CN102684208B - 配电网广域无功优化运行方法 - Google Patents

配电网广域无功优化运行方法 Download PDF

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Abstract

一种配电网广域无功优化运行方法,属于电力***配电网的无功补偿技术领域。本发明利用计算机,通过程序,先输入配电网及其各无功补偿装置的基础数据,再计算各无功补偿装置的补偿范围及其优先级别,然后根据各无功补偿装置的补偿范围及配电网的根节点和各补偿点的实时量测信息,计算各无功补偿装置的投切容量,并控制各电容器组进行投切。本发明具有充分考虑配电网整体的电压无功运行状况,极大提高补偿设备的利用率,并能降低配电网的功率损耗和电压损耗,提高配电网的电压质量,保证用电设备在额定工况下运行,有显著的社会和经济效益等特点。本发明可广泛应用于电力***配电网的电压无功优化运行与控制。

Description

配电网广域无功优化运行方法
技术领域
本发明属于电力***配电网的无功补偿技术领域,具体涉及电力***配电网无功补偿的优化运行方法。
背景技术
配电网是直接关联电力***与用户的重要纽带,覆盖面积大,设备数量多,是电力***的重要组成部分。提高配电网的电压质量、降低配电网的运行损耗,对于提高供电质量、保证电力***的优质经济运行具有重要意义。无功补偿是提高配电网电压质量、降低配电网运行损耗的有效措施之一。
输电网的无功优化运行通常基于电力***潮流方程,采用优化方法计算最佳无功补偿容量。该方法需要完备的电力***潮流信息,目前,我国配电网的自动化程度不高,难以获取配电网的实时状态信息,因此该方法并不适用于配电网的无功优化运行。
现行配电网的无功补偿是根据2008年发布的Q/GDW“国家电网公司企业标准”的“国家电网公司电力***无功补偿配置技术原则”中第8条的规定:配电网的无功补偿以配电网变压器低压侧集中补偿为主;配电变压器的电容器组装设以电压为约束条件,根据无功功率(无功电流)进行分组自动投切的控制装置。现行配电网无功补偿装置的投切方法是在各无功补偿装置装设点(即配电变压器低压侧),按无功就地平衡的原则,根据配电变压器无功负荷的平衡情况,以满足无功补偿装置装设点的电压要求为条件,自动控制补偿电容器组的投切容量。现行配电网无功补偿装置投切方法的主要缺点是:只能根据各配电变压器的无功负荷平衡情况自动投切补偿电容器的补偿容量,只实现了各配电变压器及以下电网局部区域的无功平衡,不能从配电网无功负荷的整体情况来控制无功补偿容量的投切。由于配电网中各配电变压器负荷(包括无功负荷)的变化规律并不相同,现行配电网无功补偿装置投切方法对补偿电容器的利用不充分,难以保证配电网整体的无功平衡,从而影响配电网的优质经济运行。
发明内容
本发明的目的是针对现行的配电网无功补偿控制方法的不足,提供一种配电网广域无功优化运行方法,以无功补偿装置装设点的电压为约束条件,充分考虑整个配电网的电压和无功运行状况,自动计算各无功补偿装置的投切容量并控制各无功补偿装置的投切,能够有效提高补偿设备的利用率高和配电网电压质量,降低配电网运行损耗。
实现本发明目的之技术方案是:一种配电网广域无功优化方法,利用计算机,通过程序,首先输入配电网及其各无功补偿装置的基础数据;再计算各无功补偿装置的补偿范围及其优先级别;然后根据各无功补偿装置的补偿范围以及配电网的根节点和各补偿点的实时量测信息,计算各无功补偿装置的投切容量,兼控制各电容器组进行正确的投切。所述方法的具体步骤如下:
(1)输入基础数据
首先输入配电网的基础数据、各无功补偿装置的基础数据、各无功补偿装置的历史投切数据以及配电网根节点和各无功补偿点量测数据。其中,配电网的基础数据包括各节点的基础数据,即节点编号、节点所在电压等级、节点电压上限、节点下限线路;各线路的基础数据,即线路首末节点编号、电阻(R l )、电抗(X l )、电纳(B l )、额定电压(U Bl );各配电变压器的基础数据,即配电变压器所带负荷编号、两侧所在节点编号、电阻R T )、电抗X T )、电导(G m )、电纳(B m )、变比(k T )、额定容量(S NT )、高压侧额定电压(U Bl1 )、低压侧额定电压U Bl2 )。各无功补偿装置的基础数据包括补偿电容器组所在节点号、单组补偿容量(Q ref )、组数(n)、总补偿容量(Q c )、最大补偿容量(Q max )、最小补偿容量(Q min )。各无功补偿装置的历史投切数据包括前一时刻各无功补偿装置电容器投切前后的容量数据以及配电网根节点和各无功补偿点的电压数据,配电网根节点和各无功补偿点的量测数据包括当前时刻的实测电压(U)、有功功率(P)、无功功率(Q)。
计算各无功电源的控制优先级别及控制范围
第(1)完成后,根据配电网各节点的连接关系,利用广度优先搜索算法确定各无功电源(包括,配电网根节点和各无功补偿装置)的控制优先级别,过程如下:
对配电网中的根节点和无功补偿装置,从根节点开始,并将根节点标为0级,与第0级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第1级,与第1级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第2级,如此下去,利用广度优先搜索无功补偿装置所在节点,直到所有无功补偿装置都被搜索到,并将最后一个无功补偿装置标为第m级。m级是无功电源的最高控制优先级,0级表示配电网根节点。
k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的等值损耗:
Figure 329503DEST_PATH_IMAGE001
                                                                                    (1)
 式中:L ki 为第k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的网络等值损耗;S k 为第第k个负荷所在配电变压器的容量;R k-i 为连接第k个负荷所在节点与无功电源点i的所有支路(包括线路和变压器支路)电阻之和。
将第k个负荷接入等值损耗最小的无功电源点,则第k个负荷所在配变将属于该无功电源点的控制范围。计算所有负荷与无功电源对应的等值损耗,直到所有负荷都接入相应的无功电源点。
 (3)计算各无功补偿装置的投切容量比
第(2)步完成后,计算除配电网根节点外各无功电源,即各无功补偿装置的投切容量比。
j个无功补偿装置的投切容量比
Figure 827481DEST_PATH_IMAGE002
                                                                              (2)
式中:α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;T为整个配电网中配变的集合;S t 为第t个配变的容量;T j 为第j个无功补偿装置控制范围内配变的集合;S tj 为第t j 个配变的容量。
根据第(2)步的计算结果,结合各无功补偿装置控制范围计算各补偿装置的投切容量比。
计算电压无功灵敏度矩阵
第(3)完成后,计算电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵。
首先确定电压监测点为配电网根节点和无功补偿装置所在节点。
然后确定电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵S UQ
Figure 661445DEST_PATH_IMAGE003
                                   (3)
式中:S UQ 为一个(m+1)×m维的矩阵;dU i /dQ Cj 为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度。
然后计算S UQ 中各元素的值,计算公式为:
 
Figure 172935DEST_PATH_IMAGE004
                                                                (4)
式中:dU i /dQ Cj 为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度;   ΔQ Cj 是补偿节点j补偿容量的变化量;ΔU i 是补偿容量变化后电压监测点i电压的变化量(该灵敏度由电压监测点的电压历史数据和各补偿装置的历史投切数据计算,具体是由电容器投切前后两个时刻电压监测点的电压幅值变化和电容器容量变化求得)。
求得到S UQ 中各元素的值之后,按照公式(3)形成S UQ
计算各无功补偿装置的投切容量
第(4)完成后,首先计算配电网无功总负荷Q L ,计算公式为:
Figure 55440DEST_PATH_IMAGE005
                                                        (5)
式中,Q L 为配电网无功总负荷;Q 1是当前时刻配电网根节点无功功率量测值;
Figure 470241DEST_PATH_IMAGE006
是第j个无功补偿装置上一时刻电容器补偿容量,写成向量形式则为
Figure 412789DEST_PATH_IMAGE007
 再根据各低压无功补偿装置的投切容量比,计算各无功补偿装置控制范围内的无功需求,第j个无功补偿装置控制范围内无功需求的计算公式为:
Figure 913041DEST_PATH_IMAGE008
                                                               (6)
式中,Q′ Cj-Need 为第j个无功补偿装置控制范围内无功需求;α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;Q L 为配电网无功总负荷。
当第j个无功补偿装置的补偿容量有剩余,而该无功补偿装置附近的无功补偿装置补偿容量不足时,将剩余补偿容量优先补偿控制优先等级比自己高的无功补偿装置的控制范围内的无功需求,然后补偿控制优先等级比自己低的无功补偿装置的控制范围内的无功需求。
重新计算无功补偿装置的无功需求,计算公式为:
 
Figure 333658DEST_PATH_IMAGE009
                                                     (7)
Figure 868545DEST_PATH_IMAGE010
Figure 981994DEST_PATH_IMAGE011
                    (8)
式中,Q Cj-Need 为重新计算后的第j个无功补偿装置控制范围内无功需求;α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;Q L 为配电网无功总负荷;ΔQ j-Need 为第j个无功补偿装置支援附近无功补偿装置的无功容量。
然后考虑约束条件,计算各无功补偿装置的投切容量。以各无功补偿装置电容器实际投切容量与其控制范围内的负荷无功需求的差值之和最小为目标函数,以电压监测节点电压上下限、无功补偿节点补偿量限制、无功补偿节点变压器容量限制为约束条件,可以将配电网广域无功优化模型用公式表示如下:
目标函数:
Figure 471006DEST_PATH_IMAGE012
    j=1,2,…,m                         (9)
约束条件:
电压合格约束:
Figure 695314DEST_PATH_IMAGE013
                                          (10)
无功补偿装置出力约束:                                (11)
无功补偿点配变变容量约束:
Figure 165796DEST_PATH_IMAGE015
                         (12)
式中:Q Cj 表示第j个无功补偿节点的电容器无功补偿容量,当补偿装置采用电容器组作为无功电源时,Q Cj 为离散量,写成向量形式为
Figure 578323DEST_PATH_IMAGE016
Q Cj-Need 为第j个无功补偿装置的无功需求;U为各电压监测点的电压向量,U=[U 0, U 1,…,U i,…,U m ]TU max U min 分别表示电压监测点的电压幅值上下限向量;Q max 、Q min 分别表示各无功补偿装置容量上下限向量;P j 表示第j个无功补偿装置所在负荷的有功功率,Q j 表示第j个无功补偿装置所在负荷的有功功率,S NTj 表示第j个变压器容量上限。
 公式(10)中计算电容器投切后下一时刻各电压监测点的电压向量U的公式为
                                            (13)
 式中:U=[U 0, U 1,…,U i,…,U m ]TU 0 为当前时刻各电压监测点的电压向量;S UQ 是电压监测点与无功补偿点与之间的电压无功灵敏度矩阵;Q C 是无功补偿装置的电容器补偿容量向量;
Figure 850221DEST_PATH_IMAGE018
是无功补偿装置上一时刻补偿容量向量。
 用枚举法求解公式(9)~(12)得到Q C ,即求得各补偿装置投切容量的向量
Figure 600746DEST_PATH_IMAGE019
 (6)输出各无功补偿装置的投切容量
第(5)步完成后,先输出第(5)步解得的无功补偿装置投切容量的向量ΔQ C ,即为各无功补偿装置电容量的投切量。再分别投切各无功补偿装置得电容器,并记录投切前后电容器补偿容量和电压监测点电压幅值变化情况,用以作为下一时刻的输入数据。
本发明采用上述技术方案后,主要有以下效果:
1、相比就地控制方式下的配电网低压无功补偿,本发明方法使配电网的无功功率按照无功补偿装置的补偿区域分区平衡,充分考虑了配电网整体的电压无功运行状况,从而减小配电网中无功功率的流动,降低了配电网的损耗,有显著的经济效益,并充分利用优质二次能源,起到了节能减排的作用,对构建节约型社会有重要意义。
2、相比就地控制方式下的配电网低压无功补偿,本发明方法使配电网的无功功率按照无功补偿装置补偿区域分区平衡,降低了配电网根节点与负荷节点之间的电压损耗,提高了配电网的电压质量,保证用电设备在额定工况下的正常运行,有显著的社会经济效益。
3、相比就地控制方式下的配电网低压无功补偿,本发明方法采用无功补偿装置按照补偿区域进行投切的运行方式,克服了现有方法中对补偿电容利用不充分的缺点,极大地提高了补偿设备的利用率,进一步提高了配电网的经济效益。
本发明可广泛应用于电力***配电网的电压无功优化运行与控制。 
附图说明
图1为本发明方法的程序流程框图;
图2为实施例配电网的***接线图。
图中:1-390为配电网的节点编号,第1号节点是配电网的首节点,也是配电网的根节点,在第54、178、238和334号节点分别设置无功补偿装置。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步说明本发明。
 实施例
如图1、2所示,一种某10kV的配电网广域无功优化运行方法的具体步骤如下:
(1) 输入基本数据
首先输入图2所示的某10kV配电网的基础数据(包括各节点的基础数据,即节点编号、节点所在电压等级、节点电压上限、节点下限线路;各线路的基础数据,即线路首末节点编号、电阻R l 、电抗X l 、电纳B l 、额定电压U Bl ;各配电变压器的基础数据,即配电变压器所带负荷编号、两侧所在节点编号、电阻R T 、电抗X T 、电导G m 、电纳B m 、变比k T 、额定容量S NT 、高压侧额定电压U Bl1 、低压侧额定电压U Bl2 )。各无功补偿装置的基础数据为:单组容量Q ref =0.015MVar,组数n=7,总容量Q c =0.105MVar,最大补偿容量Q max =0.105MVar,最小补偿容量Q min =0。各无功补偿装置的历史投切数据见表1~表4。
表1       1号补偿装置(所在节点编号为54)的历史投切数据
表2       2号补偿装置(所在节点编号为178)的历史投切数据
Figure 128996DEST_PATH_IMAGE021
表3       3号补偿装置(所在节点编号为238)的历史投切数据
表4       4号补偿装置(所在节点编号为334)的历史投切数据
Figure 853556DEST_PATH_IMAGE023
 配电网根节点和各无功补偿点当前时刻的量测数据见表5。
表5        配电网根节点和各无功补偿点当前时刻的量测数据
Figure 240675DEST_PATH_IMAGE024
 (2) 计算各无功电源的控制优先级别及控制范围
第(1)完成后,根据配电网线路和变压器的连接关系,从根节点(即第1号节点,首节点)开始利用广域优先搜索各无功电源点,搜索结果如表6所示。
表6          各无功电源优先级别搜索结果
 
Figure 672793DEST_PATH_IMAGE025
由式(1)计算各负荷分别由各无功补偿装置提供无功功率时的等值损耗,表7是第1号负荷对应的各无功电源等值损耗。
表7                第1号负荷对应的无功电源等值损耗
Figure 563389DEST_PATH_IMAGE026
 由表7知,第1号负荷应该接入第0级无功电源(配电网根节点),第1号负荷所在配电变压器应该属于第0级无功电源的控制范围。以此类推,确定各无功电源的控制范围内的配电变压器,如表8所示。
表8                        各无功电源的控制范围
Figure 924225DEST_PATH_IMAGE027
 (3) 计算各无功补偿装置的投切容量比
第(2)完成后,根据表8得第1级无功电源的控制范围为第13~31号负荷,该补偿装置的投切容量比
Figure 533061DEST_PATH_IMAGE028
 同理计算得到其余补偿装置的投切容量比,见表9。
表9            各补偿装置的投切容量比
Figure 768870DEST_PATH_IMAGE029
 则,A=[26.41%,26.48%,18.12%,15.80%]T
 (4) 计算电压无功灵敏度矩阵
第(3)完成后,本实施例中,电压监测点为配电网根节点和无功补偿装置所在节点,即第1、54、178、238和334号节点。
由表1可得,ΔQ C1 =0.015时,各电压监测点ΔU=[0,0.00098,0.00019,0.00019,0.00019]T。因此,电压监测点电压和第1号无功补偿装置补偿容量之间的灵敏度为
dU/dQ C1 =[0,0.06546,0.01286,0.01289,0.01292]T
同理,计算电压监测点电压和其他无功补偿装置补偿容量之间的灵敏度,得:
Figure 779552DEST_PATH_IMAGE030
 (5) 计算各无功补偿装置的投切容量
第(4)步完成后,计算配电网无功总负荷Q L ,计算公式为
Figure 809825DEST_PATH_IMAGE031
 计算第1号无功补偿点所控制范围内的负荷无功需求,计算公式为:
Figure 905957DEST_PATH_IMAGE032
其他无功补偿装置的无功需求以此类推,计算结果见表10。
表10         各补偿装置控制范围内的无功需求
Figure 679878DEST_PATH_IMAGE033
 从无功需求计算结果来看,第3号无功补偿装置除补偿自身所控制区域内的无功需求外,还剩余0.045Mvar容量,而第4号无功补偿装置可以补偿自身所控制区域内的无功需求,第2号无功补偿装置的补偿容量不足以补偿自身所控制区域内的无功需求。因此,第3号无功补偿装置应该支援2号无功补偿装置一部分无功功率,即:
Figure 545065DEST_PATH_IMAGE034
修正后各无功补偿装置控制范围内的无功需求如表11所示。
表11      修正后各补偿装置控制范围内的无功需求
Figure 244775DEST_PATH_IMAGE035
考虑电压约束和配变容量约束,按式(9)~(12)形成优化模型,采用枚举法解该优化问题,得各无功补偿装置的补偿容量Q C =[0.105,0.105,0.105,0.090]T。以该补偿容量为例,计算电容器投切后电压监测点电压值和配变视在功率是否满足要求。
计算无功补偿装置电容器投入容量ΔQ C ,计算公式为:
Figure 828203DEST_PATH_IMAGE036
 计算电容器投入运行后下一时刻各电压监测点的电压向量U,计算公式为:
Figure 140235DEST_PATH_IMAGE037
=
Figure 187826DEST_PATH_IMAGE038
=
Figure 497584DEST_PATH_IMAGE039
均未越过国家相关导则规定的电压范围。
计算第1号无功补偿装置的电容器投入运行后相应的配变视在功率,计算公式为:
Figure 630626DEST_PATH_IMAGE040
该配变的额定容量为0.315,电容器投入运行后配变视在功率未超过配变容量限制。同理可以计算其余无功补偿装置所在配变的视在功率,见表12。
表12      各无功补偿装置所在配变的视在功率
Figure 684032DEST_PATH_IMAGE041
从表12可以看出电容器投入运行后配变视在功率均未超过配变容量限制。
因此,各无功补偿装置的补偿容量Q C =[0.105,0.105,0.105,0.090]T,需投入容量ΔQ C =[0.090,0.090,0.090,0.075]T
 (6) 输出各无功补偿装置的投切容量
第(5)步完成后,输出解得的无功补偿装置投切容量的投切容量ΔQ C ,即为各无功补偿装置电容量的投切量。
各无功补偿装置投切电容器时应分别投切,并记录投切前后电容器补偿容量和电压监测点电压情况,以作为下一时刻的输入数据。
实验效果
采用本实施例的广域控制方式的无功补偿装置投入运行后,按照补偿区域进行电容器投切,与现行就地控制无功补偿方式比较,各无功补偿装置的设备利用率如表13所示。
表13          不同控制方式下无功补偿设备利用率
从表13知各无功补偿装置采用广域控制方式后,各无功补偿装置设备利用率明显提高。
采用本发明方法对无功补偿装置进行广域控制后,该线路某一天的电压无功状况计算结果如表14所示。
表14                    补偿后线路运行结果
Figure 568254DEST_PATH_IMAGE043
由表14知,采用本发明的广域控制方式后,配电网的电压质量明显提高,线损率明显降低。

Claims (1)

1.一种配电网广域无功优化运行方式,利用计算机,通过程序,计算各无功补偿装置的投切容量并控制各电容器组的正常投切,其特征在于所述方法的具体步骤如下:
(1)输入基础数据
首先输入配电网的基础数据、各无功补偿装置的基础数据、各无功补偿装置的历史投切数据以及配电网根节点和各无功补偿点量测数据,其中,配电网的基础数据包括各节点的基础数据,即节点编号、节点所在电压等级、节点电压上限、节点下限线路;各线路的基础数据,即线路首末节点编号、电阻、电抗、电纳、额定电压;各配电变压器的基础数据,即配电变压器所带负荷编号、两侧所在节点编号、电阻、电抗、电导、电纳、变比、额定容量、高压侧额定电压、低压侧额定电压,各无功补偿装置的基础数据包括补偿电容器组所在节点号、单组补偿容量、组数、总补偿容量、最大补偿容量、最小补偿容量,各无功补偿装置的历史投切数据包括前一时刻各无功补偿装置电容器投切前后的容量数据以及配电网根节点和各无功补偿点的电压数据,配电网根节点和各无功补偿点的量测数据包括当前时刻的实测电压、有功功率、无功功率;
(2)计算各无功电源的控制优先级别及控制范围
第(1)步完成后,根据配电网各节点的连接关系,利用广度优先搜索算法确定各无功电源,即包括,配电网根节点和各无功补偿装置的控制优先级别,过程如下:
对配电网中的根节点和无功补偿装置,从根节点开始,并将根节点标为0级,与第0级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第1级,与第1级相邻的没有确定等级的无功补偿装置为第2级,如此下去,利用广度优先搜索无功补偿装置所在节点,直到所有无功补偿装置都被搜索到,并将最后一个无功补偿装置标为第m级,m级是无功电源的最高控制优先级,0级表示配电网根节点;
定义第k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的等值损耗:
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE001
                                                                                    (1)
 式中:L ki 为第k个负荷由无功电源点i无功功率流动产生的网络等值损耗;S k 为第第k个负荷所在配电变压器的容量;R k-i 为连接第k个负荷所在节点与无功电源点i的所有支路,即包括线路和变压器支路电阻之和;
将第k个负荷接入等值损耗最小的无功电源点,则第k个负荷所在配变将属于该无功电源点的控制范围,计算所有负荷与无功电源对应的等值损耗,直到所有负荷都接入相应的无功电源点;
 (3)计算各无功补偿装置的投切容量比
第(2)步完成后,计算除配电网根节点外各无功电源,即各无功补偿装置的投切容量比;
首先定义第j个无功补偿装置的投切容量比
                                                                              (2)
式中:α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;T为整个配电网中配变的集合;S t 为第t个配变的容量;T j 为第j个无功补偿装置控制范围内配变的集合,S tj 为第t j 个配变的容量;
根据第(2)步的计算结果,结合各无功补偿装置控制范围计算各补偿装置的投切容量比;
(4)计算电压无功灵敏度矩阵
第(3) 步完成后,计算电压监测点与无功补偿点之间的电压无功灵敏度矩阵;
首先确定电压监测点为配电网根节点和无功补偿装置所在节点;
然后确定电压监测点与无功补偿点之间的电压无功灵敏度矩阵S UQ
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE003
                                   (3)
式中:S UQ 为一个(m+1)×m维的矩阵;dU i /dQ Cj 为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度;
然后计算S UQ 中各元素的值,计算公式为:
 
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE004
                                                                (4)
式中:dU i /dQ Cj 为无功补偿装置j无功补偿容量与电压监测点i之间的电压无功灵敏度;   ΔQ Cj 是补偿节点j补偿容量的变化量;ΔU i 是补偿容量变化后电压监测点i电压的变化量;
求得到S UQ 中各元素的值之后,按照公式(3)形成S UQ
(5)计算各无功补偿装置的投切容量
第(4) 步完成后,首先计算配电网无功总负荷Q L ,计算公式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
                                                        (5)
式中:Q L 为配电网无功总负荷;Q 1是当前时刻配电网根节点无功功率量测值;
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE006
是第j个无功补偿装置上一时刻电容器补偿容量,写成向量形式则为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
再根据各低压无功补偿装置的投切容量比,计算各无功补偿装置控制范围内的无功需求,第j个无功补偿装置控制范围内无功需求的计算公式为:
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE008
                                                               (6)
式中:Q′ Cj-Need 为第j个无功补偿装置控制范围内无功需求;α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;Q L 为配电网无功总负荷;
当第j个无功补偿装置的补偿容量有剩余,而该无功补偿装置附近的无功补偿装置补偿容量不足时,将剩余补偿容量优先补偿控制优先等级比自己高的无功补偿装置的控制范围内的无功需求,然后补偿控制优先等级比自己低的无功补偿装置的控制范围内的无功需求;
重新计算无功补偿装置的无功需求,计算公式为:
 
Figure DEST_PATH_IMAGE009
                                                     (7)
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE011
                    (8)
式中:Q Cj-Need 为重新计算后的第j个无功补偿装置控制范围内无功需求;α j 为第j个无功补偿装置的投切容量比;Q L 为配电网无功总负荷;ΔQ j-Need 为第j个无功补偿装置支援附近无功补偿装置的无功容量;
然后考虑约束条件,计算各无功补偿装置的投切容量,以各无功补偿装置电容器实际投切容量与其控制范围内的负荷无功需求的差值之和最小为目标函数,以电压监测节点电压上下限、无功补偿节点补偿量限制、无功补偿节点变压器容量限制为约束条件,可以将配电网广域无功优化模型用公式表示如下:
目标函数:
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE012
    j=1,2,…,m                         (9)
约束条件:
电压合格约束:                                          (10)
无功补偿装置出力约束:
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE014
                                (11)
无功补偿点配变变容量约束:
Figure DEST_PATH_IMAGE015
                         (12)
式中:Q Cj 表示第j个无功补偿节点的电容器无功补偿容量,当补偿装置采用电容器组作为无功电源时,Q Cj 为离散量,写成向量形式为
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE016
Q Cj-Need 为第j个无功补偿装置的无功需求;U为各电压监测点的电压向量,U=[U 0, U 1,…,U i,…,U m ]TU max U min 分别表示电压监测点的电压幅值上下限向量;Q max 、Q min 分别表示各无功补偿装置容量上下限向量;P j 表示第j个无功补偿装置所在负荷的有功功率,Q j 表示第j个无功补偿装置所在负荷的无功功率,S NTj 表示第j个变压器容量上限;
公式(10)中计算电容器投切后下一时刻各电压监测点的电压向量U的公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
                                            (13)
 式中:U=[U 0, U 1,…,U i,…,U m ]TU 0 为当前时刻各电压监测点的电压向量;S UQ 是电压监测点与无功补偿点之间的电压无功灵敏度矩阵;Q C 是无功补偿装置的电容器补偿容量向量;
Figure 2012101626244100001DEST_PATH_IMAGE018
是无功补偿装置上一时刻补偿容量向量;
当规模不大时,用枚举法求解公式(9)~(12)问题得到Q C ,即求得各补偿装置的投切容量向量
Figure DEST_PATH_IMAGE019
 (6)输出各无功补偿装置的投切容量
第(5)步完成后,先输出解得的无功补偿装置投切容量向量ΔQ C ,即为各无功补偿装置电容量的投切量;再分别投切各无功补偿装置的电容器,并记录投切前后电容器补偿容量和电压监测点幅值变化电压情况,以作为下一时刻的输入数据。
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