CN105322553B - 基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，获取配电网信息，初始计算并联电容器初始补偿方案，判断局部树是否需要再次划分，对相应的局部树划分，对各局部树分别确定补偿点，判断局部树是否需要再优化，对补偿点进一步优化,比较效益投资比并进行循环判断，直到输出最大效益投资比条件下的各补偿节点编号和它们的补偿容量。本发明能够提供辐射状配电网的电容器并联补偿地点和补偿容量，更加有效的降低配电网运行过程中的线损率，改善配网运行的电压分布，达到提高配网运行经济效益和供电可靠性的作用，具有很高的实用价值。

Description

基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法

技术领域

本发明涉及一种配电网补偿计算方法，特别的，涉及一种基于局部树的配电网中压电容器并联补偿计算方法。

背景技术

配电网向负荷不仅提供有关功率，还提供无功功率。一方面，无功功率的多少直接影响配电网的电压质量，电压损耗与供电线路的无功功率数值大小直接相关；另一方面，现有配网规模较大，配电网所有的负荷的无功功率都经过远端的发电机传输，势必造成支路电流增加，从而增加理论线损，降低经济效益；最后，在线路传输容量一定的条件下，传输无功必降低线路有功的传输，增加电网的改造投资资金。配电网无功进行就地补偿可有效解决以上问题，因此研究配电网电容器并联补偿具有重大的现实意义。

目前，配网电容器并联补偿的粒子群优化算法步骤如下：

1)读入原始数据,配电网参数数据,负荷数据；并设置粒子群算法参数，种群规模,惯性权重范围,加速系数和速度取值范围等；

2)初始化补偿节点和容量，迭代次数等于1，给出每个粒子的速度；

3)最大负荷下潮流计算，决定是否新增补偿节点，计算适应值；

4)在约束范围内，更新粒子速度和位置；

5)更新粒子局部和全局最优位置；

6)达到最大迭代次数，输出优化结果。

但是，该技术的问题是：由于粒子群算法对于离散化问题处理不佳，而配电网无功补偿又是确定补偿点和补偿组数，是一个双层离散化优化问题，很容易落入局部最优解，尤其是配电网规模很大的时候，很难达到最优的补偿效果。

因此，如何能够克服现有技术的缺陷，提供一种有效的配电网电容器并联补偿地点和补偿容量的计算方法，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于局部树理论的配电网电容器并联补偿计算方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，包括如下步骤：

步骤S1.获取配电网信息步骤:获取配网各配变量测数据情况，即获取负荷年最大有功、无功负荷，获取实际配网运行的设备和元件的拓扑数据表和拓扑关系表，获得配电网无功补偿相关信息；

步骤S2.并联电容器初始补偿方案计算步骤：将整个配电网视为一个局部树，假定只有一个待补偿点，以效益投资比最大为目标函数，利用逐步增加法计算每个节点作为待补偿点后的效益投资比，效益投资比最大的节点作为补偿点，并将对应的效益投资比作为整个配电网的最大效益投资比，同时记录补偿点的编号和补偿容量；

步骤S3.局部树是否再次划分步骤：对于现有的局部树，若其无功负荷小于待补偿电容器的单组容量，该局部树不再划分，也不设置补偿点；若局部树仅有两个节点，则该局部树也再不划分；若所有局部树不再需要划分，转向步骤S9；否则，若有局部树可以再次划分，转向步骤S4；

步骤S4.局部树划分步骤：对相应的局部树进行再次划分，对于待补偿的无功负荷最大的局部树，取一个度大于2且最大的节点从其连接的各个支路开始，利用深度优先搜索算法，获得与度数相同个数的局部树个数，若多个节点满足以上条件，随机选取一个节点，所述度即节点所连接的支路数；

步骤S5.各局部树分别确定补偿点步骤：对于划分出来的局部树，在指定只有一个补偿节点的条件下，循环计算各节点的效益投资比及效益投资比最大条件下的补偿容量，进而确定一个最优补偿节点；若某棵局部树的效益投资比小于1，则该局部树不设置补偿点；当每棵局部树都确定补偿点后及补偿容量后，若有一棵局部树效益投资比大于1，计算配网的当前效益投资比；

步骤S6.局部树是否再优化步骤：判断所有局部树效益投资比是否都小于1，如果是转向步骤S9，否则转向步骤S7，对于补偿点进一步优化计算；

步骤S7.补偿点进一步优化计算步骤：选取一棵局部树的补偿节点分别向上游或者下游移动一个节点，此时其它局部树的补偿点不动，利用粒子群优化算法计算该补偿点分别向上游或下游移动后的效益投资比；重复以上选取计算过程，当现有的所有局部树都被选取一次后，在这些效益投资比中，选取一个最大的效益投资比的值，该最大的效益投资比的值对应某棵局部树向上游或下游移动一个节点，若该最大的值大于当前效益投资比，则将该最大的值对应的某棵局部树的补偿点实际向上游或下游移动一个位置，并将该最大的值赋值给当前效益投资比；重复以上过程，直到当前效益投资比不再增大为止；

步骤S8.效益投资比比较步骤：当前效益投资比是否大于已有的最大效益投资比，若大于将该值赋值给最大效益投资比，转向步骤S3,；否则转向步骤S8；

步骤S9.补偿方案结果输出步骤：输出最大效益投资比条件下的各补偿节点编号和它们的补偿容量。

优选地，所述配电网无功补偿相关信息包括补偿年限、电价、贴现率，获取待补偿电容器单组容量及价格。

优选地，在步骤S2并联电容器并联补偿方案计算步骤中，所述的逐步增加法是指，对待补偿点逐步增加单位补偿容量，计算其效益投资比，直到效益投资比不再增大为止。

优选地，在步骤S2和S6中，单个局部树的无功补偿采用非线性规划的内点法或基于灵敏度的优化方法。

优选地，当第一次运行步骤S4时，所述待补偿的无功负荷最大的局部树为整个配电网。

本发明能够提供辐射状配电网的电容器并联补偿地点和补偿容量，更加有效的降低配电网运行过程中的线损率，改善配网运行的电压分布，达到提高配网运行经济效益和供电可靠性的作用，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法的流程图；

图2是根据本发明的具体实施例的配电网络节点信息图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例1

参见图1，示出了根据本发明具体实施例的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法的流程图：

步骤S1.获取配电网信息步骤:获取配网各配变量测数据情况，即获取负荷年最大有功、无功负荷，获取实际配网运行的设备和元件的拓扑数据表和拓扑关系表，获得配电网无功补偿相关信息；

优选地，所述配电网无功补偿相关信息包括补偿年限、电价、贴现率，获取待补偿电容器单组容量及价格；

步骤S2.并联电容器初始补偿方案计算步骤：将整个配电网视为一个局部树，假定只有一个待补偿点，以效益投资比最大为目标函数，利用逐步增加法计算每个节点作为待补偿点后的效益投资比，效益投资比最大的节点作为补偿点，并将对应的效益投资比作为整个配电网的最大效益投资比，同时记录补偿点的编号和补偿容量；

步骤S3.局部树是否再次划分步骤：对于现有的局部树，若其无功负荷小于待补偿电容器的单组容量，该局部树不再划分，也不设置补偿点；若局部树仅有两个节点，则该局部树也再不划分；若所有局部树不再需要划分，转向步骤S9；否则，若有局部树可以再次划分，转向步骤S4；

步骤S4.局部树划分步骤：对相应的局部树进行再次划分，对于待补偿的无功负荷最大的局部树，取一个度大于2且最大的节点从其连接的各个支路开始，利用深度优先搜索算法，获得与度数相同个数的局部树个数，若多个节点满足以上条件，随机选取一个节点，所述度即节点所连接的支路数；

特别的，在步骤S4中，所述待补偿的无功负荷最大的局部树有可能为整个配电网，该情况在第一次运行步骤S4的时候出现。

步骤S5.各局部树分别确定补偿点步骤：对于划分出来的局部树，在指定只有一个补偿节点的条件下，循环计算各节点的效益投资比及效益投资比最大条件下的补偿容量，进而确定一个最优补偿节点；若某棵局部树的效益投资比小于1，则该局部树不设置补偿点；当每棵局部树都确定补偿点后及补偿容量后，若有一棵局部树效益投资比大于1，计算配网的当前效益投资比，即只要设置了最优补偿节点，即可计算配网的当前效益投资比；

步骤S6.局部树是否再优化步骤：判断所有局部树效益投资比是否都小于1，如果是转向步骤S9，否则转向步骤S7，对于补偿点进一步优化计算；

步骤S7.补偿点进一步优化计算步骤：选取一棵局部树的补偿节点分别向上游或者下游移动一个节点，此时其它局部树的补偿点不动，利用粒子群优化算法计算该补偿点分别向上游或下游移动后的效益投资比；重复以上选取计算过程，当现有的所有局部树都被选取一次后，因为每棵局部树计算向上游和向下游的两个效益投资比，这样效益投资比的个数为局部树个数乘以2，在这些效益投资比中，选取一个最大的效益投资比的值，该最大的效益投资比的值对应某棵局部树向上游或下游移动一个节点，若该值大于当前效益投资比，则将该值对应的某棵局部树的补偿点实际向上游或下游移动一个位置，并将该值赋值给当前效益投资比；重复以上过程，直到当前效益投资比不再增大为止，即通过分别向上游或者下游移动一个位置，循环计算，获取投资效益比最大的补偿点。

步骤S8.效益投资比比较步骤：当前效益投资比是否大于已有的最大效益投资比，若大于将该值赋值给最大效益投资比，转向步骤S3,；否则转向步骤S8；

步骤S9.补偿方案结果输出步骤：输出最大效益投资比条件下的各补偿节点编号和它们的补偿容量。

优选地，在步骤S2并联电容器并联补偿方案计算步骤中，所述的逐步增加法是指，对待补偿点逐步增加单位补偿容量(1千乏)，计算其效益投资比，直到效益投资比不再增大为止。

进一步优选地，在步骤S2和S6中，单个局部树的无功补偿采用非线性规划的内点法或基于灵敏度的优化方法。

实施例2：

参见图2，示出了一个11节点配网，其无功补偿计算步骤如下：

步骤S1：获取的配电网信息如下表所示：

表1，配电网信息

无功补偿信息如下表所示：

类型	电价	贴现率	运行年限	单组容量	单组价格
						数值	0.82	0.01	5	25kvar	2.5万元

表2.无功补偿信息

步骤S2：认为整个配电网是一个局部树，以效益投资比为目标函数，利用逐步增加法计算每个节点作为待补偿点后的效益投资比，经各个节点的效益投资比的比较，得效益投资比最大值是节点4，最大的效益投资比为1.743，补偿容量为100kvar；

步骤S3：当前配网就是一棵局部树，节点个数为11，满足大于2的条件，待补偿的总无功负荷为217kvar，大于单组容量25kvar，转向步骤4；

步骤S4：节点3、5和8的度都为3，满足大于度2的条件，随机选择节点3，根据节点3并利用深度优先搜索算法，分别从节点3所连接的3条支路开始搜索，将配网划分为3棵局部树，局部树1包含节点1、2、3，根节点为1；局部树2包含节点3、4、5、6、11，根节点是3；局部树3包含节点3、7、8、9、10；

步骤S5：对于局部树1单独补偿，最优补偿点是节点2，补偿容量是25kvar，效益投资比为0.8，考虑到效益投资比小于1，也就是说投资大于收益，局部树1不补偿容量；对于局部树2单独补偿，优化计算后的补偿节点是节点11，补偿容量是75kvar，效益投资比为1.59，大于1，可以补偿；对于局部树3单独补偿，优化后的补偿节点是节点10，补偿容量是50kvar，计算效益投资比为1.68，大于1，可以补偿；计算整个配网的当前效益投资比为1.632；

步骤S6：局部树2和3可以优化，转向步骤S7；

步骤S7：对局部树2的补偿节点11向上游移动一个位置，移动到节点5，此时局部树3的补偿节点保持位置10不变，利用粒子群算法计算得整个配网的效益投资比为1.713；再对局部树3的补偿节点10向上游移动一个位置，移动到节点8，此时局部树2的补偿节点保持位置11不变，利用粒子群算法计算得整个配网的效益投资比为1.727；可见1.727大于1.714，且大于当前效益投资比1.632，将1.727赋值给当前效益投资比，并选择局部树3的补偿点实际移动到节点8。对局部树2的补偿点11向上游移动一个位置，移动到节点5，在局部树3的补偿点保持位置节点8不变的条件下，利用粒子群优化算法计算得整个配网效益投资比为1.865；对局部树3的补偿点8向上游移动一个位置，移动到补偿点7，局部树2的补偿点位置保持节点11不变，利用粒子群优化算法计算整个配网的效益投资比为1.717；可见1.865大于1.717，也大于当前投资效益,1.727，因此将局部树2的补偿点向其上游实际移动一个节点，移动到节点5，局部树3的补偿点保持节点8不变。经计算在局部树3补偿点不变的前提下，无论将局部树2的补偿点移动到节点4或6，其投资效益都小于当前效益投资比；经计算在局部树2补偿点不变的条件下，无论将局部树3的补偿点移动到节点7或节点9，计算的效益投资比都小于当前效益投资比，所以，不再移动补偿点，局部树2的补偿点为5，局部树3的补偿点为8，当前效益投资比为1.865；

步骤S8：当前的效益投资比1.865大于最大效益投资比1.743，最大效益投资比更改为1.865，转向步骤S3；

下面给出步骤S3到S6的循环过程：

步骤S3：局部树2节点个数为5，大于2个，待补偿无功负荷为120kvar，大于单组容量25kvar，局部2可以再次划分；局部树3节点个数为5个，大于2个，待补偿无功负荷为77kvar，大于单组容量25kvar，可以再次划分；

步骤S4：将局部树2依据节点5划分为3棵局部树，即局部树21包含节点3、4、5，根节点是3，总无功负荷为32kvar，局部树22包含节点5、11，根节点是5，总无功负荷为72kvar，局部树23包含节点5、6，根节点是5，总无功负荷为16kvar，。将局部树3依据节点8再划分为3个局部树，局部树31包含节点3、7、8，根节点是节点3，总无功负荷为25kvar，局部树32包含节点8、9，根节点是节点8，总无功负荷为20kvar，局部树33包含节点8、10，根节点是节点8，总无功负荷为32kvar；

步骤S5:对步骤S4划分出的各个局部树单独补偿，并计算效益投资比，计算得所有的效益投资比都小于1，也就是各个局部树都不设置补偿点；

步骤S6：步骤S4的各个补偿点没有进一步优化的必要了，转向步骤S9；

步骤S9：最后的补偿节点为节点5和8，节点5的补偿容量是75kvar，节点8的补偿容量是50kvar，效益投资比为1.865。

作为对比例，若采用粒子群方法补偿，得到补偿点为节点5和节点7，补偿容量都是单组50kvar，效益投资比为1.761。

因此，本发明相对于现有技术，使补偿点在配网的空间中更为均匀分布，实现配网无功就地补偿的目的，有效提高配网末端电压水平，进而提高配网运行的可靠性，通过减少线路无功功率流动，从而更大幅度的降低线路损耗，提高配电网经济效益，达到节能降损的目的，还能够提高线路有功传输能力，避免或减缓配电网的升级改造，也间接提高配电网的经济效益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (5)

1.一种基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，包括如下步骤：

步骤S1.获取配电网信息步骤:获取配网各配变量测数据情况，即获取负荷年最大有功、无功负荷，获取实际配网运行的设备和元件的拓扑数据表和拓扑关系表，获得配电网无功补偿相关信息；

步骤S2.并联电容器初始补偿方案计算步骤：将整个配电网视为一个局部树，假定只有一个待补偿点，以效益投资比最大为目标函数，利用逐步增加法计算每个节点作为待补偿点后的效益投资比，效益投资比最大的节点作为补偿点，并将对应的效益投资比作为整个配电网的最大效益投资比，同时记录补偿点的编号和补偿容量；

步骤S3.局部树是否再次划分步骤：对于现有的局部树，若其无功负荷小于待补偿电容器的单组容量，该局部树不再划分，也不设置补偿点；若局部树仅有两个节点，则该局部树也再不划分；若所有局部树不再需要划分，转向步骤S9；否则，若有局部树可以再次划分，转向步骤S4；

步骤S4.局部树划分步骤：对相应的局部树进行再次划分，对于待补偿的无功负荷最大的局部树，取一个度大于2且最大的节点从其连接的各个支路开始，利用深度优先搜索算法，获得与度数相同个数的局部树个数，若多个节点满足以上条件，随机选取一个节点，所述度即节点所连接的支路数；

步骤S5.各局部树分别确定补偿点步骤：对于划分出来的局部树，在指定只有一个补偿节点的条件下，循环计算各节点的效益投资比及效益投资比最大条件下的补偿容量，进而确定一个最优补偿节点；若某棵局部树的效益投资比小于1，则该局部树不设置补偿点；当每棵局部树都确定补偿点后及补偿容量后，若有一棵局部树效益投资比大于1，计算配网的当前效益投资比；

步骤S6.局部树是否再优化步骤：判断所有局部树效益投资比是否都小于1，如果是转向步骤S9，否则转向步骤S7，对于补偿点进一步优化计算；

步骤S7.补偿点进一步优化计算步骤：选取一棵局部树的补偿节点分别向上游或者下游移动一个节点，此时其它局部树的补偿点不动，利用粒子群优化算法计算该补偿点分别向上游或下游移动后的效益投资比；重复以上选取计算过程，当现有的所有局部树都被选取一次后，在这些效益投资比中，选取一个最大的效益投资比的值，该最大的效益投资比的值对应某棵局部树向上游或下游移动一个节点，若该最大的值大于当前效益投资比，则将该最大的值对应的某棵局部树的补偿点实际向上游或下游移动一个位置，并将该最大的值赋值给当前效益投资比；重复以上过程，直到当前效益投资比不再增大为止；

步骤S8.效益投资比比较步骤：当前效益投资比是否大于已有的最大效益投资比，若大于将该值赋值给最大效益投资比，转向步骤S3,；否则转向步骤S8；

步骤S9.补偿方案结果输出步骤：输出最大效益投资比条件下的各补偿节点编号和它们的补偿容量。

2.根据权利要求1所述的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，其特征在于：

所述配电网无功补偿相关信息包括补偿年限、电价、贴现率，待补偿电容器单组容量及价格。

3.根据权利要求1所述的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，其特征在于：

在步骤S2并联电容器并联补偿方案计算步骤中，所述的逐步增加法是指，对待补偿点逐步增加单位补偿容量，计算其效益投资比，直到效益投资比不再增大为止。

4.根据权利要求1所述的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，其特征在于：

在步骤S2和S6中，单个局部树的无功补偿采用非线性规划的内点法或基于灵敏度的优化方法。

5.根据权利要求1所述的基于局部树的配电网电容器并联补偿计算方法，其特征在于：

当第一次运行步骤S4时，所述待补偿的无功负荷最大的局部树为整个配电网。