一種高壓電網無功補償優化配置方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無功補償技術，尤其涉及高壓電網無功補償優化配置方法。
【背景技術】
[0002] 電網的無功平衡對于電壓和網損都有著重要意義，無功過剩或者不足，將導致電 壓的升高或降低，影響電壓質量，導致網損的增加。
[0003] 目前，我國城市電網內部工商業負荷較多，而且分布很不均勻，不少地區負荷密度 大，造成高峰負荷時電壓偏低；另一方面，明顯的峰谷差又造成低谷負荷時運行電壓偏高， 高峰負荷時運行電壓偏低。因此電網中必需裝設一定數量的補償電容器和電抗器來提供無 功功率，提高電壓質量，同時降低網損。
[0004] 但是目前的無功補償方法存在以下不足：
[0005] 1、無功補償配置不足
[0006] 長期以來，大家重有功，輕無功，而近幾年的無功電壓管理中，也是重電壓、輕無 功，無功的管理工作被長期忽視，以至大部分地區無功補償配置不足，所提供的無功補償容 量不能滿足無功負荷及電網無功損耗的需要。
[0007] 2、無功補償配置不合理
[0008] -些老站帶大量負荷卻沒有配置或配置了很少的無功補償裝置，增加了電網損 耗，也降低了電壓質量；一些新站帶少量的負荷卻配置了大容量的無功補償裝置，而且電容 器的使用率較低。
[0009] 3、無功補償計算方法簡單
[0010]目前使用變壓器容量的15% -30%的范圍進行配置取值，由于沒有確定具體取 值，因此各地的配置值有些隨意。用該方法配置沒有考慮降損與投資，這個值也只能夠補償 變壓器的無功損耗，無法補償變壓器上級的輸電線路無功損耗及配電線路首段的無功損耗 及無功負荷。另外該計算方法無法考慮老變電站增減電容器的問題。
【發明內容】
[0011] 本發明所要解決的技術問題就是提供一種高壓電網無功補償優化配置方法，實現 變電所無功補償裝置配置和投切容量的優化配置，從而提高配電網絡電源端的電壓水平， 最終使得改善電壓質量，提高合格率，無功合理流動。
[0012] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種高壓電網無功補償優化配 置方法，其特征在于：無功優化配置的目標函數為配電網的全網網損費用為最小
[0014] 式中，Ke為能量損耗費用系數；
為在負荷等級i下的有功網損；Ti為負 荷等級i下的持續時間。
[0015] 優選的，無功/電壓就地平衡的調整策略為：首先用本地的無功補償設備/有載調 壓變壓器進行無功/電壓的調整與平衡。優選的，進一步減少設備投資的策略：當優化的目 標函數為投資最小時，所有節點電壓合格以后，適應值函數的進一步下降就以無功設備投 資的下降為主。
[0016] 優選的，降低網損的策略：對某一人工控制個體，隨機確定無功控制節點，得到相 應的變電站有效控制變量集，然后，選擇如下啟發式策略之一進行人工控制：降低變壓器支 路損耗的啟發式方法，線路按經濟壓差運行的啟發式方法。
[0017] 優選的，進一步減少設備投資的策略：當優化的目標函數為投資最小時，所有節點 電壓合格以后，適應值函數的進一步下降就以無功設備投資的下降為主。
[0018] 本發明在已確定的網架基礎上，根據電網中無功負荷的分布情況，進行全網無功 平衡計算，用優化方法合理地確定無功補償設備的安裝地點、安裝容量和分組方式，使無功 補償設備地投資最小，補償效果最佳，達到電網無功平衡、電壓合格率提高，降損節能的效 果。
【具體實施方式】
[0019] 本發明的高壓電網無功補償優化配置方法，首先，從SCADA系統獲取實時數據；其 次，根據接收到的數據，進行在線拓撲分析、電網潮流計算、網損計算；最后，給出優化后的 無功補償配置方案。
[0020] 通過接口程序按照一定的周期從SCADA系統獲取實時數據，從SCADA系統獲取的 實時數據包括：遙測、遙信數據；具體包括線路有功、無功；變壓器有功、無功、分接頭位置； 母線電壓；負荷有功、無功等；
[0021] 根據接收到的數據，進行在線拓撲分析、電網潮流計算、網損計算，給出優化后的 無功配置規劃方案，系統優化計算的目標函數是網損最小，電壓合格率、功率因數等指標作 為約束參數進行補償計算。
[0022] 在線拓撲分析是根據電力網絡中開關的開斷情況，計算出網絡的實時結構拓撲， 反應當如電網的網絡狀態，是電力系統潮流分析、狀態估計等尚級應有的基礎。本文中拓撲 分析的基礎數據是電網模型，包括變壓器、線路、母線，開關，負荷等，而拓撲分析后的結果 形式是拓撲節點及拓撲島，用于潮流計算模型。
[0023] 潮流計算：指在給定網絡拓撲、元件參數和發電、負荷參量條件下，計算有功功率、 無功功率及電壓在電力網中的分布。潮流計算是根據給定的電網結構、參數和發電機、負荷 等元件的運行條件，確定電力系統各部分穩態運行狀態參數的計算。給定的運行條件有系 統中各電源和負荷點的功率、樞紐點電壓、平衡點的電壓和相位角。待求的運行狀態參量包 括電網各母線節點的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網絡的功率損耗等。
[0024] 本發明采用的潮流算法是牛頓一拉夫遜法。這種方法的特點就是把對非線性方 程的求解過程變成反復對相應的線性方程求解的過程，通常稱為逐次線性化過程，就是牛 頓一拉夫遜法的核心。牛頓-拉夫遜法的基本原理是在解的某一鄰域內的某一初始點出 發，沿著該點的一階偏導數一一雅可比矩陣，朝減小方程的殘差的方向前進一步，在新的點 上再計算殘差和雅可矩陣繼續前進，重復這一過程直到殘差達到收斂標準，即得到了非線 性方程組的解。因為越靠近解，偏導數的方向越準，收斂速度也越快，所以牛頓法具有二階 收斂特性。而所謂"某一鄰域"是指雅可比方向均指向解的范圍，否則可能走向非線性函數 的其它極值點，一般來說潮流由平電壓即各母線電壓（相角為0,幅值為1)啟動即在此鄰域 內。
[0025] 網損計算：根據潮流計算的結果可以得出網損值，具體包括每條支路的損耗之和。
[0026] 無功優化配置的目標函數是網損最小，也就是說在特定的條件下，需要如何配置 無功補償設備才能夠使得當前電網的網損最小。無功補償設備如果配置的不合理，電網無 功不能夠達到很好的平衡，這樣就會導致系統網損變大，所以說無功優化配置的作用是服 務于電網降損節能的。
[0027] -個適當的配置方案應該在以下幾個方面都有上佳的表現：降損、調壓、功率因 數、電壓合格率、負荷增長、特殊運行方式。
[0028] 降損的效果取決于配置總量的大小，當然不同的負荷情況需要不同的配置總量， 所以配置總量要在滿足最大補償需求的情況下，還能夠以合理的分組組合盡量的涵蓋更多 的負荷情況。
[0029] 調壓的效果取決于分組的大小，本系統采用變壓器的短路容量為最小分組，這樣 可以與變壓器分頭同步調壓（其投切壓差與分頭相當）。這樣當分組容量為2~3倍的最 小分組時，可以協助分接頭完成一部分調壓的工作。
[0030] 功率因數與電壓合格率是在遺傳算法形成補償預案時所輸入的必要條件。在綜合 分析形成最終補償方案的時候，將會再次審視這兩者是否均得到滿足，并且剔除不合格的 補償預案。由于電壓合格率還可以通過有載分接頭的調節來加以保證，在最終補償方案的 校驗中將不再進行電壓合格率校驗，而只是使用典型低谷負荷進行功率因數校驗。
[0031] 高峰情況下，無功的需求量最大，以此來確定補償總量，可以滿足最大的無功補償 要求。腰荷情況下，持續時間較長，此時的合適補償也相當的重要，依據此時的要求確定分 組方式，可以滿足在大部分的時間里都有恰當的補償組合可供選擇。在典型的低谷情況下， 無功補償要能滿足功率因數的要求即可，此時無功的需求量較低，降損節電主要依賴電壓 的調節，故此引入功率因數校驗即可。補償總量要擴大化處理，使之具有前瞻性；分組方案 立足與滿足當前要求；低谷的校驗要能提供最低的保障。
[0032] 本發明就是在分析電網結構基礎上根據電網的運行參數和歷史負荷數據，從電網 整體角度出發，考慮了電壓上下限及功率因數等約束條件及與有載調壓變壓器配合調壓的 要求，對電容器電抗器安裝的方式進行了全網無功優化分析，使得安裝電容器取得最好的 效益，即使有功網損、電容器的安裝費用、購置費用的總和最小。
[0033] 遺傳算法在無功優化配置中的應用，遺傳算法（Genetic Algorithms, GAs)是建立 在自然選擇和群體遺傳學基礎上的搜索方法。Holland的基因模式理論使用二進制串模擬 的人工染色體來表示某一優化