CN109412169A - 基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，包括如下步骤：1）判断配电网所处环境是否处于覆冰情况；2）防结冰优化：当配电网处于覆冰状态时，分组投入无功电容启动防结冰程序，直至达到保线电流；3）无功补偿优化：当配电网不再处于覆冰状态时，测量线路功率因数的大小，若低于预定值，则进行无功补偿优化，直至线路功率因数达到预定值。本发明的优点：1）通过对气象数据和配电网运行参数的测定与计算，保证配电线融冰抗冰；2）利用防结冰优化和无功补偿优化并行，共同提高电网运行的可靠性。

Description

基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，属于电力***技术领域。

背景技术

我国的配电网发展较发达国家相对落后，尤其是位于农村山区等地的配电网络，长期面临设备老化，线路网架薄弱等问题。农村山区地区的配电网输电线路较长，分支结构复杂且负荷点分散，用电负荷受季节性影响变化明显，同时电网运行处于低功率因数状态，网络损耗大，线路利用率低。由于配电网负荷的不断增加，以及电源能耗的大幅度增加，不但改变了电力***的网络结构和电源分布，造成***的无功分布不合理，同时在寒冷天气等恶劣环境的情况下，农村山区的配电网线路容易形成覆冰区，影响配电网正常运行，甚至导致停电事故的发生。

据统计，我国2008年初发生的低温雨雪冰冻灾害，共造成全国范围电网停运电力线路36740条，停运变电站2018座，110kV~500kV线路中8381基杆塔倾倒及损坏，全国共170个县(市)发生供电中断。南方电网供电区域中的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区电网设施遭受到严重破坏，仅南方电网的直接经济损失就高达150多亿元。2008年1月份我国南方大规模的雨雪冰冻灾害造成输电线路和杆塔大面积覆冰，部分地区电网输变电设施受损，相关电厂发电机组也因之跳闸停机。上述数据表明，我国目前的电网***抵御和防范极端天气灾害的能力仍有待提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有配电网***抗寒抗冻能力差、网络损耗大、线路利用率低的情况，提出一种基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法。

本发明的技术解决方案：基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，包括如下步骤：

1）根据当地的气象数据以及巡检人员的检查，判断配电网所处环境是否处于覆冰情况；

2）防结冰优化：当配电网处于覆冰状态时，分组投入无功电容启动防结冰程序，直至达到保线电流；

3）无功补偿优化：当配电网不再处于覆冰状态时，测量线路功率因数的大小，若低于预定值，则进行无功补偿优化，直至线路功率因数达到预定值。

本发明的优点：

1）通过对气象数据和配电网运行参数的测定与计算，保证配电线融冰抗冰；

2）利用防结冰优化和无功补偿优化并行，共同提高电网运行的可靠性。

附图说明

附图1是基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，包括如下步骤：

1）根据当地的气象数据以及巡检人员的检查，判断配电网所处环境是否处于覆冰情况；

2）防结冰优化：当配电网处于覆冰状态时，分组投入无功电容启动防结冰程序，直至达到保线电流；

3）无功补偿优化：当配电网不再处于覆冰状态时，测量线路功率因数的大小，若低于预定值，则进行无功补偿优化，直至线路功率因数达到预定值。

所述的步骤1）具体包括：

①收集现场实际数据、配备线路等数据拓扑图，确定配电网长期覆冰点位置；

②运用ETAP潮流分析软件，计算得出该覆冰点需要的融冰装置的容量及安装位置；

③由气象台得到的气象数据以及巡检人员的检查进一步判断实际覆冰情况。

所述的步骤2）防结冰优化包括：

融冰电流目标函数表示为：

（1）

其中R _T0为等效冰层传导热阻，，I _r 为融冰电流，R ₀为0℃时的导线电阻，T _r 为融冰时间，Δt为导体温度与外界气温之差，g ₀为冰的比重，b为冰层厚度，D为导体覆冰后的外径，d为导线直径，L _n 为导线长度，λ为导热系数，对雨淞λ=2.27×10-2，对雾淞λ=0.12×10-2，R _T 为对流及辐射等效热阻，对雾淞，对雨淞， V为风速。

根据上述经验公式，在外界气象条件(风速、气温)以及覆冰厚度已知的情况下，可以得到能够预防结冰时的融冰电流，即保线电流的大小。

所述的步骤3）无功补偿优化，包括：在配电网负荷分散地区，例如配电线路、变压器以及用户的设备等进行分散式无功补偿。

电容补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器的接法有关，

集中补偿和分组补偿时的电容补偿容量的计算方法如下：

（2）

式中P _c 为月最大有功计算负荷，α _v 为月平均负载率，φ ₁为补偿前的功率因数角，φ ₂为补偿后的功率因数角，Q _c 为电容补偿率。

***网损最小时的无功优化目标函数为：

（3）

式中minF为网损最小时的无功值，n_i为支路数，G_k（i，j）是以节点i和节点j为首末端的第k条支路的电导，V _i，V _j为节点i和节点j的节点电压，cosδ _ij 为节点i和节点j的节点功率因数；

其约束条件如下：

（4）

其中，P _is ，Q _is 为节点i注入的有功和无功，G _ij 和B _ij 为节点i和节点j之间的电导和电纳；θ _ij 为节点电压V _i，V _j之间的相角差，N_i为与节点i有关的节点号的集合，包括i本身，s为平衡点；N_PQ为P、Q节点结合。

电压幅值约束为：V _imin ≤V _i ≤V _imax ，i∈N _B ；其中N _B 为***节点总数，确保用户的用电质量及供电稳定性，V _imin 、V _imax 为电压幅值的下限与上限；

补偿容量约束为：Q _imin ≤Q _i ≤Q _imax ；其中Q _imin 、Q _imax 为节点i所安装无功补偿装置的投切容量的下限与上限。

实施例

下面根据实施例进一步说明本发明的技术方案。

对规格为GB 1179-74的LGJ-120型导线在不同覆冰厚度和风速的环境下，依据本发 明的技术方案计算得到的融冰电流如下表1所示：(1小时融冰)

表1。

Claims (4)

1.基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，包括如下步骤：

1）根据当地的气象数据以及巡检人员的检查，判断配电网所处环境是否处于覆冰情况；

2）防结冰优化：当配电网处于覆冰状态时，分组投入无功电容启动防结冰程序，直至达到保线电流；

3）无功补偿优化：当配电网不再处于覆冰状态时，测量线路功率因数的大小，若低于预定值，则进行无功补偿优化，直至线路功率因数达到预定值。

2.根据权利要求1所述的基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，其特征是所述的步骤1）具体包括如下步骤：

①收集现场实际数据、配备线路数据拓扑图，确定配电网长期覆冰点位置；

②运用ETAP潮流分析软件，计算得出该覆冰点需要的融冰装置的容量及安装位置；

③由气象台得到的气象数据以及巡检人员的检查进一步判断实际覆冰情况。

3.根据权利要求1所述的基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，其特征是所述的步骤2）防结冰优化包括：

融冰电流目标函数表示为：

（1）

其中R _T0为等效冰层传导热阻，，I _r 为融冰电流，R ₀为0℃时的导线电阻，T _r 为融冰时间，Δt为导体温度与外界气温之差，g ₀为冰的比重，b为冰层厚度，D为导体覆冰后的外径，d为导线直径，L _n 为导线长度，λ为导热系数，对雨淞λ=2.27×10-2，对雾淞λ=0.12×10-2，R _T 为对流及辐射等效热阻，对雾淞，对雨淞，V为风速；

根据上述经验公式，在外界气象条件以及覆冰厚度已知的情况下，得到能够预防结冰时的融冰电流，即保线电流的大小。

4.根据权利要求1所述的基于强励模式下的无功补偿优化及配电网防结冰方法，其特征是所述的步骤3）无功补偿优化包括：在配电网负荷分散地区，例如配电线路、变压器以及用户的设备进行分散式无功补偿；

电容补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器的接法有关，集中补偿和分组补偿时的电容补偿容量的计算方法如下：

（2）

式中P _c 为月最大有功计算负荷，α _v 为月平均负载率，φ ₁为补偿前的功率因数角，φ ₁为补偿后的功率因数角，Q _c 为电容补偿率；

***网损最小时的无功优化目标函数为：

（3）

式中n为支路数，G_k（i，j）是以节点i和节点j为首末端的第k条支路的电导；V _i，V _j为节点i和节点j的节点电压；cosδ _ij 为节点i和节点j的节点功率因数；

其约束条件如下：

（4）

其中，P _is ，Q _is 为节点i注入的有功和无功，G _ij 和B _ij 为节点i和节点j之间的电导和电纳；θ _ij 为节点电压V _i，V _j之间的相角差，N_i为与节点i有关的节点号的集合，包括i本身，s为平衡点；N_PQ为P、Q节点结合；

电压幅值约束为：V _imin ≤V _i ≤V _imax ，i∈N _B ；其中N _B 为***节点总数，确保用户的用电质量及供电稳定性，V _imin 、V _imax 为电压幅值的下限与上限；

补偿容量约束为：Q _imin ≤Q _i ≤Q _imax ；其中Q _imin 、Q _imax 为节点i所安装无功补偿装置的投切容量的下限与上限。