一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)及方法，本發(fā)明在通過在配網(wǎng)側(cè)采取集中與分散無功補償相結(jié)合，依據(jù)全局控制策略確定各補償點的補償容量，合理調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功及節(jié)點電壓，使電網(wǎng)以最優(yōu)的運行方式運行，可以在短期內(nèi)以最小的投資顯著改善配電網(wǎng)區(qū)域用戶供電電壓質(zhì)量。本發(fā)明通過全局控制策略，確定分散無功補償?shù)淖顑?yōu)補償方案，對于降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高系統(tǒng)的電壓合格率、改善電能質(zhì)量具有重要意義，有利于建設(shè)堅強的節(jié)能型配電網(wǎng)。
【專利說明】一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種配電網(wǎng)電壓治理系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種配電網(wǎng)區(qū)域的電壓無功治理系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景
[0002]目前我國配電網(wǎng)具有如下基本特點:地理分布極為廣泛、供電半徑長度長短不一、負荷水平變化大、且峰谷負荷時段因地域不同而呈現(xiàn)多樣性、電壓合格率普遍偏低。初步調(diào)研顯示，配電網(wǎng)中電壓偏移的變化規(guī)律復(fù)雜，且負荷峰谷差別大，為提高末端負荷電壓合格率，首端電壓嚴(yán)重偏高；同時由于線路過長，其末端電壓往往嚴(yán)重偏低，380/220V低壓供電線路尤其如此。例如有報道表明某饋電線路首端的用戶側(cè)相電壓達到255V，電壓偏移達到+16% ;而其末端的相電壓最低只有146V，電壓偏移達到-34%。如此大的電壓偏移使得線路首末端用戶均無法正常運行。隨著我國對于電壓合格率以及用戶投訴率數(shù)據(jù)的集中管理與考核，有必要將提高供電電壓質(zhì)量作為一個緊迫性的任務(wù)來考慮。
[0003]本質(zhì)上將配電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量完全提高到合格水平，只能通過增大線徑、開斷長距離輸電線路、增加電源點、更換大容量配變等措施。但這些措施存在涉及范圍廣、項目落實周期長、資金投資過大等問題，難以在短期內(nèi)改善配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量。如果完全依賴于變電站1kV母線電壓的調(diào)壓來提高所有出線線路的電壓質(zhì)量，則由于各線路負荷波動幅度大、波動規(guī)律不一致，而變得難以協(xié)同調(diào)節(jié)，往往顧此失彼。目前配電網(wǎng)常利用無功補償裝置以提高配電網(wǎng)節(jié)點電壓的合格率，但多個無功補償裝置之間沒有相互協(xié)調(diào)的機制，使得電壓合格只針對某一個節(jié)點實現(xiàn)，對于全配電網(wǎng)而言不一定最佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種協(xié)調(diào)利用多個無功補償裝置的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)及方法。
[0005]本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)，通過對各個節(jié)點裝設(shè)無功補償裝置來對配電網(wǎng)進行電壓治理，其特征在于:還包括若干個節(jié)點電壓監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡(luò)和后臺服務(wù)器，所述的若干個節(jié)點電壓監(jiān)測終端分別安裝在區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)的各個節(jié)點處，所述的節(jié)點電壓監(jiān)測終端將測量得到的節(jié)點處實時電壓信號通過所述的通信網(wǎng)絡(luò)上傳至所述的后臺服務(wù)器；所述的后臺服務(wù)器以全局節(jié)點合格率最高和配電網(wǎng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，計算出各無功補償裝置的補償容量設(shè)定值，并傳送至各無功補償裝置；各無功補償裝置根據(jù)設(shè)定值動作后產(chǎn)生相應(yīng)的無功補償量，從而實現(xiàn)區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)節(jié)點電壓合格率最聞和網(wǎng)損最小的目標(biāo)。
[0006]本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是:一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟1:獲取區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型；
[0008]步驟2:獲取區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，建立起無功功率優(yōu)化模型；
[0009]步驟3:確定目標(biāo)函數(shù)，對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，生成優(yōu)化方案。
[0010]作為優(yōu)選，步驟I中所述的區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括線路阻抗參數(shù)、配電網(wǎng)拓撲信息、變壓器參數(shù)、接線方式、配電網(wǎng)接線方式和運行方式、配電網(wǎng)單線圖、地理接線圖和節(jié)點電壓。
[0011]作為優(yōu)選，步驟2中所述的區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、無功補償裝置的補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭。
[0012]作為優(yōu)選，步驟3中所述的確定目標(biāo)函數(shù)，所述的目標(biāo)函數(shù)有兩個:第一目標(biāo)函數(shù)為MAX(Fl (i))，其確定方法為把各個節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測到的電壓通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器判定各個節(jié)點電壓是否合格，計算出電壓合格率，其節(jié)點電壓合格率Fl(i)的最高值確定為第一目標(biāo)函數(shù)MAX(Fl(i));第二目標(biāo)函數(shù)為MIN(F2(i)))，其確定方法為通過潮流計算計算各種無功補償容量下的網(wǎng)絡(luò)損耗，網(wǎng)絡(luò)損耗F2(i)最小值確定為第二目標(biāo)函數(shù)MIN(F2⑴))。
[0013]作為優(yōu)選，步驟3中所述的對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，其具體實現(xiàn)過程為通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的線路阻抗參數(shù)、變壓器參數(shù)和接線方式、配電網(wǎng)的接線方式及運行方式、配電網(wǎng)的單線圖、地理接線圖、節(jié)點電壓信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型，通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和直流電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭的情況，建立起無功優(yōu)化的模型，然后對各個無功補償裝置容量進行初始化，輸入節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)，在無功補償裝置的配置情況、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭作為約束條件下，通過成熟的牛頓-拉夫遜法進行潮流計算，并輸出最優(yōu)解，生成優(yōu)化方案，通過通信網(wǎng)絡(luò)反饋到各個無功補償設(shè)備，按優(yōu)化方案確定各自的無功補償容量進行補償。
[0014]作為優(yōu)選，步驟3中所述的確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，是以補償效果最好，經(jīng)濟效益最好及配電網(wǎng)安全穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)確定。
[0015]本發(fā)明通過在區(qū)域配電網(wǎng)中安裝多個節(jié)點電壓監(jiān)測裝置，將各節(jié)點的實時電壓上傳至服務(wù)器，服務(wù)器依據(jù)全局控制策略確定各無功補償裝置的補償容量，從而以較小的投資顯著改善區(qū)域配電網(wǎng)用戶的供電電壓質(zhì)量。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:通過在配電網(wǎng)區(qū)域采取分散無功補償相互協(xié)調(diào)控制的方法，依據(jù)全局控制策略確定各補償點的補償容量，合理調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功及節(jié)點電壓，使配電網(wǎng)以最優(yōu)的運行方式運行，對于降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高系統(tǒng)的電壓合格率、改善電能質(zhì)量具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2:本發(fā)明實施例的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0019]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]請見圖1，是本發(fā)明應(yīng)用于典型配電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在圖1中，把所有與開關(guān)作用相同或相似的設(shè)備，如斷路器、分段開關(guān)甚至熔斷器都統(tǒng)稱為開關(guān)；包括線路、變壓器繞組、串聯(lián)電容器與串聯(lián)電抗器等稱為支路；把通過閉合開關(guān)連接在一起的稱為母線；不同支路的交叉點稱為節(jié)點?？赏ㄟ^對各個節(jié)點裝設(shè)無功補償設(shè)置來對配電網(wǎng)進行電壓治理。在圖1中，節(jié)點1、3、8和10裝設(shè)有無功補償設(shè)置，各節(jié)點的電壓信息由安裝于各節(jié)點的節(jié)點電壓監(jiān)測終端進行采集，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳至后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器計算出網(wǎng)損及沿線各點的電壓合格率，選擇出最佳的無功補償裝置投設(shè)狀態(tài)及補償容量等設(shè)定值，將這些設(shè)定值發(fā)送至各無功補償裝置，各無功補償裝置根據(jù)設(shè)定值動作后產(chǎn)生相應(yīng)的無功補償量，從而實現(xiàn)區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)節(jié)點電壓合格率最高和網(wǎng)損最小的目標(biāo)。
[0021]請見圖2，本發(fā)明實施例的方法流程圖，你發(fā)明一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，包括以下步驟:
[0022]步驟1:獲取區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型；其中區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括線路阻抗參數(shù)、配電網(wǎng)拓撲信息、變壓器參數(shù)、接線方式、配電網(wǎng)接線方式和運行方式、配電網(wǎng)單線圖、地理接線圖和節(jié)點電壓。
[0023]步驟2:獲取區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，建立起無功功率優(yōu)化模型；其中區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、無功補償裝置的補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭。
[0024]步驟3:確定目標(biāo)函數(shù)，對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，生成優(yōu)化方案。
[0025]步驟3中確定目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)有兩個:第一目標(biāo)函數(shù)為MAX(Fl (i))，其確定方法為把各個節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測到的電壓通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器判定各個節(jié)點電壓是否合格，計算出電壓合格率，其節(jié)點電壓合格率Fl (i)的最高值確定為第一目標(biāo)函數(shù)MAX(Fl(i));第二目標(biāo)函數(shù)為MIN(F2(i)))，其確定方法為通過潮流計算計算各種無功補償容量下的網(wǎng)絡(luò)損耗，網(wǎng)絡(luò)損耗F2(i)最小值確定為第二目標(biāo)函數(shù)MIN(F2(i)))。
[0026]步驟3中對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，其具體實現(xiàn)過程為通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的線路阻抗參數(shù)、變壓器參數(shù)和接線方式、配電網(wǎng)的接線方式及運行方式、配電網(wǎng)的單線圖、地理接線圖、節(jié)點電壓信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型，通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和直流電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭的情況，建立起無功優(yōu)化的模型，然后對各個無功補償裝置容量進行初始化，輸入節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)，在無功補償裝置的配置情況、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭作為約束條件下(即如果某無功補償裝置的最大補償容量為lOOKvar，則在優(yōu)化時，該無功補償裝置的補償容量不應(yīng)超過10Kvar)，通過成熟的牛頓-拉夫遜法進行潮流計算，并輸出最優(yōu)解，生成優(yōu)化方案，通過通信網(wǎng)絡(luò)反饋到各個無功補償設(shè)備，按優(yōu)化方案確定各自的無功補償容量進行補償。
[0027]步驟3中確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，是以補償效果最好，經(jīng)濟效益最好及配電網(wǎng)安全穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)確定。
[0028]本發(fā)明在通過在配網(wǎng)側(cè)采取集中與分散無功補償相結(jié)合，依據(jù)全局控制策略確定各補償點的補償容量，合理調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功及節(jié)點電壓，使電網(wǎng)以最優(yōu)的運行方式運行，可以在短期內(nèi)以最小的投資顯著改善配電網(wǎng)區(qū)域用戶供電電壓質(zhì)量。本發(fā)明通過全局控制策略，確定分散無功補償?shù)淖顑?yōu)補償方案，對于降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高系統(tǒng)的電壓合格率、改善電能質(zhì)量具有重要意義，有利于建設(shè)堅強的節(jié)能型配電網(wǎng)。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)，通過對各個節(jié)點裝設(shè)無功補償裝置來對配電網(wǎng)進行電壓治理，其特征在于:還包括若干個節(jié)點電壓監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡(luò)和后臺服務(wù)器，所述的若干個節(jié)點電壓監(jiān)測終端分別安裝在區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)的各個節(jié)點處，所述的節(jié)點電壓監(jiān)測終端將測量得到的節(jié)點處實時電壓信號通過所述的通信網(wǎng)絡(luò)上傳至所述的后臺服務(wù)器；所述的后臺服務(wù)器以全局節(jié)點合格率最高和配電網(wǎng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，計算出各無功補償裝置的補償容量設(shè)定值，并傳送至各無功補償裝置；各無功補償裝置根據(jù)設(shè)定值動作后產(chǎn)生相應(yīng)的無功補償量，從而實現(xiàn)區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)節(jié)點電壓合格率最高和網(wǎng)損最小的目標(biāo)。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理系統(tǒng)進行配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:獲取區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型； 步驟2:獲取區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，建立起無功功率優(yōu)化模型； 步驟3:確定目標(biāo)函數(shù)，對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，生成優(yōu)化方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于:步驟I中所述的區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括線路阻抗參數(shù)、配電網(wǎng)拓撲信息、變壓器參數(shù)、接線方式、配電網(wǎng)接線方式和運行方式、配電網(wǎng)單線圖、地理接線圖和節(jié)點電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于:步驟2中所述的區(qū)域配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、無功補償裝置的補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于:步驟3中所述的確定目標(biāo)函數(shù)，所述的目標(biāo)函數(shù)有兩個: 第一目標(biāo)函數(shù)為MAX (Fl (i))，其確定方法為把各個節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測到的電壓通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器判定各個節(jié)點電壓是否合格，計算出電壓合格率，其節(jié)點電壓合格率Fl (i)的最高值確定為第一目標(biāo)函數(shù)MAX (Fl(i)); 第二目標(biāo)函數(shù)為MIN (F2 (i)))，其確定方法為通過潮流計算計算各種無功補償容量下的網(wǎng)絡(luò)損耗，網(wǎng)絡(luò)損耗F2 (i)最小值確定為第二目標(biāo)函數(shù)MIN (F2 (i)))。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于:步驟3中所述的對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，其具體實現(xiàn)過程為通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的線路阻抗參數(shù)、變壓器參數(shù)和接線方式、配電網(wǎng)的接線方式及運行方式、配電網(wǎng)的單線圖、地理接線圖、節(jié)點電壓信息，建立起配電網(wǎng)的潮流計算模型，通過調(diào)研獲取所需治理的配電網(wǎng)的無功補償裝置的情況，包括無功補償裝置的種類、補償容量及分布情況、各種無功補償裝置的成本費用、節(jié)點電壓和直流電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭的情況，建立起無功優(yōu)化的模型，然后對各個無功補償裝置容量進行初始化，輸入節(jié)點電壓監(jiān)測終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)，在無功補償裝置的配置情況、節(jié)點電壓和支路電流的可承受范圍、有載變壓器分接頭作為約束條件下，通過成熟的牛頓-拉夫遜法進行潮流計算，并輸出最優(yōu)解，生成優(yōu)化方案，通過通信網(wǎng)絡(luò)反饋到各個無功補償設(shè)備，按優(yōu)化方案確定各自的無功補償容量進行補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電網(wǎng)區(qū)域電壓無功治理的方法，其特征在于:步驟3中所述的確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，是以補償效果最好，經(jīng)濟效益最好及配電網(wǎng)安全穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)確定。
【文檔編號】H02J13/00GK104078988SQ201410340286
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】黃銀龍, 樂健, 楊金濤, 毛濤, 杜旭 申請人:武漢大學(xué)