償方案。
2. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（1)中，建立子系統(tǒng)的方法為：從根節(jié)點開始按照深度優(yōu)先搜索方法給節(jié)點 編號；在編號的同時劃分子系統(tǒng)，具體為根節(jié)點開始標記為第一個子系統(tǒng)，自根節(jié)點開始到 搜索到下一個電容器節(jié)點前的路徑上的所有節(jié)點都屬于當前子系統(tǒng)，每遇到電容器節(jié)點， 子系統(tǒng)編號加1 ;在回溯搜索過程中的節(jié)點與其相連的已編號節(jié)點屬于同一子系統(tǒng)，形成 各子系統(tǒng)的節(jié)點阻抗矩陣。
3. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（1)中，基于電網固有結構特性確定無功補償容量可表達為：
式⑴中，^(i，j)表示矩陣Fui中第i行第j列元素，對應第i個負荷節(jié)點和第j個 無功電源節(jié)點；NL和NG分別表示子系統(tǒng)負荷節(jié)點數和無功電源節(jié)點數；QJi)表示第i個 負荷節(jié)點；Qe (j)表示第j個無功電源節(jié)點。
4. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（1)中，Fui表示負荷與電源的互聯矩陣，該矩陣每行元素的絕對值視為各電 源與該負荷的相對電氣距離，其可表達為： ^u=-Y1-Xg (2) 式⑵中，Ya和Yui分別為負荷節(jié)點間的互聯導納矩陣和負荷-發(fā)電機節(jié)點間的互聯 導納矩陣，該矩陣可由區(qū)分電源節(jié)點和負荷節(jié)點后的節(jié)點導納方程予以表示：
式（3)中，八，、4、4和&分別為電源和負荷節(jié)點注入電流和節(jié)點電壓向量，Yee、 Υα、Yu=和Y α為區(qū)分電源節(jié)點和負荷節(jié)點后節(jié)點導納矩陣Y的各子陣。
5. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（2)中，當系統(tǒng)末端無功電源節(jié)點不足以滿足其自身以及下游節(jié)點負荷無 功需求而存在缺額、而其前一個補償節(jié)點無功容量充足時，則由其前一個補償節(jié)點增加補 償量以彌補缺額。
6. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（2)中，當非末端無功電源節(jié)點補償存在缺額時，而其相鄰的末端無功電源 節(jié)點無功容量充足時，則增加該相鄰的末端無功電源節(jié)點無功補償量，但其補償總量不應 超過該相鄰的末端無功電源節(jié)點下游負荷無功需求總量。
7. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（2)中，若當非末端無功電源節(jié)點補償存在缺額時，而其相鄰的末端無功電 源節(jié)點無功容量充足時，則增加該相鄰的末端無功電源節(jié)點無功補償量仍無法滿足無功需 求時，則把非末端無功電源節(jié)點不再視為無功補償源，而是看把該節(jié)點看成由其完全補償 以及其下游補償點確定后的等值無功負荷節(jié)點，這樣更改后修改矩陣F ui重新確定對應子 系統(tǒng)最優(yōu)無功決策量。
8. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所述步驟（3)中，基于電網結構調整以順應系統(tǒng)源流特性，進行簡化的以網損最小為 目標的全網無功補償優(yōu)化，其中電網結構調整是指電容器可視為并聯對地支路，電容器的 投切就對應著電網結構特性的變化，進而影響網損。
9. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其特 征是：所沭步驟（3)中，網損P,_表示為：
式（4)中，i e j表示節(jié)點i和節(jié)點j直接相連；gij為支路i-j的電導，該支路首末節(jié) 點分別為節(jié)點i、節(jié)點j ; P為節(jié)點電壓相量；以網損最小為目標就對應著最小化線路兩端 電壓相量差； 在輻射網中03對應根節(jié)點電壓，&可根據式（3)得到： VL =Zll-(Il-YiJa) (5 ) 由于負荷電流基本上不會受無功補償的影響，電容器的投切對應著電網結構的改變 就體現在Zu上；因此，以網損為目的的電容器的投切決策就對應著改變不同的映射矩陣Zu 將A 映射到對應的η-1維電壓復相量空間，使得1^ ss減小。
10. 如權利要求1所述的一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，其 特征是：所述步驟（3)中，具體實現流程如下： 1) 離線制定不同無功補償組合下的Za表； 2) 潮流計算或廣域量測計算各相關相量； 3) 查解空間內的Za表，由
計算各組合下的網損值，選擇最佳組合， 其中，i e j表示節(jié)點i和節(jié)點j直接相連；gij為支路i-j的電導，該支路首末節(jié)點分 別為節(jié)點i、節(jié)點j ; P為節(jié)點電壓相量；以網損最小為目標就對應著最小化線路兩端電壓 相量差。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電網固有結構特性的配電網最優(yōu)無功補償方法，包括以下步驟：根據無功就地平衡的原則，以無功補償節(jié)點為分解點劃分子系統(tǒng)，并在子系統(tǒng)內基于電網固有結構特性確定無功補償容量，以此確定系統(tǒng)運行的最優(yōu)補償；在有無功補償容量受限的情況下，根據系統(tǒng)的節(jié)點種類和是否缺額，采用啟發(fā)式的回推算法進行修正補償；計算潮流或根據當前的潮流量測，基于電網結構調整以順應系統(tǒng)源流特性，進行簡化的以網損最小為目標的全網無功補償優(yōu)化，遍歷解空間確定補償方案。本發(fā)明不僅可用于配電網電容器快速最優(yōu)投切決策，還對配電網最優(yōu)無功補償配置具有重要作用，為配電系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供技術支撐。
【IPC分類】H02J3-18
【公開號】CN104836240
【申請?zhí)枴緾N201510205913
【發(fā)明人】蔣哲, 孫東磊, 李文博, 楊冬, 韓學山, 趙巖, 張丹丹, 武乃虎, 邢魯華, 麻常輝, 李智, 李明
【申請人】國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月27日