CN108808745A - 一种主动配电网的动态无功优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动配电网的动态无功优化方法，包括获取主动配电网的初始数据；确定无功优化的目标函数；对负荷率进行处理；对分布式电源出力进行处理；计算各个时间段最优配置数据；对主动配电网进行静态无功优化，设置两个指标以判断装置是否需要动作，最后，得到配电网的动态无功优化方案。本发明对负荷的时变性与分布式电源出力的波动性进行考虑，以小时为单位进行分段，对未来一天的DG出力和负荷率曲线进行处理，然后在每个时间段内进行静态无功优化以获得相应的最优配置数据，通过设置两个指标阈值以判断相邻时间段内装置的动作情况，该方法简化了主动配电网的动态无功优化过程，减少了装置的动作次数，同时具有良好的可实施性。

Description

一种主动配电网的动态无功优化方法

技术领域

本发明涉及电力***技术领域，更具体地说，涉及一种考虑网损指标和电压偏移量指标的主动配电网的动态无功优化方法。

背景技术

分布式电源并网将对配电网的潮流产生一定的冲击，发生不小的变化。当具有出力波动性的DG并入配电网时，将时刻都可能对配电网发生着不同程度的影响，考虑到这点，故需采用相应的无功优化措施，对***进行优化，使得稳定性与安全性得以提高。而较为常见的静态无功优化研究，研究角度侧重于优化算法的改进，本发明将对主动配电网的动态无功优化策略展开研究，是很有实际运用价值的。

为了更贴近电力***运行的实际情况，在对配电网进行无功优化时，应该将无功补偿装置的动作次数约束、DG出力的波动性、负荷的变化性加入研究，才能更具有现实意义。因此，本发明对主动配电网的动态无功优化策略进行研究，采取一种简化的方式，在降低网损、提高电压水平的前提下，减少优化装置动作次数，具备良好的应用性。

发明内容

本发明的目的是在保证***的经济性与稳定性的基础上，简化方法，提供一种主动配电网的动态无功优化方法，减少装置全天的动作次数，更具有合理性与客观性，对主动配电网动态无功优化策略的研究具有参考意义。

本发明采用如下技术方案：

一种主动配电网的动态无功优化方法，包括如下步骤：

a、获取主动配电网的初始数据；

b、确定无功优化的目标函数；

c、对负荷率进行处理；

d、对分布式电源出力进行处理；

e、计算各个时间段最优配置数据；

f、对主动配电网进行静态无功优化，设置两个变量的约束条件以判断装置是否需要动作，得到整个动态无功优化方案；

步骤a中，所述的获取主动配电网的初始数据，包括：收集各个节点和各条支路的数据，获取全天的负荷率及分布式电源出力的情况；

步骤b中，所述无功优化目标函数包括配电网有功网损f₁和电压偏移量f₂，表达式如下:

上式中，U_i和U_j分别为节点i和节点j的电压幅值；G_ij为i-j支路的电导；θ_ij为节点i和节点j的电压的相角差；N为配电网所有节点组成的集合，为节点i的最大允许电压偏移值；为节点i的理想电压；

步骤f中，主动配电网进行静态无功优化的总目标函数表达式为：

minf＝ω₁f₁+ω₂f₂ (3)

上式中，f为无功优化总目标函数，ω₁、ω₂为权值，且有ω₁+ω₂＝1；

所述变量的约束条件包括各节点的有功功率和无功功率平衡约束及各控制变量约束；

各节点的有功功率和无功功率平衡约束如下：

各控制变量约束如下：

T_min＜T＜T_max (6)

Q_C.min＜Q_C＜Q_C.max (7)

Q_DG.min＜Q_DG＜Q_DG.max (8)

C_T≤C_Tmax (9)

其中，P_i和Q_i分别为节点注入的有功功率和无功功率；B_ij为i-j支路的电纳；T为有载调压变压器分接头的位置，T_min和T_max分别为有载调压变压器最小档位与最大档位；Q_C为并联电容器的无功容量，Q_c.min和Q_c.max分别为并联电容器无功容量的最小值与最大值；Q_DG为分布式电源的无功输出量，Q_DG.min和Q_DG.max分别为分布式电源的无功输出量的最小值与最大值；C_T表示装置全天动作的次数，C_Tmax表示当日装置动作次数允许的最大值。

在一较佳实施例中：步骤c中，将一天连续的负荷进行分段，离散化处理，用积分中值定理将其分为24个时段作为计算负荷。

在一较佳实施例中：步骤d中，将分布式电源出力波动性纳入考虑，将分布式电源日输出功率情况进行分段，离散化处理，用积分中值定理处理为24 个时段的出力。

在一较佳实施例中：步骤e中，对每个时间段进行相应的静态无功优化计算，得到各个时间段内的最优无功优化情况下的装置配置情况，即最优装置配置数据。

在一较佳实施例中：步骤f中，对于第一个时间段，装置采用该时间段的最优装置配置数据；从第二个时间段开始，将前一个时间段内的采用的装置配置数据运用到该时间内，通过DG调整无功出力进行无功优化，计算相应的有功网损减少率和电压偏移量减少率，并将这两个指标与最优配置下的有功网损减少率和电压偏移量减少率进行相应对比，分别设置两个阈值，只要有一者大于相应阈值的设定值，即判定为数据偏差超过预期值，此时装置需要动作；否则，可以延续上个时间段内的装置配置，以此类推直至第24个时间段，处理完毕。

在一较佳实施例中：所述两个阈值，一个指的是网损减少率，另一个指的是电压偏移量减少率；

取当前时间为t，上一个时间段的时间为t-1，网损减少率指无功优化后网损减少量与无功优化前网损的比值，电压偏移量减少率指无功优化后电压偏移量减少量与无功优化前电压偏移量的比值；

对各个时段分别进行静态无功优化，获得相应的无功优化最优配置，在当前时间段t进行无功优化后，令最优配置下网损减少率表示为ΔP_t％，电压偏移量减少率表示为ΔU_t％，将上一段时间t-1的配置代入当前时间t后得到的网损减少率为ΔP_t'％，电压偏移量减少率为ΔU_t'％，阈值分别设定为M₁和M₂。其中，两个阈值大小的设定与决策者的实际需求有关，按照实际情况予以设定，本专利中两者值皆取为2.5％，符合工程实例需求。下面两个式子只要满足其中之一，则判定该时段无功优化装置需要动作：

|ΔP_t'％-ΔP_t％|＞M₁ (10)

|ΔU_t'％-ΔU_t％|＞M₂ (11)

若上面的两个式子(10)与(11)均不满足，则判定t时段可以延用t-1时段的无功优化装置配置，无需进行调整。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过对实时变化的负荷率与分布式电源有功出力进行处理，采用一种简化的动态无功优化策略，基于分时段的静态无功优化，通过设定两个阈值进行对比分析以判断无功优化装置动作与否，该方法能有效的降低电网的全网有功损耗，提高节点电压水平，有利于电网安全经济运行，并在此基础上大程度的降低了无功优化装置的动作次数，符合预期，具有一定的实际运用价值。

附图说明

图1是本发明一种主动配电网的动态无功优化方法的流程图；

具体实施方式

本发明提供了一种主动配电网的动态无功优化方法，通过对负荷与分布式电源有功出力的处理，将一天的负荷率及DG出力情况分为24个时间段进行研究，采用一种简化的动态无功优化策略，基于分时段的静态无功优化，通过设定两个阈值对无功装置是否需要动作进行判断分析，将该方法运用于算例当中，通过仿真研究，可知该方法可以有效减少网损，使节点电压水平提高，在保证***经济性与稳定性的前提下，大程度的降低了装置的动作次数，具有一定的实际运用价值。

一种考虑无功优化的分布式电源接入配电网的评估方法如图1所示，包括以下步骤：

a、获取主动配电网的初始数据；

b、确定无功优化的目标函数；

c、对负荷率进行处理；

d、对分布式电源出力进行处理；

e、计算各个时间段最优配置数据；

f、对主动配电网进行静态无功优化，设置两个指标以判断装置是否需要动作，最后得到整个动态无功优化方案。

步骤a中，所述对获取主动配电网的初始数据，包括：收集各个节点和各条支路的数据，获取负荷率及分布式电源出力的情况。

步骤b中，无功优化目标函数包括配电网有功网损f₁和电压偏移量f₂，表达式如下:

上式中，U_i和U_j分别为节点i和节点j的电压幅值；G_ij为i-j支路的电导；θ_ij为节点i和节点j的电压的相角差；N为***所有节点组成的集合，为节点i的最大允许电压偏移值；为节点i的理想电压。

本发明中配电网无功优化总目标函数表达式为：

minf＝ω₁f₁+ω₂f₂ (25)

上式中，f为无功优化总目标函数，f₁为配电网有功网损，f₂为电压偏移量，ω₁、ω₂为权值，且有ω₁+ω₂＝1。

各节点的有功功率和无功功率平衡约束如下：

各控制变量约束如下：

T_min＜T＜T_max (28)

Q_C.min＜Q_C＜Q_C.max (29)

Q_DG.min＜Q_DG＜Q_DG.max (30)

C_T≤C_Tmax (31)

其中，P_i和Q_i分别为节点注入的有功功率和无功功率；B_ij为i-j支路的电纳；T为有载调压变压器分接头的位置，T_min和T_max分别为有载调压变压器最小档位与最大档位；Q_c为并联电容器的无功容量，Q_c.min和Q_c.max分别为并联电容器无功容量的最小值与最大值；Q_DG为分布式电源的无功输出量，Q_DG.min和Q_DG.max分别为分布式电源的无功输出量的最小值与最大值；C_T表示装置全天动作的次数，C_Tmax表示当日装置动作次数允许的最大值。

步骤c中，将一天连续的负荷进行分段，离散化处理，用积分中值定理将其分为24个时段作为计算负荷。

步骤d中，将分布式电源出力波动性纳入考虑，将分布式电源日输出功率情况处理为24个时段的出力。

步骤e中，对每个时间段进行相应的静态无功优化计算，得到各个时间段内的最优无功优化装置配置的数据。

步骤f中，对于第一个时间段，装置采用该时间段的最优配置数据。从第二个时间段开始，将前一个时间段内的装置配置运用到该时间内，通过DG调整无功出力进行无功优化，计算相应的有功网损减少率和电压偏移量减少率，并将这两个指标与最优配置下的有功网损减少率和电压偏移量减少率进行相应对比，分别设置两个阈值，只要有一者大于相应阈值的设定值，即判定为数据偏差超过预期值，此时装置需要动作；否则，可以延续上个时间段内的装置配置，以此类推直至第24个时间段，处理完毕。

上述提到的两个阈值，一个指的是网损减少率，另一个指的是电压偏移量减少率。

取当前时间为t，上一个时间段的时间为t-1，网损减少率指无功优化后网损减少量(网损在无功优化前后的差值)与无功优化前网损的比值，电压偏移量减少率指无功优化后电压偏移量减少量(即电压偏移量在无功优化前后的差值)与无功优化前电压偏移量的比值。

对各个时段分别进行静态无功优化，获得相应的无功优化最优配置，在当前时间段t进行无功优化后，令最优配置下网损减少率表示为ΔP_t％，电压偏移量减少率表示为ΔU_t％，将上一段时间t-1的配置代入当前时间t后得到的网损减少率为ΔP_t'％，电压偏移量减少率为ΔU_t'％，阈值分别设定为M₁和M₂。其中，两个阈值大小的设定与决策者的实际需求有关，按照实际情况予以设定，本专利中两者值皆取为2.5％，符合工程实例需求。下面两个式子只要满足其中之一，则判定该时段无功优化装置需要动作：

|ΔP_t'％-ΔP_t％|＞M₁ (32)

|ΔU_t'％-ΔU_t％|＞M₂ (33)

若上面的两个式子(32)与(33)均不满足，则判定t时段可以延用t-1时段的无功优化装置配置，无需进行调整。

设置的两个指标，其中一个是有功网损减少率，另一个是电压偏移量减少率，两者的出发点分别对应的是经济性问题与安全稳定性问题，使得无功优化的结果既能满足约束条件的限制，减少装置的动作次数，又能尽量保证优化方案的经济性与稳定性，具有一定的实际运用价值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、获取主动配电网的初始数据；

b、确定无功优化的目标函数；

c、对负荷率进行处理；

d、对分布式电源出力进行处理；

e、计算各个时间段最优配置数据；

f、对主动配电网进行静态无功优化，设置两个变量的约束条件以判断装置是否需要动作，得到整个动态无功优化方案；

步骤a中，所述的获取主动配电网的初始数据，包括：收集各个节点和各条支路的数据，获取全天的负荷率及分布式电源出力的情况；

步骤b中，所述无功优化目标函数包括配电网有功网损f₁和电压偏移量f₂，表达式如下:

上式中，U_i和U_j分别为节点i和节点j的电压幅值；G_ij为i-j支路的电导；θ_ij为节点i和节点j的电压的相角差；N为配电网所有节点组成的集合，为节点i的最大允许电压偏移值；为节点i的理想电压；

步骤f中，主动配电网进行静态无功优化的总目标函数表达式为：

minf＝ω₁f₁+ω₂f₂ (3)

上式中，f为无功优化总目标函数，ω₁、ω₂为权值，且有ω₁+ω₂＝1；

所述变量的约束条件包括各节点的有功功率和无功功率平衡约束及各控制变量约束；

各节点的有功功率和无功功率平衡约束如下：

各控制变量约束如下：

T_min＜T＜T_max (6)

Q_C.min＜Q_C＜Q_C.max (7)

Q_DG.min＜Q_DG＜Q_DG.max (8)

C_T≤C_Tmax (9)

其中，P_i和Q_i分别为节点注入的有功功率和无功功率；B_ij为i-j支路的电纳；T为有载调压变压器分接头的位置，T_min和T_max分别为有载调压变压器最小档位与最大档位；Q_C为并联电容器的无功容量，Q_c.min和Q_c.max分别为并联电容器无功容量的最小值与最大值；Q_DG为分布式电源的无功输出量，Q_DG.min和Q_DG.max分别为分布式电源的无功输出量的最小值与最大值；C_T表示装置全天动作的次数，C_Tmax表示当日装置动作次数允许的最大值。

2.根据权利要求1所述的主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于，步骤c中，将一天连续的负荷进行分段，离散化处理，用积分中值定理将其分为24个时段作为计算负荷。

3.根据权利要求1所述的主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于，步骤d中，将分布式电源出力波动性纳入考虑，将分布式电源日输出功率情况进行分段，离散化处理，用积分中值定理处理为24个时段的出力。

4.根据权利要求1所述的主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于，步骤e中，对每个时间段进行相应的静态无功优化计算，得到各个时间段内的最优无功优化情况下的装置配置情况，即最优装置配置数据。

5.根据权利要求1所述的主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于，步骤f中，对于第一个时间段，装置采用该时间段的最优装置配置数据；从第二个时间段开始，将前一个时间段内的采用的装置配置数据运用到该时间内，通过DG调整无功出力进行无功优化，计算相应的有功网损减少率和电压偏移量减少率，并将这两个指标与最优配置下的有功网损减少率和电压偏移量减少率进行相应对比，分别设置两个阈值，只要有一者大于相应阈值的设定值，即判定为数据偏差超过预期值，此时装置需要动作；否则，可以延续上个时间段内的装置配置，以此类推直至第24个时间段，处理完毕。

6.根据权利要求5所述的主动配电网的动态无功优化方法，其特征在于：所述两个阈值，一个指的是网损减少率，另一个指的是电压偏移量减少率；

取当前时间为t，上一个时间段的时间为t-1，网损减少率指无功优化后网损减少量与无功优化前网损的比值，电压偏移量减少率指无功优化后电压偏移量减少量与无功优化前电压偏移量的比值；

对各个时段分别进行静态无功优化，获得相应的无功优化最优配置，在当前时间段t进行无功优化后，令最优配置下网损减少率表示为ΔP_t％，电压偏移量减少率表示为ΔU_t％，将上一段时间t-1的配置代入当前时间t后得到的网损减少率为ΔP_t'％，电压偏移量减少率为ΔU_t'％，阈值分别设定为M₁和M₂。其中，两个阈值大小的设定与决策者的实际需求有关，按照实际情况予以设定，本专利中两者值皆取为2.5％，符合工程实例需求。下面两个式子只要满足其中之一，则判定该时段无功优化装置需要动作：

|ΔP_t'％-ΔP_t％|＞M₁ (10)

|ΔU′_t％-ΔU_t％|＞M₂ (11)

若上面的两个式子(10)与(11)均不满足，则判定t时段可以延用t-1时段的无功优化装置配置，无需进行调整。