CN106026069A - 一种配电网电容电流分布补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种配电网电容电流分布补偿方法，包括步骤1、获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间；步骤2、根据***对补偿容量的要求，确定约束条件；步骤3、以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数；步骤4、对目标函数优化，求解，得出最佳配置方案。该分布补偿方法根据实际每条线路电容电流大小，并考虑到线路运行方式转变的可能性，合理的确定消弧线圈分布补偿的配置方案，避免了由于消弧线圈容量减小引发的谐振现象，在投资较少的设备改造费用的同时取得较好的补偿效果。

Description

一种配电网电容电流分布补偿方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种配电网电容电流分布补偿方法。

背景技术

随着城市电缆化率的不断提高，不少新上不久的消弧线圈就显得容量不足，需要增容更换。经过几次改造以后，已经无法在原有的基础上再进行增容。如果更换成套设备，投资较大。更重要的是，当电容电流过大时，采用传统的集中式消弧线圈补偿的方法难以取得较好的补偿效果。故考虑在线路上进行分布补偿，即把所要补偿的大电容电流分割成几个小部分，在除母线外，在其它的线路或用户侧进行补偿。

分布补偿，是在变电站所属的开闭站、配电室、柱上变安装固定容量的消弧线圈，时刻对线路的电容电流进行补偿。同时在变电站内安装自动控制消弧线圈，在变电站所属线路长度或电气设备容量发生变化的情况下，由自动控制补偿消弧线圈进行调节，以起到平衡的作用。

如果只根据配电网总的容量需求随意在线路上进行消弧线圈的容量分配，那么在某条线路切除或转供的情况下，相应的消弧线圈设备也随之退出电网或转移，可能会在新的运行状态下出现消弧线圈容量配置不足或者调节下限过高。容量不足时容易发生谐振现象，使中性点电压过高；调节下限过高则可能在发生单相接地故障的时候，消弧线圈无法实现全补偿。在配置消弧线圈容量的时候需结合该条线路的电容电流大小综合考虑。合理的消弧线圈容量配置方案不仅能解决上述问题，而且还能在投资较少的设备改造费用的同时取得较好的补偿效果，研究和改造的实际意义及经济效益都很大。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的是提出一种合理确定的消弧线圈分布补偿配置方案，能够避免由于消弧线圈容量减小引发的谐振现象，在投资较少设备改造费用的同时取得较好的补偿效果。

为实现上述的目的，本发明采用的的技术方案为：一种配电网电容电流分布补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间；

步骤2、根据***对补偿容量的要求，确定约束条件；

步骤3、以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数；

步骤4、对步骤3建立的目标函数优化，求解，得出最佳配置方案。

进一步地，所述步骤1中的配电网相关数据信息包括：配电网拓扑信息、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图和母线上每一条出线的电容电流大小；

步骤1中确定数学模型的变量及其取值空间的方式如下：将每一条线路上配置的消弧线圈容量大小确定为数学模型的变量，L₀为安装在母线上的可自动调节的消弧线圈，L₁、L₂、…、L_i(i＝1，2…n)为安装在线路上的小容量消弧线圈，容量固定；设配电网母线上有n条出线，第i条线路的电容电流大小为I_Ci，第i条线路上配置的消弧线圈容量为Q_Li；若该条线路上未配置消弧线圈，则Q_Li＝0。

进一步地，所述步骤2中的根据***对补偿容量的要求，需考虑配电网中第j条线路(j＝1，2…n)切除或转供时，在相应的消弧设备随之一起退出运行或转移的情况下，

一方面配电网的消弧线圈总容量应满足***正常运行时过补偿的要求，并保留一定的裕度，选取消弧线圈的安装容量

另一方面消弧线圈容量的调节下限应不大于所需要的补偿容量Q_C，

其中，为额定相电压，I_C为***电容电流；

根据上述***对补偿容量的要求，确定约束条件为

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{0\min }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\\ Q_{0\min }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C-Q_{Cj}\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，Q_0min和Q_0max分别为母线上集中补偿的消弧线圈的调节下限和调节上限，Q_Cj为第j条线路所需要的补偿容量，I_Cj为第j条线路的电容电流。

进一步地，所述步骤3中目标函数建立的方式如下：

①建立接地残流最小的目标函数I_f，采用母线发生单相接地故障时，消弧线圈由于自动调节作用处于全补偿状态下，流过故障点的接地残流大小作为目标函数；接地残流大小的计算方法，是将故障点接地前的相电压大小与***的对地电导相乘，由此得

其中G₀为配电网对地的泄露电导，若已测得***的对地电容为C₀，电网的阻尼率为d，则G₀＝2πfC₀d；

G_L0为母线上接入集中补偿消弧线圈时引入的对地电导；

G_Li为第i条线路(i＝1，2…n)上接入小容量消弧线圈成套装置后引入的对地电导，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零；设母线上消弧线圈所接的接地变压器的零序阻抗为(R₀+jX₀)Ω，第i条线路上所接的接地变压器的零序阻抗为(R_i+jX_i)Ω，消弧线圈的补偿容量为Q_Li，则

②建立成本最低的目标函数A，设备的改造成本包括两部分：一部分为母线消弧线圈增容的改造费用A₀，另一部分为线路上小容量消弧线圈的设备成本及安装费用；由此得

$A=A_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i---\left(4\right)$

其中为A_i为第i条线路上消弧线圈成套装置的设备成本及安装费用，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零。

更进一步地，将所述接地残流最小的目标函数I_f和成本最低的目标函数A进行优化，引入权重系数k₁和k₂，将双目标函数转化为单一目标函数F进行求解

F＝k₁I_f+k₂A (5)。

为了解决配电网中大电容电流引起的设备改造成本较大和补偿效果欠佳的问题，本发明提出一种配电网电容电流分布补偿方法，包括以下步骤：

1)获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间；

2)根据***对补偿容量的要求，确定约束条件；

3)以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数；

4)对目标函数进行优化，求解，得出最佳配置方案。

上述步骤1)中所述的配电网相关数据信息，包括：配电网拓扑信息、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图和母线上每一条出线的电容电流大小。确定每一条线路上配置的消弧线圈容量大小为变量。

上述步骤2)中所述***对补偿容量的要求，即在考虑到某一条线路切除或转供的情况下，一方面配电网的消弧线圈总容量应满足***正常运行时过补偿的要求，另一方面消弧线圈容量的调节下限应不大于所需要的补偿容量。

上述步骤3)中所述的目标函数有两个：一个是接地残流的大小，用来衡量消弧线圈的补偿效果；另一个是设备的改造成本。所述接地残流采用的是母线发生单相接地故障时，消弧线圈由于自动调节作用处于全补偿状态下，流过故障点的接地残流。所述设备的改造成本包括两部分：一部分为母线消弧线圈增容的改造费用，另一部分为线路上小容量消弧线圈的设备及安装费用。

上述步骤3)中，接地残流大小的计算方法，是将故障点接地前的相电压大小与***的对地电导相乘。***的对地电导，包括***本身对地的泄漏电导和接入消弧线圈装置引入的对地电导。

上述步骤4)中，所述的优化方案为引入权重系数，将双目标函数转化为单一目标函数进行求解。

本发明的有益效果：根据实际每条线路电容电流大小，并考虑到线路运行方式转变的可能性，合理的确定消弧线圈分布补偿的配置方案，避免了由于消弧线圈容量减小引发的谐振现象，在投资较少的设备改造费用的同时取得较好的补偿效果。

附图说明

图1为本发明一个实施例分布补偿***说明图；

图2为本发明一个实施例分布补偿方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明一个实施例如图1所示，L₀为安装在母线上的可自动调节的消弧线圈，L₁、L₂、…、L_i为安装在线路上的小容量消弧线圈，容量固定。

实施例采用的技术方案如下：一种配电网电容电流分布补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间；

步骤2、根据***对补偿容量的要求，确定约束条件；

步骤3、以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数；

步骤4、对步骤3建立的目标函数优化，求解，得出最佳配置方案。

在所述的配电网电容电流分布补偿方法中，所述步骤1中的配电网相关数据信息包括：配电网拓扑信息、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图和母线上每一条出线的电容电流大小；

步骤1中确定数学模型的变量及其取值空间的方式如下：将每一条线路上配置的消弧线圈容量大小确定为数学模型的变量，L₀为安装在母线上的可自动调节的消弧线圈，L₁、L₂、…、L_i(i＝1，2…n)为安装在线路上的小容量消弧线圈，容量固定；设配电网母线上有n条出线，第i条线路的电容电流大小为I_Ci，第i条线路上配置的消弧线圈容量为Q_Li；若该条线路上未配置消弧线圈，则Q_Li＝0。

在所述的配电网电容电流分布补偿方法中，所述步骤2中的根据***对补偿容量的要求，需考虑配电网中第j条线路(j＝1，2…n)切除或转供时，在相应的消弧设备随之一起退出运行或转移的情况下，

一方面配电网的消弧线圈总容量应满足***正常运行时过补偿的要求，并保留一定的裕度，选取消弧线圈的安装容量

另一方面消弧线圈容量的调节下限应不大于所需要的补偿容量Q_C，

其中，为额定相电压，I_C为***电容电流；

根据上述***对补偿容量的要求，确定约束条件为

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{0\min }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\\ Q_{0\min }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C-Q_{Cj}\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，Q_0min和Q_0max分别为母线上集中补偿的消弧线圈的调节下限和调节上限，Q_Cj为第j条线路所需要的补偿容量，I_Cj为第j条线路的电容电流。

在所述的配电网电容电流分布补偿方法中，所述步骤3中目标函数建立的方式如下：

①建立接地残流最小的目标函数I_f，采用母线发生单相接地故障时，消弧线圈由于自动调节作用处于全补偿状态下，流过故障点的接地残流大小作为目标函数；接地残流大小的计算方法，是将故障点接地前的相电压大小与***的对地电导相乘，由此得

其中G₀为配电网对地的泄露电导，若已测得***的对地电容为C₀，电网的阻尼率为d，则G₀＝2πfC₀d；

G_L0为母线上接入集中补偿消弧线圈时引入的对地电导；

G_Li为第i条线路(i＝1，2…n)上接入小容量消弧线圈成套装置后引入的对地电导，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零；设母线上消弧线圈所接的接地变压器的零序阻抗为(R₀+jX₀)Ω，第i条线路上所接的接地变压器的零序阻抗为(R_i+jX_i)Ω，消弧线圈的补偿容量为Q_Li，则

②建立成本最低的目标函数A，设备的改造成本包括两部分：一部分为母线消弧线圈增容的改造费用A₀，另一部分为线路上小容量消弧线圈的设备成本及安装费用；由此得

$A=A_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i---\left(4\right)$

其中为A_i为第i条线路上消弧线圈成套装置的设备成本及安装费用，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零。

在所述的配电网电容电流分布补偿方法中，将所述接地残流最小的目标函数I_f和成本最低的目标函数A进行优化，引入权重系数k₁和k₂，将双目标函数转化为单一目标函数F进行求解

F＝k₁I_f+k₂A (5)。

如图2所示，为本实施例配电网电容电流分布补偿方法流程图，据此流程图进一步说明本实施例的具体实施过程：

1、获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间。配电网相关数据信息包括配电网拓扑信息、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图和母线上每一条出线的电容电流大小。确定每一条线路上配置的消弧线圈容量大小为变量，设某10kV配电网母线上有n条出线，第i条线路的电容电流大小为I_Ci，第i条线路上配置的消弧线圈容量为Q_Li，其中i＝1，2…n。若该条线路上未配置消弧线圈，则Q_Li＝0。

2、根据***对补偿容量的要求，确定约束条件。一方面配电网的消弧线圈总容量应满足***正常运行时过补偿的要求，并保留有一定的裕度，通常选取消弧线圈的安装容量另一方面消弧线圈容量的调节下限应不大于所需要的补偿容量Q_C，考虑到某一条线路(第j条，j＝1，2…n)切除或转供时，在相应的消弧设备随之一起退出运行或转移的情况，补偿的容量配置还应满足上述条件。因此可确定约束调节为

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{0\min }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\\ Q_{0\min }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li}\≤Q_C-Q_{Cj}\≤\frac{1}{1.35}(Q_{0\max }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Li})\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，Q_0min和Q_0max分别为母线上集中补偿的消弧线圈的调节下限和调节上限，Q_Cj为第j条线路所需要的补偿容量，其中，为额定相电压，I_C为***电容电流。

3、以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数。

建立接地残流最小的目标函数I_f，采用母线发生单相接地故障时，消弧线圈由于自动调节作用处于全补偿状态下，流过故障点的接地残流大小作为目标函数。接地残流大小的计算方法，是将故障点接地前的相电压大小与***的对地电导相乘。由此得

其中G₀为配电网对地的泄露电导，已测得***的对地电容为C₀，电网的阻尼率为d，则G₀＝2πfC₀d；G_L0为母线上接入集中补偿消弧线圈时引入的对地电导，G_Li为第i条线路上接入小容量消弧线圈成套装置后引入的对地电导，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零。设母线上消弧线圈所接的接地变压器的零序阻抗为(R₀+jX₀)Ω，第i条线路上所接的接地变压器的零序阻抗为(R_i+jX_i)Ω，消弧线圈的补偿容量为Q_Li，则

建立成本最低的目标函数A，设备的改造成本包括两部分：一部分为母线消弧线圈增容的改造费用A₀，另一部分为线路上小容量消弧线圈的设备及安装费用。由此得

$A=A_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i---\left(4\right)$

其中为A_i为第i条线路上消弧线圈成套装置的设备成本，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零。

4、对目标函数进行优化求解，得出最佳配置方案。对双目标函数进行优化，引入权重系数k₁和k₂，将双目标函数转化为单一目标函数F进行求解。

F＝k₁I_f+k₂A (5)

本实施例根据实际每条线路电容电流大小，并考虑到线路运行方式转变的可能性，合理的确定消弧线圈分布补偿的配置方案，避免了由于消弧线圈容量减小引发的谐振现象，在投资较少的设备改造费用的同时取得较好的补偿效果。

以下给出在Matlab/Simulink的仿真算例，验证接地残流算法的合理性；从而对本实施例的效果也进行验证。

设置某10kV母线上有十条电缆出线，出线1-10电容电流依次为30A、27A、23A、22A、15A、18A、15A、13A、5A和4A，总电容电流大小为172A，需安装的消弧线圈的总容量***的阻尼率为2％，线路的对地电导原母线上装有500kVar的自动调节消弧线圈装置，设置与消弧线圈配套使用的接地变压器的零序阻抗均为(1+j5)Ω，则在以下三种配置下接地残流的理论计算值与仿真值大小如表1所示。

配置Ⅰ：仅在原消弧线圈上并联1台900kVar手动调节消弧线圈。

配置Ⅱ：在原消弧线圈上并联1台500kVar手动调节消弧线圈，并在线路1和线路2上安装200kVar消弧线圈。

配置Ⅲ：在第1、2、3、4条线路上各安装一台容量为200kVar的消弧线圈，在第6条线路上安装一台容量为100kVar的消弧线圈。

表1接地残流的理论值和仿真值

可以看出，在三种不同的情况下，采用优化模型计算得到的接地残流大小与仿真中接地残流的大小十分接近，误差分别为2.9％、3.8％和0.5％，充分说明了优化模型中接地残流算法的合理性。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种配电网电容电流分布补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取配电网相关数据信息，确定数学模型的变量及其取值空间；

步骤2、根据***对补偿容量的要求，确定约束条件；

步骤3、以接地残流的大小作为补偿效果的衡量标准，以接地残流最小和成本最低为目标，建立目标函数；

步骤4、对步骤3建立的目标函数优化，求解，得出最佳配置方案。

2.如权利要求1所述的配电网电容电流分布补偿方法，其特征在于，所述步骤1中的配电网相关数据信息包括：配电网拓扑信息、配电网接线方式和运行方式、配电网单线图和母线上每一条出线的电容电流大小；

步骤1中确定数学模型的变量及其取值空间的方式如下：将每一条线路上配置的消弧线圈容量大小确定为数学模型的变量，L₀为安装在母线上的可自动调节的消弧线圈，L₁、L₂、…、L_i(i＝1，2…n)为安装在线路上的小容量消弧线圈，容量固定；设配电网母线上有n条出线，第i条线路的电容电流大小为I_Ci，第i条线路上配置的消弧线圈容量为Q_Li；若该条线路上未配置消弧线圈，则Q_Li＝0。

3.如权利要求1所述的配电网电容电流分布补偿方法，其特征在于，所述步骤2中的根据***对补偿容量的要求，需考虑配电网中第j条线路(j＝1，2…n)切除或转供时，在相应的消弧设备随之一起退出运行或转移的情况下，

一方面配电网的消弧线圈总容量应满足***正常运行时过补偿的要求，并保留一定的裕度，选取消弧线圈的安装容量

另一方面消弧线圈容量的调节下限应不大于所需要的补偿容量Q_C，

其中，为额定相电压，I_C为***电容电流；

根据上述***对补偿容量的要求，确定约束条件为

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{0\min }+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{Li}\≤Q_C\≤\frac{1}{1.35}\left(Q_{0\max }+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{Li}\right)\\ Q_{0\min }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{Li}\≤Q_C-Q_{Cj}\≤\frac{1}{1.35}\left(Q_{0\max }+\underset{i=1,i\≠j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{Li}\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，Q_0min和Q_0max分别为母线上集中补偿的消弧线圈的调节下限和调节上限，Q_Cj为第j条线路所需要的补偿容量，I_Cj为第j条线路的电容电流。

4.如权利要求1所述的配电网电容电流分布补偿方法，其特征在于，所述步骤3中目标函数建立的方式如下：

①建立接地残流最小的目标函数I_f，采用母线发生单相接地故障时，消弧线圈由于自动调节作用处于全补偿状态下，流过故障点的接地残流大小作为目标函数；接地残流大小的计算方法，是将故障点接地前的相电压大小与***的对地电导相乘，由此得

其中G₀为配电网对地的泄露电导，若已测得***的对地电容为C₀，电网的阻尼率为d，则G₀＝2πfC₀d；

G_L0为母线上接入集中补偿消弧线圈时引入的对地电导；

G_Li为第i条线路(i＝1，2…n)上接入小容量消弧线圈成套装置后引入的对地电导，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零；设母线上消弧线圈所接的接地变压器的零序阻抗为(R₀+jX₀)Ω，第i条线路上所接的接地变压器的零序阻抗为(R_i+jX_i)Ω，消弧线圈的补偿容量为Q_Li，则

②建立成本最低的目标函数A，设备的改造成本包括两部分：一部分为母线消弧线圈增容的改造费用A₀，另一部分为线路上小容量消弧线圈的设备成本及安装费用；由此得

$A=A_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i---\left(4\right)$

其中为A_i为第i条线路上消弧线圈成套装置的设备成本及安装费用，如果该条线路未接消弧线圈，则此项为零。

5.如权利要求4所述的配电网电容电流分布补偿方法，其特征在于，所述步骤4的实现方式如下：将所述接地残流最小的目标函数I_f和成本最低的目标函数A进行优化，引入权重系数k₁和k₂，将双目标函数转化为单一目标函数F进行求解

F＝k₁I_f+k₂A (5)。