基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法
2023-12-02 18:31:56
基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，要解決的技術問題是實現無功優化控制。本發明的方法，包括以下步驟：收集配電線路的數據和元件的參數，獲得各無功補償設備投入的補償容量，主站獲取配電線路各配電變壓器的實時負荷數據和各無功補償點的補償容量，主站計算出各無功補償點的最佳功率因數值，以最佳功率因數值為中點，分別加減拓寬值，形成功率因數控制區間，各無功補償點的智能電容器將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，動態調整功率因數控制區間的寬度。本發明與現有技術相比，可以動態調整功率因數控制區間的寬度，並以此作為投切判據來觸發各無功補償設備的投切控制，實現無功優化控制。
【專利說明】基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力系統的優化控制方法，特別是一種配電網的無功優化控制方法。
【背景技術】
[0002]在配電網的運行和調度中，無功優化是十分重要的一個控制手段。隨著配電網的節能潛力被進一步挖掘，如何使得配電網中的潮流更加合理，如何降低線損和穩定電壓也越來越得到人們的重視。
[0003]現有技術的無功優化都是採用離線的方式進行的，優化計算的對象和數據是電網運行中的某個時間斷面，計算結果是在該時間斷面下的優化調度方式，很少有實現在線的無功優化計算。而電網中的負荷具有波動性和不可預測性，一天之中的負荷曲線可以相差很大，某個時間斷面下的優化結果往往不適用於另外一個時間段。目前也有人提出，利用日負荷曲線來模擬每天的負荷變動，以此來制定對應的無功優化策略，但這種方法往往是多維的，算法十分複雜，而且跟隨負荷的能力也比較弱，沒有太多的實用性。因此，離線的無功優化計算方式具有一定的局限性，沒有充分發揮無功優化在電網調度中的價值和作用。
[0004]與離線的方式相對，還有一種在線無功優化方式，它是依託配電網自動化設備進行的可以適應電網數據變化的持續計算方式。在線無功優化是藉助變電站中的主站系統和通信方式，建立與實際的配電網結構相對應的模型，輸入結構參數，採集計算配電網各處必需的實時數據，在主站系統中進行的優化計算。在線無功優化一般每過一個固定的時間間隔就採集一次數據，並進行優化計算，因此可以適應電網中潮流的變化，從而實現在各種負荷水平和各種運行方式下都得到合適的解。
[0005]然而，現有技術的配電網無功優化計算後的返回值一般是無功補償設備的投切組數或容量，因此無功補償設備的投切是無功優化結果的最主要體現方式。在配電網中，由於線路的無功損耗嚴重，而低壓線路的充電功率非常小，因此一般都處在無功損耗的狀態，主要是利用電容器設備來進行無功補償。由於配電網中負荷的波動性較大，而在線的無功優化計算結果也直接體現了這種波動性，由於現有技術的優化計算結果一般是直接對電容器發出投或切的動作指令，因此往往會出現某個負荷點的電容器在幾次相鄰的優化計算結果之間，需要頻繁動作甚至反覆投切。電容器設備具有一定的使用壽命，如果在短期內動作次數較多其使用壽命會顯著縮短，導致容易被損壞，因此目前大多數的電容器設備都設置有閉鎖保護，在一定的時間內如果動作次數超過一個閾值，則電容器設備會自動閉鎖不再進行操作。而對於無功優化調度來說，無論是電容器設備閉鎖還是被損壞，都意味著減少了配電網中的無功可控量和無功裕度，不利於控制運行。如果為了保護電容器設備而減少甚至不讓其動作，那無功優化的結果就難以落實。
[0006]而目前的在線無功優化往往是下發操作指令直接控制無功補償設備的投切，因此難以避免由於負荷波動而造成的頻繁投切的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，要解決的技術問題是實現無功優化控制。
[0008]本發明採用以下技術方案:一種基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，包括以下步驟:
[0009]一、收集配電線路的數據和元件的參數:
[0010](I) 1kV配電線路的單線圖，
[0011](2) 1kV配電線路上各開關的實時開、閉狀態，
[0012](3) 1kV配電線路各段的導線型號、長度和阻抗值，
[0013](4)各配電變壓器的型號、容量、空載損耗和短路阻抗，
[0014](5) 1kV配電線路首端所在變電站的1kV母線電壓，
[0015](6)各配電變壓器低壓側的有功負荷和無功負荷，
[0016](7)各配電變壓器負荷點安裝的無功補償設備的容量和已投容量；
[0017]二、按每隔15分鐘一次，配電線路各個配電變壓器負荷點負荷側的互感器採集各配電變壓器的實時負荷數據，獲得各無功補償設備投入的補償容量；變電站的主站通過無線通信方式獲取配電線路各配電變壓器的實時負荷數據和各無功補償點的補償容量；
[0018]三、主站根據獲得的各配電變壓器的實時負荷數據和各無功補償點的補償容量，計算得到各無功補償點的計算有功功率和計算無功功率，再計算出各無功補償點的最佳功率因數值；
[0019]四、以最佳功率因數值為中點，分別加減拓寬值0.03，形成功率因數控制區間，以此區間作為各個無功補償點補償容量的投切判據，主站將功率因數控制區間下發到各個無功補償點的智能電容器；
[0020]五、各無功補償點的智能電容器測得無功補償點的實時功率因數值，將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值落在包括兩個端值在內的功率因數控制區間內，在00:00時刻，統計本配電線路各無功補償點的日動作次數，若投切次數大於250，拓寬值增加0.004，但不大於0.05 ;若投切次數小於150，拓寬值減小0.004，但不小於
0.01 ;然後智能電容器將日動作次數置零，返回步驟二。
[0021]本發明的步驟五將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值小於功率因數控制區間的下限值，智能電容器指令投入一組電容器，剛投入的電容器將閉鎖不少於30分鐘，閉鎖時間內不響應退出操作，把日動作次數累加一次。
[0022]本發明的步驟五將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值大於功率因數控制區間的上限值，智能電容器指令退出一組電容器，剛退出的電容器將閉鎖不少於30分鐘，閉鎖時間內不響應投入操作，把日動作次數累加一次。
[0023]本發明的日動作次數累加一次後，無功補償點的智能電容器再將無功補償點的實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較、重複判斷，逐組投入或退出電容器，直到實時功率因數位於功率因數控制區間內。
[0024]本發明的步驟五實時功率因數值落在包括兩個端值在內的功率因數控制區間內，00:00時之前或之後，則15分鐘後返回步驟三。
[0025]本發明的00:00時為其前後30s以內。
[0026]本發明的步驟五功率因數控制區間拓寬值在0.05以上，則智能電容器直接把日動作次數置零，返回步驟二。
[0027]本發明的步驟五功率因數控制區間拓寬值在0.01以下，智能電容器直接把日動作次數置零，返回步驟二。
[0028]本發明的步驟五日動作次數不大於日動作次數上限值，日動作次數不小於日動作次數下限值，智能電容器將日動作次數置零，返回步驟二。
[0029]本發明的步驟三計算得到各無功補償點的計算有功功率和計算無功功率，採用潮流計算和無功優化計算。
[0030]本發明與現有技術相比，通過對配電線路和配電變壓器建模，對計算返回的優化後各個無功補償點的最佳功率因數值分別加減一個拓寬值後形成功率因數控制區間，定期採集時負荷數據、獲得無功補償設備的投入情況和補償數據，進行實時的無功優化計算得到各無功補償設備可以動態調整功率因數控制區間的寬度，並以此作為投切判據來觸發各無功補償設備的投切控制，實現無功優化控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的方法流程圖。
[0032]圖2為本發明實施例的1kV配電線路的單線示意圖。
[0033]圖3為不同負載率下1kV配電線路的有功損耗曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細的描述。
[0035]如圖1所示，針對1kV配電線路，本發明的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，包括以下步驟:
[0036]一、收集建立配電線路(線路)的數據和元件的參數:
[0037](I) 1kV配電線路的單線圖。如圖2所示，由於本實施例中線路負荷節點(節點，負荷點)較多，在圖2中沒有把線路中的所有節點畫出，僅為線路結構的示意圖。在圖2所示的配電線路中，I代表開關，2代表配電線路，3代表配電變壓器，4代表1kV母線，5代表配電變壓器負荷側，6代表無功補償設備。
[0038](2) 1kV配電線路上各開關的實時開、閉狀態。計算模型採用線路的結構和參數，開關的開、閉狀態的變化只是其中的一個參數發生變化，與負荷變動一樣，對計算模型的計算方法沒有影響。
[0039](3) 1kV配電線路各段的導線型號、長度和阻抗值。
[0040](4)各配電變壓器的型號、容量、空載損耗和短路阻抗。
[0041](5) 1kV配電線路首端所在變電站的1kV母線電壓。
[0042](6)各配電變壓器低壓側的有功負荷和無功負荷。
[0043](7)各配電變壓器負荷點安裝的無功補償設備的容量和已投容量。
[0044]把收集到的1kV配電線路的數據和元件的參數按照單線圖的運行方式，用於建立配電線路的計算模型(潮流計算和無功優化計算)。其中，上述(I)項和(2)項由工程運用中的實際運行線路圖得到，(3)項和(4)項由實際線路上的參數值得到，或由電網公司提供，(5)項由1kV變電站檢測得到，單位為kV，(6)項由互感器或電力自動化測量裝置實時測量得到，單位分別為kW和kvar，(7)項由低壓智能電容器的測量裝置實時測量得到，單位為 kvar0
[0045]將收集得到的上述(2)?(7)項的線路的數據和元件的參數輸入到1kV變電站的主站的計算機中，用於PQ分解法進行潮流計算(《基於Matlab的電力系統PQ分解法潮流計算研究》，作者徐勁松，寧玉琳，楊永鋒，《電氣傳動自動化》2011年第2期第13頁)，利用遺傳算法進行無功優化計算(《電力系統無功優化的災變遺傳算法及MAS模型研究》，作者張勇軍，華南理工大學博士學位論文，2004年5月)，用於計算無功功率和計算有功功率。
[0046]無功補償設備為額定電壓為380V的低壓智能電容器，其投切方式為分組投切，單組容量為20kvar/組和30kvar/組兩種規格。
[0047]計算模型中，日動作次數i記錄配電線路每天的無功補償設備的動作次數，用來衡量優化控制方法對無功補償設備的控制精度和對無功補償設備的保護能力。初始化設置日動作次數i = O。負荷節點及無功補償設備安裝情況如表I。
[0048]表I負荷節點及無功補償設備安裝情況
[0049]
【權利要求】
1.一種基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，包括以下步驟: 一、收集配電線路的數據和元件的參數: (1)1kV配電線路的單線圖， (2)1kV配電線路上各開關的實時開、閉狀態， (3)1kV配電線路各段的導線型號、長度和阻抗值， (4)各配電變壓器的型號、容量、空載損耗和短路阻抗， (5)1kV配電線路首端所在變電站的1kV母線電壓， (6)各配電變壓器低壓側的有功負荷和無功負荷， (7)各配電變壓器負荷點安裝的無功補償設備的容量和已投容量； 二、按每隔15分鐘一次，配電線路各個配電變壓器負荷點負荷側的互感器採集各配電變壓器的實時負荷數據，獲得各無功補償設備投入的補償容量；變電站的主站通過無線通信方式獲取配電線路各配電變壓器的實時負荷數據和各無功補償點的補償容量； 三、主站根據獲得的各配電變壓器的實時負荷數據和各無功補償點的補償容量，計算得到各無功補償點的計算有功功率和計算無功功率，再計算出各無功補償點的最佳功率因數值； 四、以最佳功率因數值為中點，分別加減拓寬值0.03，形成功率因數控制區間，以此區間作為各個無功補償點補償容量的投切判據，主站將功率因數控制區間下發到各個無功補償點的智能電容器； 五、各無功補償點的智能電容器測得無功補償點的實時功率因數值，將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值落在包括兩個端值在內的功率因數控制區間內，在00:00時刻，統計本配電線路各無功補償點的日動作次數，若投切次數大於250，拓寬值增加0.004，但不大於0.05 ;若投切次數小於150，拓寬值減小0.004，但不小於0.01 ;然後智能電容器將日動作次數置零，返回步驟二。
2.根據權利要求1所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值小於功率因數控制區間的下限值，智能電容器指令投入一組電容器，剛投入的電容器將閉鎖不少於30分鐘，閉鎖時間內不響應退出操作，把日動作次數累加一次。
3.根據權利要求1所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五將實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較，實時功率因數值大於功率因數控制區間的上限值，智能電容器指令退出一組電容器，剛退出的電容器將閉鎖不少於30分鐘，閉鎖時間內不響應投入操作，把日動作次數累加一次。
4.根據權利要求2或3所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述日動作次數累加一次後，無功補償點的智能電容器再將無功補償點的實時功率因數值與功率因數控制區間進行比較、重複判斷，逐組投入或退出電容器，直到實時功率因數位於功率因數控制區間內。
5.根據權利要求4所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五實時功率因數值落在包括兩個端值在內的功率因數控制區間內，00:00時之前或之後，則15分鐘後返回步驟三。
6.根據權利要求5所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述OO:00時為其前後30s以內。
7.根據權利要求6所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五功率因數控制區間拓寬值在0.05以上，則智能電容器直接把日動作次數置零，返回步驟二。
8.根據權利要求7所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五功率因數控制區間拓寬值在0.01以下，智能電容器直接把日動作次數置零，返回步驟二。
9.根據權利要求8所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟五日動作次數不大於日動作次數上限值，日動作次數不小於日動作次數下限值，智能電容器將日動作次數置零，返回步驟二。
10.根據權利要求1所述的基於功率因數區間動態整定的配電線路無功優化控制方法，其特徵在於:所述步驟三計算得到各無功補償點的計算有功功率和計算無功功率，採用潮流計算和無功優化計算。
【文檔編號】H02J3/18GK104201693SQ201410446303
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】黃維芳, 文安, 李正紅, 魏承志, 張喜銘, 楊穎安, 張勇軍, 黃向敏, 許永軍, 葉志峰 申請人:中國南方電網有限責任公司, 長園深瑞繼保自動化有限公司, 張勇軍