CN113471985A - 计及svg控制精度小需量距离寻优无功补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法及装置，将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区，对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿。本发明通过包括软件控制算法的技术手段，消除设备缺陷造成的控制死区，提高自动电压控制无功控制准确率，降低新能源厂站无功考核费用和上一级新能源汇集区无功协调压力，达到稳定精准控制。

Description

计及SVG控制精度小需量距离寻优无功补偿方法及装置

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别是涉及到一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法及装置。

背景技术

凡是安装有低压变压器地方及大型用电设备旁边基本都会配备无功补偿装置，特别是那些功率因数较低的工矿企业、居民区均应安装，对于大型异步电机、变压器、电焊机、冶炼、轧钢、轧铝、大型交换机等也尤其需要安装。加装补偿设备是提高电能质量，提高电能利用率的有效措施。

SVG（Static Var Generator）具有调节精度高、速率高，且能输出0.98的功率因数并降低谐波含量等优势，因此是一种很受欢迎的无功补偿装置。一般需要无功补偿场景会配置低压变压器总容量15%—50%的多台SVG并列运行。

SVG控制精度优于一般的有级无功补偿装置，能够实现从零点几千乏开始的无级补偿。SVG无功输出和工作电流呈比例关系，为了保障SVG设备稳定运行需要一个最小工作电流。因此在0到最小工作电流之间对应的无功是其无功调节死区。由于SVG厂家工艺的区别，无功死区为容量的5%-10%不等。

目前自动电压控制***控制无功补偿通常用的分配策略都是根据装置容量或可调裕度进行平均分配，这两种策略无法针对小幅度的无功补偿需求（调节死区内的无功指令）进行精准补偿。针对这种情况，各控制软件厂家往往会采取另一种策略，即优先调节控制死区最小的SVG装置。但是由于剩余的SVG装置在死区内的无功遥测值不可信，这种策略仍然无法实现无功指令低于起始精度最高的设备的控制死区时的精准调节。

在新能源电站等需要无功补偿的场景，稳态运行时，调度会给其下综合无功指令。场站内的***根据该无功指令分配给多台SVG进行无功补偿。若无功控制精度不满足控制精度要求则有会造成严重后果的考核，产生罚款；在新能源汇集区，由于新能源厂站较多，无功控制偏差太大还会有拉停场站风险。由于SVG具有一定的控制死区，当无功补偿指令较小时，亟需一种精准分配策略。

发明内容

本发明提出一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法及装置，解决SVG调节死区造成的死区内无功指令无法精准调节问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法，包括：

将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区，对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿。

进一步的，所述多组边界死区的组合策略是对每台SVG精准实现精准调控的前提下让其具有最小负载。

进一步的，选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时进行反馈校验，在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。

更进一步的，具体步骤包括：

S1：假设总的控制精度要求为Q_AccuMVar，针对n台容量为Q_rn的SVG，设每台正向死区为a_n，负向控制死区为b_n，得到矩阵

A=[a₁,a₂,…,a_n]，B=[b₁,b₂,…,b_n]；

S2：构建大小为i*n的X矩阵，i=2ⁿ；

S3：给X的每一列赋值，第一列均赋值为a₁，第二列均赋值为a₂，第n列均赋值为a_n；

S4：迭代n次，每次将X的第n列进行修改；每轮再迭代I次，I=2ⁿ；每次把第n列的第j行进行修改，方法如下：

设i=1，jold=1，j从1开始自增，若j-jold=2^N-n：jold=j，i=i+1；将i对2取模，若余数为0，则将第n列的第j行~第（j+2^N-n-1）行从a_n修改为b_n；

S5：构建矩阵Y，Y的大小为2ⁿ*1；

S6：给Y的每个元素赋值，第y行为sum(X₁₁，X_1N)；

S7：设总正向死区D_{pos_total}=sum(a₁，a_n)，总负向死区D_{neg_total}=sum(b₁，b_n)；

S8：当无功指令Q_target<D_{neg_total}或Q_target>D_{pos_total}时，若Q_target>0，则各SVG的无功指令为a_n+(Q_target-D_{pos_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；若Q_target<0，则各SVG的无功指令为b_n+(Q_target-D_{neg_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；其中Q_{rn_total}为n台SVG总容量；

S9：当D_{neg_total}<Q_target<D_{pos_total}时，遍历Y中元素寻找与Q_target最接近的元素，记录其角标为J；方法为：设J初始值为1，Q_Distance初始值为0；若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance，则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distance；

S10：若Q_Distance<Q_Accu，则将X的第j行的n个元素取出，并做为无功指令分别下发给对应的n台SVG，策略结束；

若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，若存在相同的最小值则取最靠后的一个，将Q_Distance全部加在给该台设备的指令上；若所有元素方向均与其相反，则重新遍历Y，寻找与Q_target最接近的元素，若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance且（Q_target>0&&Y_j！=D_{pos_total}）||（Q_target<0&&Y_j！=D_{neg_total}），则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distanc；若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，并将Q_Distance全部加在给该台设备的指令上。

本发明另一方面还提出一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿装置，包括：

组合模块，将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区；

补偿模块，用于对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿。

进一步的，还包括组合策略模块，用于控制所述多组边界死区的组合策略是对每台SVG实现精准调控的前提下让其具有最小负载。

进一步的，还包括反馈校验模块，用于在选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时进行反馈校验，在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过包括软件控制算法的技术手段，消除设备缺陷造成的控制死区，提高自动电压控制无功控制准确率，降低新能源厂站无功考核费用和上一级新能源汇集区无功协调压力，达到稳定精准控制。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先对本发明涉及的无功补偿技术进行基础说明：

无功补偿：是一种在电力供电***中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的技术。绝大多数电气设备在运行时需要无功和有功。

有功功率：直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率；

无功功率：消耗电能，但只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率。

有功功率的平方+无功功率的平方=视在功率的平方，是一个三角函数的关系。

功率因数=有功功率/视在功率，即cosΦ=P/S ，而功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

在一定的有功功率下，功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，电能损失越大，因此供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

电网中的电力负荷，如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力***吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿的效益。 无功补偿的主要目的就是提升补偿***的功率因数。

采用无功功率补偿来提高功率因数，不但能大量减少线路中因输送无功电流而产生的电能损耗，还能有效地改善和提高末端用户处的电压，提高电气设备的经济运行水平。所以无功功率补偿在供配电***中一直是非常重要的环节。

本发明针对无功补偿中SVG调节死区造成的死区内无功指令无法精准调节问题，提供一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿策略如下：

1、假设有n台SVG，容量为Q_rn，每台正向控制死区为a_n，负向控制死区为b_n，认为b_n~a_n内的无功测量值均不可信，且为调节死区，但是边界为可控；

2、若存在很小的无功指令Q_target，通过对该n台SVG的一系列组合调节，每台均下超过或等于其死区的无功遥调指令（可能存在感性和容性无功同时补偿的情况），则可以实现对该Q_target的精准控制。

依据上述策略，本发明具体步骤如下：

Step1：假设总的控制精度要求为Q_AccuMVar，针对n台容量为Q_rn的SVG，设每台正向死区为an，负向控制死区为b_n，得到

A=[a₁,a₂,…,a_n]，B=[b₁,b₂,…,b_n]；

Step2：构建大小为i*n的X矩阵，i=2ⁿ；

Step3：给X的每一列赋值，第一列均赋值为a₁，第二列均赋值为a₂，第n列均赋值为a_n；

Step4：迭代n次，每次将X的第n列进行修改；每轮再迭代I次，I=2ⁿ；每次把第n列的第j行进行修改，方法如下：

设i=1，jold=1，j从1开始自增，若j-jold=2^N-n：jold=j，i=i+1；将i对2取模，若余数为0，则将第n列的第j行~第（j+2^N-n-1）行从a_n修改为b_n。

Step5：构建矩阵Y，Y的大小为2ⁿ*1；

Step6：给Y的每个元素赋值，第y行为sum(X₁₁，X_1N)。

Step7：设总死区D_{pos_total}=sum(a₁，a_n)，D_{neg_total}=sum(b₁，b_n)。

Step8：当Q_target<D_{neg_total}或Q_target>D_{pos_total}时，若Q_target>0，则各SVG的无功指令为a_n+(Q_target-D_{pos_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；若Q_target<0，则各SVG的无功指令为b_n+(Q_target-D_{neg_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；

Step9：当D_{neg_total}<Q_target<D_{pos_total}时，遍历Y中元素寻找与Q_target最接近的元素，记录其角标为J；方法为：设J初始值为1，Q_Distance初始值为0；若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance，则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distance。

Step10：若Q_Distance<Q_Accu，则将X的第j行的n个元素取出，并做为无功指令分别下发给对应的n台SVG，策略结束；

若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，若存在相同的最小值则取最靠后的一个，将Q_Distance全部加在给该台设备的指令上。若所有元素方向均与其相反，则重新遍历Y，寻找与Q_target最接近的元素，若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance且（Q_target>0&&Y_j！=D_{pos_total}）||（Q_target<0&&Y_j！=D_{neg_total}），则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distance。若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，并将Q_Distance全部加在给该台设备的指令上，此时不会再存在所有元素与其方向均相反的情况。

本发明应用在软件上，可以包括如下的模块：

组合模块，将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区；

补偿模块，用于对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿；

组合策略模块，用于控制所述多组边界死区的组合策略是对每台SVG精准实现精准调控的前提下让其具有最小负载。

反馈校验模块，用于在选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时进行反馈校验，在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。

下面将本发明的方法结合具体算例进行分析：

设一个250MW的新能源场站，配置3台35MVar的SVG，调节死区分别为2.5MVar，3MVar，3.5MVar，总的控制精度要求为1MVar；

Step1：针对该3台SVG构建矩阵A，B，得到

Step2：构建大小为8*3的X矩阵；

Step3：给X的每一列赋值，得到X为：

Step4：迭代3次，每次将X的第n列进行修改；每轮再迭代8次；每次把第n列的第j行进行修改，将迭代因子i对2取模，若余数0，则将第n列的第（i*2^N-n-1+1）行~第（i*2^N-n-1+2^N-n）行从a_n修改为b_n，得到X：

Step5：构建矩阵Y，Y的大小为8*1。

Step6：给Y的每个元素赋值，得到：

Step7：设总死区D_{pos_total}=9，D_{neg_total}=-9。

Step8：

若Q_target=12MVar>9Mar，则给该3台SVG下的无功指令分别为：

SVG1：（12-9）*35/（35+35+35)+2.5=3.5MVar；

SVG2：（12-9）*35/（35+35+35)+3=4MVar；

SVG3：（12-9）*35/（35+35+35)+3.5=4.5MVar；

若Q_target=-12MVar<-9Mvar，则给该3台SVG下的无功指令分别为：

SVG1：（-12+9）*35/（35+35+35)-2.5=-3.5MVar；

SVG2：（-12+9）*35/（35+35+35)-3=-4MVar；

SVG3：（-12+9）*35/（35+35+35)-3.5=-4.5MVar；

Step9：若Q_target=2.5Mvar，遍历Y，找到距离2.5Mvar最近的元素为3，其下标为3。

Step10：判断(3-2.5)MVar小于控制精度要求1MVar，则到X中找到第三行，得到给该三台SVG的指令分别为2.5Mvar，-3Mvar，3.5Mvar，调节结束。

若Q_target=6Mvar，小于9Mvar，则遍历Y，找到与其距离最近的元素4，其角标为5。判断(6-4)MVar大于控制精度要求1MVar，则到X中找到第5行，得到给该三台SVG的指令分别为-2.5Mvar，3Mvar，3.5Mvar；仍需上调2Mvar，找到与2方向相同的最小值为3Mvar，则将该2Mvar全部加在该台装置上，最后得到三台SVG的调节指令分别为-2.5Mvar，5Mvar，3.5Mvar，调节结束。

本发明优于现有技术的创新点在于：

（1）本发明通过软件的控制算法，解决硬件设备自身的缺陷，达到精准控制；

（2）本发明将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区，该多组边界是能够对每台SVG精准实现精准调控的前提下让其具有最小负载的组合策略；

（3）本发明基于距离寻优算法能够实现基于最小调节量的死区内精准补偿；

（4）本发明在选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时提供了反馈校验方法，且该方法能够在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法，其特征在于，包括：

将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区，对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿。

2.根据权利要求1所述的计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法，其特征在于，所述多组边界死区的组合策略是对每台SVG实现精准调控的前提下让其具有最小负载。

3.根据权利要求1所述的计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法，其特征在于，选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时进行反馈校验，在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。

4.根据权利要求1或2或3所述的计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1：假设总的控制精度要求为Q_AccuMVar，针对n台容量为Q_rn的SVG，设每台正向死区为a_n，负向控制死区为b_n，得到矩阵

A=[a₁,a₂,…,a_n]，B=[b₁,b₂,…,b_n]；

S2：构建大小为i*n的X矩阵，i=2ⁿ；

S3：给X的每一列赋值，第一列均赋值为a₁，第二列均赋值为a₂，第n列均赋值为a_n；

S4：迭代n次，每次将X的第n列进行修改；每轮再迭代I次，I=2ⁿ；每次把第n列的第j行进行修改，方法如下：

设i=1，jold=1，j从1开始自增，若j-jold=2^N-n：jold=j，i=i+1；将i对2取模，若余数为0，则将第n列的第j行~第（j+2^N-n-1）行从a_n修改为b_n；

S5：构建矩阵Y，Y的大小为2ⁿ*1；

S6：给Y的每个元素赋值，第y行为sum(X₁₁，X_1N)；

S7：设总正向死区D_{pos_total}=sum(a₁，a_n)，总负向死区D_{neg_total}=sum(b₁，b_n)；

S8：当无功指令Q_target<D_{neg_total}或Q_target>D_{pos_total}时，若Q_target>0，则各SVG的无功指令为a_n+(Q_target-D_{pos_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；若Q_target<0，则各SVG的无功指令为b_n+(Q_target-D_{neg_total})*Q_rn/Q_{rn_total}；其中Q_{rn_total}为n台SVG总容量；

S9：当D_{neg_total}<Q_target<D_{pos_total}时，遍历Y中元素寻找与Q_target最接近的元素，记录其角标为J；方法为：设J初始值为1，Q_Distance初始值为0；若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance，则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distance；

S10：若Q_Distance<Q_Accu，则将X的第j行的n个元素取出，并做为无功指令分别下发给对应的n台SVG，策略结束；

若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，若存在相同的最小值则取最靠后的一个，将Q_Distance全部加在给对应SVG的指令上；若所有元素方向均与其相反，则重新遍历Y，寻找与Q_target最接近的元素，若|Q_target-Y_j|<=Q_Distance且（Q_target>0&&Y_j！=D_{pos_total}）||（Q_target<0&&Y_j！=D_{neg_total}），则将j赋值给J，|Q_target-Y_j|赋值给Q_Distanc；若Q_Distance>Q_Accu且（Q_target-Y_j）>0则遍历X的第j行的n个元素，找到其中方向与其相同的元素中最小值，并将Q_Distance全部加在给该台设备的指令上。

5.一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿装置，其特征在于，包括：

组合模块，将多台SVG的正负向控制死区进行组合，得到多组边界死区；

补偿模块，用于对于无功指令通过距离寻优算法实现基于最小调节量的死区内精准补偿。

6.根据权利要求5所述的一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿装置，其特征在于，还包括组合策略模块，用于控制所述多组边界死区的组合策略是对每台SVG精准实现精准调控的前提下让其具有最小负载。

7.根据权利要求5所述的一种计及SVG控制精度的小需量距离寻优无功补偿装置，其特征在于，还包括反馈校验模块，用于在选取的边界死区与控制目标差值超过控制精度要求时进行反馈校验，在实现最小调节量、造成最小无功环流的情况下实现精准补偿。