一种配电无功综合控制策略与最佳容量配置方法

摘要

本发明公开了一种配电无功综合控制策略与最佳容量配置方法，包括如下步骤：A、对电压无功的优化组合进行自动控制的步骤；B、对配电无功控制的最佳容量进行配置计算的步骤。采用本发明，综合考虑当前配电网电压无功控制存在的难点，能够对配电电压与无功控制综合控制策略、配电网无功最佳容量进行配置，提高配电网的供电能力。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网无功优化技术，尤其涉及一种配电无功综合控制策略与 最佳容量配置方法，适用于配电网电压与无功的综合控制、最佳容量配置以及 配电网能效评估。

背景技术

传统电压无功控制多为本地自动控制，通过监测本地电压、有功功率、无 功功率，调节变压器档位或电容器开关使电压及无功功率位于合格范围内。

目前，几乎所有的控制方法及策略的研究均只针对变电站层及以上电网， 对10kV及以下等级电网的研究很少。由于目前配电网自动化、智能化程度远 低于输电网，监测点及可控点比例低，对配电网实施电压无功控制存在以下难 点：

1)配电网点多面广，负荷类型多样，可用运行监测数据较少，传统全网统 一建模计算的方式计算量达，算法复杂，耗时长。

2)运行状态不佳的设备由于本身不可控或不满足动作条件，只能通过相邻 电网相关设备动作改善其运行状态。如对于无载调压配变，电压下限时，只能 通过线路调压器或主变调压改善其电压水平。

3)控制命令执行后，由于不同电压等级、区域电网间的相关性，容易出现 顾此失彼的问题。如主变下调电压虽然能够将电压越上限的配变电压调整合格， 但同时可能导致原来电压合格的配变电压越下限。

4)设备动作既要依据本地量测信息，还要依据上下级电网的协调请求，容 易引起设备动作振荡。如低压台区用户电压偏低，请求所属配变上调电压，但 上调后又可能引起配变本地电压越上限。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种配电无功综合控制策略与最佳 容量配置方法，综合考虑当前配电网电压无功控制存在的难点，对配电电压与 无功控制综合控制策略、配电网无功最佳容量进行配置，以提高配电网的供电 能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种配电无功综合控制策略与最佳容量配置方法，包括如下步骤：

A、对电压无功的优化组合进行自动控制的步骤；

B、对配电无功控制的最佳容量进行配置计算的步骤。

其中：不考虑功率因数时，所述步骤A包括：

A1、电压、无功均合格，不动作；

A2、电压高、无功合格，档位减一档；当档位到底，若有电容器在投，则 切一组电容器，否则放弃；

A3、电压高、无功欠补，档位减一档；当档位到底，则放弃；

A4、电压合格、无功欠补，若电压小于(U_B+U_I)/2，则投一组电容器；

A5、电压低、无功欠补，投入电容器；若电容器全投，档位升一档；

A6、电压低、无功合格，档位升一档；若档位到顶则放弃；

A7、电压低、无功过补，档位升一档；若档位到顶则放弃；

A8、电压合格、无功过补，若电压大于(U_B+U_I)/2，且有电容器在投， 则切一组电容器；

A9、电压高、无功过补，若电容器在投，则切一组电容器；若电容器全部 切除，则档位减一档。

所述步骤B包括：

B1、以年纯效益为最大作为最佳方案的目标函数，并以此建立优化的数学 模型；

B2、配电网的总控制容量为Q_C kvar，设每千瓦容量所需费用为K元，则总 费用为KQ_C元；当使用年限n年，并考虑到投资回收率为i时，则相当于每年用 于无功控制的费用NF为：

NF＝KQ_Ci(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]+Q_Cf+Q_CΔP_Cth

其中：f为每千瓦容量的维修费(单位：元/kvar)；t为年运行小时数(单 位：h)；h为综合电价(单位：元/kwh)；ΔP_C为每千瓦控制容量功率损耗值(单 位：kw/kvar)。

其中，考虑功率因数时，所述步骤A包括：

A1′、电压、无功均合格，若功率因数大于设定的功率因数上限，且电容器 在投，则切一组电容器；

A2′、电压高、无功合格，档位减一档；

A3′、电压高、无功欠补，档位减一档；

A4′、电压合格、无功欠补，若电压大于(U_H+U_L)/2，且功率因数小于设 定功率因数下限，则减一档；若电压小于(U_H+U_L)/2，且功率因数小于设定功 率因数下限，则投一组电容器；

A5′、电压低、无功欠补，投一组电容器；若电容器全投，档位升一档；

A6′、电压低、无功合格，档位升一档；

A7′、电压低、无功过补，档位升一档；

A8′、电压合格、无功过补；若电压大于(U_H+U_L)/2，档位升一档；若电 压大于(U_H+U_L)/2，且有电容器在投、切一组电容器；

A9′、电压高、无功过补，若电容器在投，则切一组电容器；否则档位减一 档。

所述步骤B包括：

B1、以年纯效益为最大作为最佳方案的目标函数，并以此建立优化的数学 模型；

B2、配电网的总控制容量为Q_C kvar，设每千瓦容量所需费用为K元，则总 费用为KQ_C元；当使用年限n年，并考虑到投资回收率为i时，则相当于每年用 于无功控制的费用NF为：

NF＝KQ_Ci(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]+Q_Cf+Q_CΔP_Cth

其中：f为每千瓦容量的维修费(单位：元/kvar)；t为年运行小时数(单 位：h)；h为综合电价(单位：元/kwh)；ΔP_C为每千瓦控制容量功率损耗值(单 位：kw/kvar)。

本发明所提供的配电无功综合控制策略与最佳容量配置方法，具有以下优 点：

采用本发明，通过无功优化配置，合理配置及投、切配网无功电源，能够 实现最优无功功率分布，降低配电网运行损耗，提高电压合格率，从而提高了 配电网的供电能力。

附图说明

图1为配电电压无功综合控制九域图；

图2为配电无功控制的最佳容量配置计算框图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的配电无功综合控制策略与最佳 容量配置方法作进一步详细的说明。

本发明的配电电压与无功控制综合控制策略、配电网无功最佳容量配置方 法遵循的原则为：

1)先调节无功，后调整电压。无功平衡是电能传输、转换与维持电气设备 正常运行的基础条件。同时由无功电压特性曲线可知，负荷变化时，为了维持 无功功率平衡，必然会形成新的无功平衡点，导致设备运行电压产生变化。因 此，配电网电压无功协调控制应先调节无功，后调整电压。

2)无功自上而下判断，自下而上控制。无功功率不宜远距离输送，对于无 功功率的分配，应按照就地平衡、分散补偿的原则进行，尽量降低无功消耗点 从上级电网吸收的无功功率，减少无功在线路中的流动。因此，无功应自上而 下判断。如果上级电网有无功补偿的需求，应首先检查下级电网无功是否就地 平衡，在下级电网无法满足补偿要求的情况下，再形成本地补偿的控制命令。 而控制命令的执行应自下而上逐级进行，如此既能满足本地无功需求，又能减 少无功在电网中的流动，最大限度地降低网损。

3)电压自下而上判断，自上而下控制。配电网低压用户端无法实现本地调 压，只能依靠上级调压装置动作实现。目前多数地区有载调压配变及线路调压 器数量较少。配变调压主要依靠主变分接头动作来完成，即10kV线路中多数 电压不合格点的调整都需要逐级向上申请。因此，应自下而上逐级判断电压是 否需要调整。在进行电压调整时，上级调压设备动作对下级设备电压影响较大， 调整面广；而下级调压设备动作对上级设备电压影响很小，调整面窄，因此应 自上而下逐级执行调压指令。

图1为配电电压无功综合控制九域图。本发明的配电电压与无功综合控制 方法如下：

如图1所示，配电运行中的电压、无功参数可以分为0～8共九个区域。九 域图以电压为纵坐标，无功功率为横坐标。图中U_H、U_L分别为所设定的配电电 压上限整定值和下限整定值，Q_H、Q_L则为滞后的无功功率的上限整定值和下限 整定值。

配电电压的调节为配电变压器的档位升、降，无功功率的控制分为分组投、 切固定容量的电力电容器。对此，电压无功的优化组合自动控制可采用如下控 制方法，包括(不考虑功率因数时)：

步骤11：电压、无功均合格，不动作。

步骤12：电压高、无功合格，档位减一档。当档位到底，若有电容器在投， 则切一组电容器，否则放弃。

这里，所述投、切的概念，在无功补偿技术中表示控制器件的接通、断开 (开关、接触器等)；表示随着线路力率的变化作出投入部分电容量(将电容接 入电路)或切除部分电容量(将电容与电路断开)的操作，其作用相当于操作 功率因数控制器。

步骤13：电压高、无功欠补，档位减一档(档位到底，放弃)。

步骤14：电压合格、无功欠补，若电压小于(U_H+U_L)/2，则投一组电容器。

步骤15：电压低、无功欠补，投入电容器(若电容器全投，档位升一档)。

步骤16：电压低、无功合格，档位升一档(档位到顶则放弃)。

步骤17：电压低、无功过补，档位升一档(档位到顶则放弃)。

步骤18：电压合格、无功过补，若电压大于(U_H+U_L)/2，且有电容器在投， 则切一组电容器。

步骤19：电压高、无功过补，若电容器在投，则切一组电容器(电容器全 部切除，档位减一档)。

若考虑功率因数，则配电电压无功综合控制方法，可采用如下步骤：

步骤11′：电压、无功均合格，若功率因数大于设定的功率因数上限，且电 容器在投，则切一组电容器(否则不控制)。

步骤12′：电压高、无功合格，档位减一档(档位到底，若有电容器在投， 则切一组电容器，否则放弃)。

步骤13′：电压高、无功欠补，档位减一档(档位到底，放弃)。

步骤14′：电压合格、无功欠补，若电压大于(U_H+U_L)/2，且功率因数小 于设定功率因数下限，则减一档(若电压小于(U_H+U_L)/2，且功率因数小于设 定功率因数下限，则投一组电容器)。

步骤15′：电压低、无功欠补，投一组电容器(若电容器全投，档位升一档)。

步骤16′：电压低、无功合格，档位升一档(档位到顶则放弃)。

步骤17′：电压低、无功过补，档位升一档(档位到顶则放弃)。

步骤18′：电压合格、无功过补，若电压大于(U_H+U_L)/2，档位升一档(若 电压大于(U_H+U_L)/2，且有电容器在投、切一组电容器)。

步骤19′：电压高、无功过补，若电容器在投，则切一组电容器(否则档位 减一档，档位到底则放弃)。

图2为配电无功控制的最佳容量配置计算框图。本发明的配电无功控制容 量的最佳配置过程，包括如下步骤：

步骤21：为了确定配电网无功控制的最佳方案，以年纯效益为最大作为最 佳方案的目标函数，并以此建立优化的数学模型。

步骤22：已知配电网的总控制容量为Q_C(kvar)，设每千瓦容量所需费用为 K元，则总费用为KQ_C元。当使用年限n年，并考虑到投资回收率为i时，则相 当于每年用于无功控制的费用NF为：

NF＝KQ_Ci(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]+Q_Cf+Q_CΔP_Cth

其中：f为每千瓦容量的维修费(单位：元/kvar)；t为年运行小时数(单 位：h)；h为综合电价(单位：元/kwh)；ΔP_C为每千瓦控制容量功率损耗值(单 位：kw/kvar)。

在寻求最佳控制方案时，可采用多方案比较的方式进行，选用的起始方案 是先对每个负载点都配置控制容量的方案，即：

Q_C＝Q_C1，Q_C2，...，Q_CN

可以将节点1的控制容量去掉，即：

Q_C＝0，Q_C2，...，Q_CN

依次可得各个比较方案，而第k个方案控制容量应为：

Q_C＝0...0(k个0)，Q_C(k＝1)，Q_C(k＝2)，...，Q_N

按此方法共得到N个比较方案，并分别计算各方案的控制节点数、控制容 量、年费用、年节电费、年纯收益以及在该控制方案下配电网出口功率因数值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范 围。