一種基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于配電網(wǎng)負(fù)荷 曲線的無功補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對配電網(wǎng)進行無功優(yōu)化是改善電能質(zhì)量、提高電壓合格率、降低線損、減少碳排放 和提高供電企業(yè)利潤的重要技術(shù)手段之一，國內(nèi)外對配電網(wǎng)的無功優(yōu)化做了大量的研究， 但這些研究往往只注重優(yōu)化方法本身，對于已裝有補償電容器的配電網(wǎng)，尚未能提出在實 際運行中靈活有效的控制策略。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中利用調(diào)度自動化系統(tǒng)提供的有限線路運行參數(shù)和補償電容器運行現(xiàn) 場的電壓和功率因數(shù)來自動控制電容器的投切，但這樣實現(xiàn)的動態(tài)補償無法確定電容器投 切次數(shù)，也無法考慮臺區(qū)范圍的無功控制。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中分時段無功研究對補償電容器采取實時自動控制的方法，難以顧及負(fù) 荷的全局變化，在實際運行中存在一系列問題。
[0005]目前無功電壓的控制策略主要是：根據(jù)電網(wǎng)的典型日負(fù)荷曲線，將日負(fù)荷劃分為 多個負(fù)荷時段，在不同時段采取不同的電壓無功整定值。顯然，這種策略是基于負(fù)荷的歷史 數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗，其優(yōu)化值只能隨時間按典型日負(fù)荷曲線要求發(fā)生改變。由于負(fù)荷的季節(jié) 性、地區(qū)性差別以及休假日和工作日的差異，勢必造成電壓無功控制的滯后效應(yīng)或盲目、頻 繁動作，甚至發(fā)生誤動作，影響系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。
[0006] 無功補償優(yōu)化是基于對長期歷史數(shù)據(jù)進行分析的基礎(chǔ)上建立的，系統(tǒng)通過對有功 負(fù)荷的峰谷曲線變化、無功設(shè)備的缺陷管理信息、無功負(fù)荷的分布情況、電壓的變化情況等 諸多方面的綜合分析，對配電網(wǎng)變壓器的無功補償設(shè)備進行規(guī)劃配置，對各配電變壓器的 配置容量、分組方式進行規(guī)劃。
[0007] 以往的配電變壓器無功補償方案基于配變臺區(qū)容量來制定，補償容量一般為配電 變壓器的20 %~30 %，如下表：
[0008] 表 1
[0009]
[0010]
[0011] 這種基于容量的無功補償方法能解決大多數(shù)無功不合格問題，但是與實際的用戶 負(fù)荷不相對應(yīng)。若配電變壓器正常運行時負(fù)載率偏低，容易引起補償容量偏大，大馬拉小車 的現(xiàn)象，若配電變壓器正常運行時負(fù)載率偏高，則容易出現(xiàn)補償容量偏小，欠補償?shù)默F(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償方 法，該方法基于臺區(qū)歷史負(fù)荷曲線情況來制定無功補償容量、配置、分組策略，能夠?qū)崿F(xiàn)分 析電網(wǎng)網(wǎng)損情況、分析網(wǎng)損敏感情況、實現(xiàn)降損節(jié)能目的、為供電公司提供綜合節(jié)能評估決 策等功能。
[0013] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0014] 一種基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟1，采集臺區(qū)設(shè)定時間內(nèi)的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)，所述電力負(fù)荷數(shù)據(jù)包括間隔設(shè)定時 間采集的電力負(fù)荷有功功率和無功功率數(shù)據(jù)；根據(jù)采集的數(shù)據(jù)分別得到電力負(fù)荷有功功率 曲線和無功功率曲線；
[0016] 步驟2,采用擬合曲線方法對步驟1中的電力負(fù)荷有功功率曲線和無功功率曲線 進行多項式函數(shù)擬合，分別得到電力負(fù)荷有功功率和電力負(fù)荷無功功率關(guān)于時間的函數(shù)；
[0017] 步驟3,根據(jù)擬合的電力負(fù)荷有功功率和電力負(fù)荷無功功率關(guān)于時間的函數(shù)，計算 功率因數(shù)函數(shù)表達式；
[0018] 步驟4,根據(jù)功率因數(shù)函數(shù)表達式，計算需要補償?shù)臒o功容量；
[0019] 步驟5,采用一階導(dǎo)數(shù)法求出無功補償容量的最大值；
[0020] 步驟6,根據(jù)配變?nèi)萘繉o功補償容量進行修正；
[0021] 步驟7,建立邊界篩選條件，確定最終的無功補償容量配置方案。
[0022] 所述步驟2中，選用MATLAB擬合曲線方法對電力負(fù)荷有功功率曲線和無功功率曲 線進行多項式函數(shù)擬合，具體方法為：
[0023] (1)將間隔設(shè)定時間統(tǒng)計出來的電力負(fù)荷有功功率數(shù)據(jù)、無功功率數(shù)據(jù)以及間隔 時間分別以數(shù)組的形式記錄：t=[tpt2,t3.? ?，tj，P=防，P2,P3.? ?，Pj，Q=[QpQ2， Q3...，Qn]，其中，t表示時間，P表示有功功率，Q表示無功功率；
[0024] (2)調(diào)用MATLAB中的相應(yīng)函數(shù)，繪制散點圖，散點圖表達式如下：plot(t， P，'o' )，plot(t，Q，'o')，式中，P、Q分別表示有功功率、無功功率，'〇'表示此處有 散點；
[0025] (3)建立直角坐標(biāo)系，以時間為橫坐標(biāo)，有功功率為縱坐標(biāo)，調(diào)用MATLAB中的相應(yīng) 函數(shù)，對有功功率進行n次多項式擬合，輸出結(jié)果為n次多項式系數(shù)，S卩：ap= [apl，ap2，…， ^p(n+l)-l ?
[0026] (4)以時間為橫坐標(biāo)，無功功率為縱坐標(biāo)，調(diào)用MATLAB中的相應(yīng)函數(shù)，對無功功率 進行n次多項式擬合，輸出結(jié)果為n次多項式系數(shù)，即：aq=[aql，aq2, . . .，aq(n+1)]。
[0027] 所述步驟2中，得到的電力負(fù)荷有功功率關(guān)于時間的函數(shù)具體為：
[0028] P=actp(t) =apltn+...apnt+ap(n+1);
[0029] 其中，actp(t)為有功功率P關(guān)于時間t的函數(shù)表達式。
[0030] 所述步驟2中，得到的電力負(fù)荷無功功率關(guān)于時間的函數(shù)具體為：
[0031] Q=actp(t) =aqltn+...aqnt+aq(n+1)〇
[0032] 所述步驟3中，功率因數(shù)函數(shù)表達式具體為：
[0033]
[0034] 其中，tancpl為補償前平均功率因數(shù)，P表示有功功率，Q表示無功功率。
[0035] 所述步驟4中，計算需要補償?shù)臒o功容量的方法具體為：
[0036]
[0037] 其中，Qcc為所需補償?shù)目偀o功功率；a為平均負(fù)荷系數(shù)；pmax為用戶最大有功功 率；ta卿1為補償前平均功率因數(shù)，tem(P2為目標(biāo)平均功率因數(shù)。
[0038] 所述步驟5中，采用一階導(dǎo)數(shù)法求出無功補償容量，在目標(biāo)功率因數(shù)tan:cp2-定， 且對應(yīng)時間為tq時，，所需無功補償容量最大，即：
[0039]
[0040] 所述步驟6中，根據(jù)配變?nèi)萘繉o功補償容量進行修正的方法為：
[0041] 常規(guī)補償容量為配變?nèi)萘康?0%，即Qcmax'=SX30%，式中S表示配變?nèi)萘?，選 取Qc=max(Qcmax，Qcmax'）作為最終補償容量需求，S卩選取計算得到的最大無功補償容 量Qcmax和常規(guī)補償容量Qcmax'中較大的一個作為最終補償容量需求。
[0042] 所述步驟7中建立的邊界篩選條件為：
[0043] F=min(Qi-Qc)；
[0044] 其中，F(xiàn)>0,F為計數(shù)變量，Qc為最終補償容量需求，Qi為電容器投切容量，一般有 Qi= (30、54、80、115、150)幾種投切容量方案。
[0045] 選取F最小值對應(yīng)的Qi作為無功補償容量配置方案。
[0046] 本發(fā)明的有益效果是：
[0047] 1.本發(fā)明方法可以實現(xiàn)配電網(wǎng)無功功率預(yù)優(yōu)化，在保證運行電壓合格率的同時使 系統(tǒng)的有功損耗最小，確保系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和安全性。
[0048] 2.本發(fā)明基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償方法，通過分析配電變壓器負(fù)荷變化情 況，能夠?qū)Ξ?dāng)前配電變壓器節(jié)能降損空間以及未來規(guī)劃年內(nèi)的負(fù)荷增長及配電容量、補償 容量需求進行合理有效的配置。
【附圖說明】
[0049] 圖1是基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償策略的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0050] 下面結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0051] 結(jié)合圖1，圖1是本發(fā)明提出的基于配電網(wǎng)負(fù)荷曲線的無功補償策略的流程示意 圖，具體步驟如下：
[0052] 步驟1，選取臺區(qū)一年的負(fù)荷曲線進行研究，這個負(fù)荷曲線是基于每天每隔一小時 進行有功功率、無功功率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，以時間為橫坐標(biāo)，有功功率、無功功率為縱坐標(biāo)，由 若干個散點繪制而成的平滑曲線。
[0053] 步驟2,運用MATLAB擬合曲線方法將年負(fù)荷的有功、無功曲線進行多項式函數(shù)擬 合，調(diào)用公式a=polyfit(xdata，ydata，n)，其中n表示多項式的最高階數(shù)，xdata，ydata為將要擬合的數(shù)據(jù)，即曲線上各個點的橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)，輸出參數(shù)a為n階多項式中自變量 前面的系數(shù)，它是一個數(shù)組形式，例如：擬合多項式y(tǒng)=alXn+a2xn ，輸出結(jié)果為： a= [a"a2，? ? ?，an，an+1];n默認(rèn)為 5。
[0054] 所述擬合的具體步驟如下：
[0055] (1)將每天每隔一小時統(tǒng)計出來的有功、無功值結(jié)合時間建立平面直角坐標(biāo)系，具 體為：令統(tǒng)計年度的第一天的凌晨一點記做t= 1，凌晨兩點記做t= 2,......以此類