一種配電網(wǎng)無功補(bǔ)償規(guī)劃的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)供電優(yōu)化的技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說，是一種配電網(wǎng)無功補(bǔ) 償規(guī)劃的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)向電力用戶輸送有功功率的同時(shí)，也輸送無功功率。一方面，無功功率是影 響電壓質(zhì)量的主要因素。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電壓確定的情況下，且有功功率一定時(shí)，電壓損耗主 要與輸送無功功率的數(shù)值有關(guān)。另一方面，配電網(wǎng)的規(guī)模較大，幾乎所有的負(fù)荷和配電網(wǎng)元 件都需要消耗無功功率，由于我國配電網(wǎng)供電面積大，供電點(diǎn)多，雖然多年的電網(wǎng)改造使電 能質(zhì)量有了很大的提高，但局部地區(qū)仍然存在線路末端電壓低、功率損耗大的問題。傳統(tǒng)的 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或方案比較為基礎(chǔ)，比較粗略的無功補(bǔ)償規(guī)劃計(jì)算方法已很難滿足現(xiàn)代配電網(wǎng)對 電壓質(zhì)量的改善和降低線損的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種配電網(wǎng)無功補(bǔ)償規(guī)劃的方法，對于配電網(wǎng)， 無功規(guī)劃目標(biāo)包括：
[0004] 分層分區(qū)平衡：分層要求在滿足功率因數(shù)合理的情況下，在各電壓等級的無功電 源要與本層內(nèi)總體消耗的無功功率合理平衡，減少無功功率在不同電壓等級之間的流動(dòng)。 分區(qū)要求將不同區(qū)域之間的無功功率控制在合理的水平，避免無功電源的交叉?zhèn)鬏敽褪?用。
[0005] 無功不倒送：對中壓配電網(wǎng)應(yīng)該避免小負(fù)荷狀態(tài)下向高壓配電網(wǎng)反向輸送無功功 率，如果有必要，可以增加部分并聯(lián)電抗平衡部分過剩容性無功功率；低壓配電網(wǎng)的公有變 壓器應(yīng)能合理的調(diào)整無功出力，防止向中壓配電網(wǎng)倒送無功功率。
[0006] 功率因數(shù)合格：對配電網(wǎng)，要求其在補(bǔ)償裝置投入后主變高壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到規(guī) 定值。
[0007] 電壓偏差合格：在配電網(wǎng)的所有供電面積內(nèi)，使電壓幅值的允許偏差控制在規(guī)定 的范圍內(nèi)。
[0008] 理論線損值合格：加入無功補(bǔ)償設(shè)備后應(yīng)將整個(gè)中低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)損合理的降 低。
[0009] 在進(jìn)行無功規(guī)劃前，選擇目標(biāo)年的無功設(shè)備投資和系統(tǒng)有功網(wǎng)損的綜合費(fèi)用最省 作為目標(biāo)函數(shù)，即
[0011] 式中：B為修正后的有功電價(jià)；T_為全網(wǎng)的年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，Y為補(bǔ)償設(shè)備 的使用年限為正常狀態(tài)下系統(tǒng)總的有功損耗；r為待裝無功補(bǔ)償設(shè)備的數(shù)目W1為第 i個(gè)可能補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)補(bǔ)償設(shè)備的經(jīng)過修正的單位容量的價(jià)格：Qe為待安裝的電容器容量；SbS 基準(zhǔn)功率。
[0012] 功率約束條件為
[0015] 式中=P1, Q1為節(jié)點(diǎn)i的注入有功、無功；U pUj為節(jié)點(diǎn)i，j的電壓幅值；G ^Blj, δ U 分別為節(jié)點(diǎn)i，j之間的電導(dǎo)、電納和電壓相角差；H表示所有與節(jié)點(diǎn)i直接相連的節(jié)點(diǎn)集 合。
[0016] 控制變量約束條件為：
[0020] 式中，Ugl、Ug_、Ugnin分別為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓及其上、下限值，Q "、Q_x、〇。_分別為 容性無功補(bǔ)償容量及其上、下限值，Ttl、Tt_、1\_分別為可調(diào)變壓器分接頭位置及其上、下 限值；
[0021] 狀態(tài)變量約束方程為：
[0024] 式中：Qgl，Qg_，Qgnin分別為發(fā)電機(jī)無功出力及其上、下限值；U "，U_x，Uailin分別為 節(jié)點(diǎn)電壓幅值及其上、下限值。
[0025] 在無功規(guī)劃時(shí)，根據(jù)影響無功大小的負(fù)荷值以及電力網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對電網(wǎng)進(jìn)行典型區(qū) 域劃分，劃分的方法為：首先對所有變電站按照綜合負(fù)荷特性分類；然后再對每一類負(fù)荷 特性按照電纜構(gòu)成比例分類。根據(jù)綜合負(fù)荷特性將配電網(wǎng)分成C類，根據(jù)電纜構(gòu)成比例再 將其分成η類，整個(gè)配電網(wǎng)變電站數(shù)目為N :
[0026] 變電站低壓母線出口側(cè)無功配置的推廣至整個(gè)典型區(qū)域：
[0027] 整個(gè)j類負(fù)荷特性曲線的典型區(qū)域變電站無功配置CD]為
[0029] 式中，Su為i線路類型的j類負(fù)荷特性曲線的典型變電站低壓側(cè)無功配置，β u為 具有i線路類型的j類負(fù)荷特性曲線特征的典型區(qū)域變電站的個(gè)數(shù)占所有j類負(fù)荷特性曲 線的變電站總數(shù)的比例，α ,是所有j類負(fù)荷特性曲線特征的典型區(qū)域變電站的個(gè)數(shù)占整體 配電網(wǎng)變電站總數(shù)的比例。
[0030] 推廣至整個(gè)配電網(wǎng)；
[0031] 整個(gè)配電網(wǎng)的變壓器低壓母線出口側(cè)的無功配置Cd
[0032]
[0033] 在對線路進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，會(huì)引起線路的電壓值發(fā)生變化，從而可以改變線路的 線損值。
[0034] 投切電容器前后引起的線路的壓降的相對值；
[0036] 式中，k。為補(bǔ)償系數(shù)，
為線路阻抗比，ctgci)為負(fù)荷功率因數(shù)角的余切 值，Qe為投切的電容器的無功功率，QJ%無功負(fù)荷。
[0037] 由此可以得出，無功功率控制對線路壓降的影響效果與補(bǔ)償系數(shù)k。、負(fù)荷功率因 數(shù)角的余切ctgci)以及線路的阻抗比k RX密切相關(guān)。補(bǔ)償系數(shù)越大，線路壓降的相對值就 越大：線路的阻抗比越大，壓降的相對值越小；負(fù)荷功率因數(shù)低，降低電壓損耗的效果也明 顯。在負(fù)荷功率因數(shù)確定的情況下，通過改變可投切電容器的無功功率，達(dá)到降低線路電壓 損耗的目的，從而使電網(wǎng)電能質(zhì)量有所提尚。
[0038] 無功補(bǔ)償?shù)淖罴褵o功補(bǔ)償容量為：
[0039] Qc= β
[0040] 式中，β 為最佳補(bǔ)償率，P _為最大有功功率，tan Φ i為無功功率補(bǔ)償前用戶自 然功率因數(shù)角的正切值；
[0042] 式中，Kec為無功功率的經(jīng)濟(jì)值，K p為有功功率的經(jīng)濟(jì)值（可由用戶側(cè)測得）
[0043] 其中，無功功率的經(jīng)濟(jì)值為：
[0045] 式中，B為無功補(bǔ)償率，S為補(bǔ)償前最大視在功率，Sin(J)1S自然功率因數(shù)角的正 弦值，R為用戶到供電電源間的有效電阻，U為供電電壓。
[0046] 無功補(bǔ)償規(guī)劃的的年收益P為節(jié)省電量所得收益扣除折舊費(fèi)Z和維護(hù)費(fèi)W的盈 余，即：
[0047] P = ( Δ E-Eq) · β -Z-W
[0048] 式中，ΛΕ為降損電量；Etj為電容器的耗電量；β為電價(jià)。
[0049] 其中降損電量ΔΕ為：
[0050] Δ E = Δ Pnax · F · t
[0051] 式中，ΔΡ_為最大負(fù)荷降損功率；F為損失因子，為線損計(jì)算時(shí)段內(nèi)的平均功率 損失與最大負(fù)荷功率損失之比；t為電容器投運(yùn)時(shí)間。
[0052] 電容器的耗電量為：
[0053] Eq= Q c · T · σ
[0054] 式中，Qe為無功補(bǔ)償容量；T為電容器投運(yùn)時(shí)間；σ為無功補(bǔ)償設(shè)備損耗功率占補(bǔ) 償容量的比例。
[0055] 無功規(guī)劃的具體過程為：
[0056] 第一步：收集實(shí)際配電網(wǎng)數(shù)據(jù)。其中包括：配電網(wǎng)每條支路的阻抗、每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷 的歷史數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)電壓；
[0057] 第二步：分析無功負(fù)荷點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，求出網(wǎng)絡(luò)最大無功缺額和各節(jié)點(diǎn)最大綜合 負(fù)荷；
[0058] 第三步：建立以網(wǎng)損和無功設(shè)備投資最小化為目標(biāo)的無功配置優(yōu)化模型，用潮流 方程作為約束條件，且對狀態(tài)變量和控制變量做出限定；
[0059] 第四步：設(shè)各無功負(fù)荷點(diǎn)的最大綜合負(fù)荷作為初始補(bǔ)償容量，求出最佳補(bǔ)償點(diǎn)。
[0060] 第五步：將補(bǔ)償點(diǎn)最大綜合負(fù)荷相加，并求出各點(diǎn)的最大綜合負(fù)荷在其中所占比 例，將網(wǎng)絡(luò)最大無功缺額按此比例分給補(bǔ)償點(diǎn)，作為該點(diǎn)最高級補(bǔ)償容量，而各點(diǎn)最大綜合 負(fù)荷為次高級補(bǔ)償容量。
[0061] 第六步：根據(jù)所確定的補(bǔ)償點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)做出擬合負(fù)荷曲線，確定其他各級補(bǔ)償 容量。
[0062] 規(guī)劃完成后，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行無功補(bǔ)償，具體補(bǔ)償方式為：
[0063] (1)進(jìn)行最小方式的潮流計(jì)算，確定初始補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)k。
[0064] (2)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的無功補(bǔ)償值。
[0065] (3)選擇無功補(bǔ)償值最大的點(diǎn)為本次的補(bǔ)償點(diǎn)。
[0066] (4)進(jìn)行潮流計(jì)算，求出該補(bǔ)償點(diǎn)的無功值。
[0067] (5)把該點(diǎn)的計(jì)算無功作為該點(diǎn)的補(bǔ)償容量。
[0068] (6)無功補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)己達(dá)k，則轉(zhuǎn)第（7)