專利名稱：無功功率優(yōu)化的制作方法
無功功率優(yōu)化本申請要求2008年11月5日提交的申請序號61/111，591的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容被整體地結(jié)合到本文中。
背景技術(shù)：
在配電系統(tǒng)中，當(dāng)電流流過系統(tǒng)中的導(dǎo)體時發(fā)生損耗?？梢愿鶕?jù)1 來計算通過導(dǎo)體的此能量損耗，其中I是通過導(dǎo)體的電流，該導(dǎo)體的電阻是R。凈需求或電流流動取決于饋電線(feeder)上的電壓分布。無功補償能夠減少不必要的電流流動并因此減少損耗。 電壓調(diào)節(jié)影響?zhàn)侂娋€的有效負(fù)載以及能量損耗。在配電系統(tǒng)中采用電壓和無功(Var)優(yōu)化(VVO)系統(tǒng)來對配電系統(tǒng)上的電壓和電流的分配進行優(yōu)化。VVO系統(tǒng)致力于通過控制調(diào)壓變壓器(電壓)的抽頭變換器設(shè)置來使能量遞送效率最大化并通過采用在線系統(tǒng)模型和需求預(yù)測來使無功功率源(電容器組) (無功)最大化。參考圖1，示出了配電網(wǎng)絡(luò)。如可以看到的，變電站通過變電站變壓器、饋電線和支線向多個負(fù)載提供功率。分布在配電網(wǎng)絡(luò)中的各種點處的是可以被固定或被投切 (switching)的電容器組C，和可以被本地或遠(yuǎn)程地控制以改變抽頭設(shè)置的調(diào)壓器。經(jīng)由傳感器和通信基礎(chǔ)設(shè)施來監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的連接和諸如變壓器、負(fù)載、電容器、調(diào)壓器的各種設(shè)備的狀態(tài)。被監(jiān)視數(shù)據(jù)可以包括各種點或?qū)w處或通過各種點或?qū)w的電壓、電流和/或功率。 此信息被傳送到配電管理系統(tǒng)(DMS)或變電站自動化系統(tǒng)(SAS)。在接收到已更新狀態(tài)信息時，更新DMS內(nèi)的系統(tǒng)模型(潮流(load flow)模型)?；赟CADA數(shù)據(jù)、客戶帳單數(shù)據(jù)和/或從先進計量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)收集的數(shù)據(jù)來執(zhí)行負(fù)載預(yù)測。VVO然后基于負(fù)載預(yù)測、系統(tǒng)模型和可用控制信息來確定用于調(diào)壓器和有載抽頭變換器(OLTC)變壓器的最佳抽頭設(shè)置以及諸如投切的并聯(lián)電容器或電抗器的無功源。然后向其中執(zhí)行控制動作的配電網(wǎng)中的各種元件傳送回控制命令，將系統(tǒng)帶入更高效的操作狀態(tài)。VVO是分析來自現(xiàn)場的輸入數(shù)據(jù)并生成將被傳送到現(xiàn)場中的控制器的控制信號的決策過程。無功優(yōu)化(VARO)是處理電容器投切優(yōu)化問題的VVO系統(tǒng)的子系統(tǒng)。VARO是可以獨立地或與調(diào)壓優(yōu)化(VRO)系統(tǒng)相結(jié)合地工作以提供整體VVO解決方案的獨立過程。本公開是針對用于VAR優(yōu)化的設(shè)計。借助于電容器組投切來優(yōu)化配電系統(tǒng)上的能量遞送效率的概念追溯到幾十年前， 并且行業(yè)和研究團體中的許多人已經(jīng)嘗試開發(fā)有效的解決方法和過程。到目前為止提出的大多數(shù)解決方案適用于小的、非常簡化的學(xué)術(shù)模型，而不適合于在真實世界配電網(wǎng)絡(luò)中常見的大規(guī)模、網(wǎng)狀、多源、多相不平衡配電系統(tǒng)。常規(guī)方法中的不足是由于(1)通過假設(shè)徑向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、平衡構(gòu)造和操作，或忽視變壓器連接(例如，星角接法)的影響，模型過于簡化而不能表示真實系統(tǒng)，(2)計算效率如此低，以至于不能針對用于大型系統(tǒng)的在線或離線應(yīng)用進行縮放，或者C3)方法一般是不夠的，并且具有有限的優(yōu)化能力。因此在本領(lǐng)域中需要一種可適用于大規(guī)模、網(wǎng)狀、多源、多相不平衡配電系統(tǒng)的優(yōu)化解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于確定配電網(wǎng)絡(luò)中的最佳電容器組投切的計算機程序產(chǎn)品。該產(chǎn)品包括具有嵌入其中的計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)包括接收網(wǎng)絡(luò)模型并在該網(wǎng)絡(luò)模型中構(gòu)建一組控制Se和一組導(dǎo)體Sb的程序指令； 對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)情況的不平衡潮流求解的程序指令；確定用于基準(zhǔn)情況中的每個導(dǎo)體Sb 的初始電流值/,rf(0),/；(0)的程序指令；將潮流模型初始化成初始情況，并且用于Se中的每個控制的程序指令；擾動用于Se中的每個控制的電容器狀態(tài)并用被擾動的電容器狀態(tài)來確定用于模型的新潮流的程序指令；使用新潮流來計算用于Sb中的每個導(dǎo)體的新電流/,"，/,并根據(jù)Δ/f = Il -/,(O)A/, = η -7/(0)來確定電流靈敏度向量Sd、Stl的程序指令；使用初始潮流解和電流靈敏度向量sd、Sq來構(gòu)造MIQCQP的程序指令；對所述MIQCQP求解以輸出用于Se 的最佳控制設(shè)置的程序指令；以及輸出所述最佳控制設(shè)置的程序指令。


圖1是采用DMS系統(tǒng)的配電系統(tǒng)的部分示意圖。圖2是示出無功調(diào)節(jié)優(yōu)化過程概觀的流程圖。圖3是示出VARO過程的靈敏度分析步驟的詳圖的流程圖。圖4是示出VARO過程的解性能評估步驟的詳圖的流程圖。
具體實施例方式VARO的目的是在假定的負(fù)載預(yù)測條件下找到用于可投切的電容器/電抗器組的最佳整數(shù)解，從而使配電線路上的能量損耗最小化。在以下公開中，假設(shè)調(diào)壓控制(即，調(diào)壓變壓器的可調(diào)抽頭)是固定的，因為其通過單獨的調(diào)壓優(yōu)化子系統(tǒng)而被優(yōu)化。狀態(tài)變量在極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)中在系統(tǒng)的每個節(jié)點處是相特定(相A、B或C)電壓。用X來指定狀態(tài)變量向量。用于VARO的控制變量是每個電容器/電抗器組的聯(lián)動(全部的三個相一致地操作)或非聯(lián)動(每個相具有其自己的控制)控制。用u來指定控制變量向量。VARO的目的是使作為配電線路上的真實能量損耗的目標(biāo)函數(shù)最小化。能量損耗是狀態(tài)變量的函數(shù)，狀態(tài)變量又通過功率流等式取決于控制變量。以直角坐標(biāo)形式將能量損耗函數(shù)表示為/“,“)= Σ《W+W)2)
ieSh其中，Sb是具有多相表示的配電線路中的所有導(dǎo)體的組，其包括 存在的每個相(線路或變壓器)中的導(dǎo)體 中性導(dǎo)體 接地回線和接地導(dǎo)體i是Sb中的導(dǎo)體的索引；A是Sb中的第i個導(dǎo)體的電阻；//是通過第i個導(dǎo)體的復(fù)數(shù)電流的實部
“是通過第i個導(dǎo)體的復(fù)數(shù)電流的虛部如果可適用的話，存在用于流過電纜、架空線路、變壓器、接地回線和接地電阻中的每個導(dǎo)體的電流的電流約束。流過導(dǎo)體的電流必須在用戶規(guī)定的最大值內(nèi)。每個電流約束是二次形式(/,")2+(/；)2 <(/^)2對用于每個獨立控制的控制變量的約束包括極限和整性約束?？刂平獗仨毷钦麛?shù)，因為在分?jǐn)?shù)組中不能對電容器組進行投切。ulb ^ u ^ Uubu e η可以在不影響求解過程的設(shè)計的情況下將諸如從抽頭的當(dāng)前位置的可容許變化的類似于上述那些的其它約束容易地結(jié)合到問題中?，F(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的概觀。在102處，從配電管理系統(tǒng)或變電站自動化系統(tǒng)接收系統(tǒng)模型(潮流模型的不平衡多相表示)，并進行掃描/檢驗以識別所有獨立的無功控制(聯(lián)動或非聯(lián)動)，收集關(guān)于控制范圍、組大小、連接信息的信息。掃描產(chǎn)生所有獨立的無功控制的組Se。例如，如果正在進行優(yōu)化的系統(tǒng)具有兩個電容器組，一個具有帶聯(lián)動控制的三個相(A、B和C)且另一個具有帶非聯(lián)動控制的兩個相(A、C)，則控制組將具有三個控制變量，其中，一個控制變量是三相聯(lián)動控制，另一個控制變量用于第二電容器組的相A，并且一個或多個控制變量用于第二電容器組的相C。在104處，還掃描系統(tǒng)模型(潮流模型的不平衡多相表示)以識別電流流過其且可能發(fā)生電阻損耗的所有導(dǎo)體。導(dǎo)體包括電纜的每個相、架空線路、變壓器、中性線、接地電阻和接地回線中的導(dǎo)體。收集關(guān)于導(dǎo)體電阻α和電流極限/,max的信息。用Sb來表示導(dǎo)體組。例如，如果正在優(yōu)化的系統(tǒng)具有每個具有存在的全部三個相的三個線路區(qū)段，則導(dǎo)體組將具有總共九個導(dǎo)體。在106處，執(zhí)行電流靈敏度分析。參考圖3，示出了電流靈敏度分析的更詳細(xì)的視圖。在108處，針對基準(zhǔn)情況對不平衡潮流求解，其中，電容器組被保留在其初始設(shè)置u(0) (開或關(guān))。在110處，計算用于Sb中的每個導(dǎo)體的初始電流值/f (0),/,(0),其通常不是默認(rèn)地由潮流程序計算的。在112處，對控制組的元件進行迭代。對于Se中的每個控制而言，在114處，將潮流模型初始化(恢復(fù))成基準(zhǔn)情況。在 116處，用單位組擾動(將一個組開啟或關(guān)閉)來更新潮流模型。如果電容器組的初始狀態(tài)是關(guān)閉，則該擾動將使其開啟，否則，擾動將使其關(guān)閉。在118處，針對被擾動情況對潮流再求解。在120處，針對導(dǎo)體組中的每個元件計算導(dǎo)體電流廣，廠。在122處，根據(jù)下式來計算基準(zhǔn)情況與擾動情況之間的用于導(dǎo)體組中的每個元件的電流的變化Alf = If - If (0),其為響應(yīng)于當(dāng)由擾動大小歸一化時的無功控制的導(dǎo)體電流的靈敏度。在對結(jié)果沒有顯著影響的情況下，還可以使用分?jǐn)?shù)擾動(在模擬中，僅將組的一部分開啟或關(guān)閉)。用 SW來表示導(dǎo)體電流對無功的單位組投切的靈敏度值，其將在用于構(gòu)建優(yōu)化問題的主過程中使用。再次參考圖2，根據(jù)電流靈敏度分析的輸出和初始潮流解，可以在IM處構(gòu)造混合整數(shù)二次約束二次優(yōu)化問題(MIQCQP)。控制變量被限制為整數(shù)解，并且下面舉例說明
權(quán)利要求
1.一種用于確定配電網(wǎng)絡(luò)中的最佳電容器組投切的計算機程序產(chǎn)品，包括具有嵌入其中的計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)包括接收網(wǎng)絡(luò)模型并在該網(wǎng)絡(luò)模型中構(gòu)建一組控制Se和一組導(dǎo)體Sb的程序指令； 對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)情況的不平衡潮流求解的程序指令； 確定用于基準(zhǔn)情況中的每個導(dǎo)體Sb的初始電流值/,"(0),/,(0)的程序指令； 將潮流模型初始化成初始情況，并且用于Se中的每個控制的程序指令； 擾動用于Se中的每個控制的電容器狀態(tài)并用被擾動的電容器狀態(tài)來確定用于模型的新潮流的程序指令；使用新潮流來計算用于Sb中的每個導(dǎo)體的新電流/,，/,并根據(jù)Δ//=/,"-/,(())， Δ// 二 η -//(ο)來確定電流靈敏度向量sd、S'的程序指令；使用初始潮流解和電流靈敏度向量sd、Sq來構(gòu)造MIQCQP的程序指令； 對所述MIQCQP求解以輸出用于Sc的最佳控制設(shè)置的程序指令；以及輸出所述最佳控制設(shè)置的程序指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，根據(jù)下式來計算所述
3.一種用于確定配電網(wǎng)絡(luò)中的最佳電容器組投切的方法，該方法包括 接收網(wǎng)絡(luò)模型并在該網(wǎng)絡(luò)模型中構(gòu)建一組控制Se和一組導(dǎo)體Sb ； 對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)情況的不平衡潮流求解；確定用于基準(zhǔn)情況中的每個導(dǎo)體Sb的初始電流值//(0),/,(0)； 將潮流模型初始化成初始情況，并且用于Se中的每個控制；擾動用于Se中的每個控制的電容器狀態(tài)并用被擾動的電容器狀態(tài)來確定用于模型的新潮流；使用新潮流來計算用于Sb中的每個導(dǎo)體的新電流/、//并根據(jù)//(0)， Δ/, = /； - //(O)來確定電流靈敏度向量Sd、S。；使用初始潮流解和電流靈敏度向量sd、Sq來構(gòu)造MIQCQP ； 對所述MIQCQP求解以輸出用于Se的最佳控制設(shè)置；以及輸出所述最佳控制設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，根據(jù)下式來計算所述MIQCQP
全文摘要
無功優(yōu)化(VARO)是處理電容器投切優(yōu)化問題的電壓和無功優(yōu)化(VVO)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。VARO是可以獨立地或與調(diào)壓優(yōu)化(VRO)系統(tǒng)相結(jié)合地工作以提供整體VVO解決方案的獨立過程。VARO系統(tǒng)獲取網(wǎng)絡(luò)輸入并計算用于配電網(wǎng)絡(luò)電容器組的最佳設(shè)置。
文檔編號H02J3/18GK102204057SQ200980144141
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者M·G·維克拉馬塞卡拉, W·佩特森, 馮曉鳴 申請人:Abb研究有限公司