一種基于極限潮流的地區電網無功優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統無功控制技術領域，具體涉及到一種基于極限潮流的地區電 網無功優化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電網建設高速發展，電網覆蓋范圍不斷擴大，結構日趨復雜，電網運行的穩定 性、安全性和可靠性也變得更加重要。目前供電公司電力調度、自動化部門、繼保、運行維 護、通訊等部門雖各司其職但也需要通力協作，及時、準確的獲得相關電網運行信息能大大 提高其工作效率，同時各部門能發揮在各自專業領域的優勢，更好的互相配合保證電網的 正常運行；開放調度數據共享渠道，建立不受時間、地域限制的信息網絡，加強各部門對調 度工作的支持與協作，發揮各工作環節的主觀能動性，為建立更為和諧、高效的工作模式打 下堅實基礎，是電網正常運行的重要保障。
[0003] 地區電網無功優化是保障電網經濟安全運行、維持一定的電壓水平和降低網絡損 耗的重要手段。在滿足潮流方程約束、節點電壓約束和發電機出力約束等約束條件的情況 下，無功優化通過調整無功潮流的分布，可以達到系統有功損耗最小、電壓質量最好、運行 費用最低或者電壓穩定裕度最大的目標。
[0004] 而目前，在省地一體化協調控制的要求下，地區電網存在著主變高壓側功率因數 普遍偏低，并聯無功補償設備容量與系統需求不匹配的問題，造成電壓合格率低，輸、配電 網中電能損失嚴重，對設備的運行安全以及使用壽命年限帶來挑戰。根據目前國內外研究 進程和運行經驗總結出無功優化的問題，主要包括兩方面：1)現有的無功配置能夠滿足系 統的需求或者說系統處于負荷小方式下，變壓器檔位限制和電容器投、切次數的限制進一 步限制了可行域，但始終存在最優解，若優化方法選擇不當很可能只找到次優解；2)現有 的無功配置完全不能滿足負荷需求或者說系統處于負荷大方式下，最優解不在現有參數配 合下的可行域內，因此尋優得到的結果往往是邊界值，系統電壓越限或者無功越限嚴重。
[0005] 針對問題1)國內外學者提出了各種改進算法，如遺傳算法、基于遺傳算法與內點 法的混合算法、原-對偶內點法等，能較好的解決計算精度和收斂的問題，但計算量大，復 雜程度高，在大規模電網中的應用還有待進一步研究；針對問題2)現有的無功優化并不能 解決，對于地區電網而言，無功規劃相對保守，不能為系統運行提供更為經濟安全的物理基 礎。
[0006] 基于以上問題，需要尋求一種針對目前無功配置與系統需求之間的不匹配問題的 解決途徑，為增設無功設備配置和容量選取提供技術基礎，從而提高電網運行的經濟性和 安全性。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種基于極限潮流的地區電網無功優化方法。
[0008] 為達上述目的，本發明的一個實施例中提供了采集地區電網的電力信息進行潮流 計算，并獲得潮流計算結果；
[0009] 根據潮流計算結果，獲得電壓偏移率和關口功率因數；
[0010] 確定電壓偏移率和關口功率因數的權重系數，并獲得電壓偏移率和關口功率因數 權重系數的加權和；
[0011] 判斷加權和是否大于工程閥值；
[0012] 當所述加權和大于工程閥值時，將地區電網的負荷節點從PQ節點轉換成PV節點， 并得到功率缺額負荷節點以及功率缺額總量；
[0013] 將所述功率缺額負荷節點從PV節點轉換成PQ節點，并判斷負荷節點轉換后的電 壓偏移率和關口功率因數是否改善；
[0014] 當所述電壓偏移率和關口功率因數未改善時將地區電網中負荷節點PQ節點轉換 成PV節點；當所述電壓偏移率和關口功率因數未改善時進行根據調整后的潮流參數進行 無功優化；
[0015] 當所述加權和不大于工程閥值時，進行松弛變壓器檔位限制；再進行無功優化。
[0016] 優選的，將地區電網中PQ節點轉換成PV節點的負荷節點包括10KV節點和30KV 節點。
[0017] 優選的，功率缺額負荷節點從PV節點轉換成PQ節點是逐步進行的；功率缺額負荷 節點從PV節點轉換成PQ節點逐步進行的方法為：每當恢復一個負荷節點時判斷負荷節點 轉換后的電壓偏移率和關口功率因數是否改善。
[0018] 優選的，無功優化模型的目標函數為：
[0019]
[0020] 其中，APi為電氣元件的有功損耗；A為權重系數；Vls_為節點i的電壓期望值； Vinax為節點i的電壓最大值。
[0021] 優選的，無功優化的約束條件包括等式約束和不等式約束，所述不等式約束包括 控制變量約束和狀態變量約束。
[0022] 優選的，等式約束的函數為：
[0023]
[0024]其中，PpQi為節點i的注入功率；Uj為節點電壓幅值；0^為節點i、j的相角差。
[0025] 優選的，狀態變量約束的函數為：
[0026]
[0027] 其中，Q^、Qs_為發電機無功出力的上下限；U_、U_為節點電壓上下限；QTl_、 為關口變壓器高壓側無功功率的上下限。
[0028] 優選的，控制變量約束的函數為：
[0029]
[0030] 其中，并聯電容器QeiGNe' ；變壓器檔位TKlGNT; 和:fme表示松弛量的上限， 和之。表示松弛量的下限；
[0031] 以及增加約束為：
[0032]
[0033] 其中，表示變壓器檔位松弛量的上下限；TKl'為變壓器檔位的步長； Gao和表示電容器容量的松弛量上下限；為一組電容器的容量；Si、s2、yi、y2GZ。
[0034] 優詵的，無功優化的結果為
[0035]
[0036] 綜上所述，本發明具有以下優點：
[0037] 為適應不同負荷方式下的無功配置需求，本發明根據不同負荷方式下的優化問題 可行域的特征采取PQ-PV節點類型轉換的方式和松弛變壓器檔位約束的方式，保證了電力 系統無功配置在理論上充分滿足負荷需求，進而擴大原問題的優化空間，調整優化潮流的 迭代方向使問題進入有解域，并按照負荷節點的無功缺額指標得到無功配置不合理的節點 以及相應的容量；同時，在這種節點轉換方式的操作下，整個電網處于兼顧安全與經濟的無 功補償的極限狀態，并稱此時的無功優化潮流為極限潮流。
[0038] 1)安全經濟特性，本發明在搭建模型時，以系統有功損耗和電壓偏移率作為目標 函數，充分考慮了電壓質量的改善和系統無功電源管理能力的提升，也就給系統的安全經 濟運行提供更好的物理基礎；
[0039] 2)靈活性，本發明根據不同負荷方式下的優化問題可行域特征，對負荷節點進行 PQ-PV節點類型轉換的方式和松弛變壓器檔位約束的方式，充分考慮系統運行方式的不確 定性，能夠對不同負荷方式下的無功配置進行研究；
[0040] 3)直觀明了，本發明通過負荷節點類型從PQ節點到PV節點的轉換，然后按照無功 缺額指標得到該節點所需增設的無功配置容量，而松弛變壓器檔位的限制能夠優化當前電 網的網絡結構，同樣可以通過最優解的結構得到當前電網運行狀態是否需要優化以及采取 怎樣的措施，對于電網運行調度和規劃部門能夠得到相應地最為直觀清晰和合理的建議；
[0041] 4)魯棒性強，本發明在大規模的地區電網和IEEE標準系統中的應用，并在各種負 荷方式下均能給出合理的無功配置和網絡結構優化的建議，具有廣泛的適用性和魯棒性。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發明的原理框圖；
[0043] 圖2為本發明一個實施例中220kV單站網架結構。
【具體實施方式】
[0044] 本發明的一個實施例中提供了一個實施例中提供了一種基于極限潮流的地區電 網無功優化方法；包括以下過程：
[0045] S1、采集地區電網的電力信息進行潮流計算，并獲得潮流計算結果。
[0046] 電網中負載的負荷方式呈現典型的日負荷曲線具有一定的周期性，但是在系統運 行環境的不確定性下，加上負荷的波動性，使得負荷實際值與典型的預測值之間存在不可 忽視的誤差。因此，在進行無功優化之前，必須提取不同負荷方式下的可行域特征，并根據 相應的特征進行不同的處理手段。
[0047] 在典型的負荷方式下，理論上的最優解不存在于可行域中，而在不同的負荷方式 下可行域特征與相應的電壓偏移率、關口功率因數指標緊密聯系，因此可通過計算以上指 標表征可行域特征。
[0048] S2、根據潮流計算結果，獲得電壓偏移率和關口功率因數。
[0049] 因此，本發明通過從潮流大數據中獲得關鍵的影響因素電壓偏移率和關口功率因 數來進行表征判斷。
[0050]S3、確定電壓偏移率和關口功率因數的權重系數，并獲得電壓偏移率和關口功率 因數權重系數的加權和。所述加權和是指，將電壓偏移率和關口功率因數分別與其權重系 數的乘積之和。
[0051] 在從電力系統中獲得電壓偏移率和關口功率因數的相關參數后，通過計算關鍵影 響因素的加權和來判斷電網運行狀態。本發明所指的權重系數可以預先輸入參數或者通過 層分析法或者經驗值法來確定權重系系數。其中權重系數是指該影響因素在所有因素中的 重要性。
[0052] 在得到加權和后，判斷加權和是否大于工程閥值；
[0053]S4、當加權和大于工程閥值時，將地區電網的負荷節點中的PQ節點轉換成PV節 點；并得到功率缺額負荷節