[发明专利]基于分层优化的电网最小新增无功补偿容量计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电网无功补偿装置优化配置领域，涉及一种基于分层优化思想的电网最小新增无功补偿容量计算方法。

背景技术

无功功率的就地就近平衡可以保证良好电压质量，而无功功率缺乏和过剩都不利于维持电压质量和电网的安全运行。

长期以来，人们对电压问题的关注普遍集中在由无功缺乏而造成的电压偏低、网损偏大和可能导致的电压崩溃事故上。但随着电网的迅速发展，其特点也相应发生改变，主要体现在上层主网架的不断加强，电缆线路在城市电网中的大量使用，风电、太阳能等分布式电源大量接入电网，负荷峰谷差日益加大，部分线路潮流较轻，感性无功补偿不足，在负荷低谷期或小运行方式下，电压偏高甚至严重越限。由此造成无功难以就地平衡、线路无功流动增大、相邻地区或不同电压层间无功穿越增多、电压过高危及设备及电网安全运行等问题。

近年来，国内外已有多位学者对电网无功补偿容量优化配置展开研究，有学者提出一种“发电厂平均功率因数”对220kV及以下电网的感性无功容量的充裕度进行评价，并提出一种无功补偿方案，但未涉及无功容量装设地点的选择；或者通过线路传输负荷与无功损耗之间的关系，计算得到单条500kV线路在不同运行方式下的无功补偿容量，但只局限于单条线路的无功优化配置。也有学者采用基于灾变遗传算法的无功优化算法，对地区电网小运行方式下的负荷最低谷潮流断面进行无功优化计算，得到包含补偿点及各点补偿容量的具体补偿方案，但没有考虑电容器的补偿容量优化。此外，在无功就地平衡和分层平衡原则的基础上，研究人员提出基于经济压差概念的算法，通过分析传输无功功率造成的有功损耗、节点电压、无功补偿容量之间的内在联系，对无功补偿装置的合理配置进行优化，但只适用于动态无功补偿装置的配置。

发明内容

本发明的目的是在保证电网安全运行下，降低电网无功补偿设备配置的成本，给出了一种基于分层优化的电网最小新增无功补偿容量计算方法；其采用可以突破以往传统的无功补偿配置方法存在的补偿精度不够、无法满足不同负荷运行方式下电压上下限等多种弊端，提供了电网最小新增无功补偿容量计算方法，最大程度地降低电网各节点所需新增的感性无功和容性无功补偿容量，为电网的节能降损工作提供强有力的理论依据。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种基于分层优化的电网最小新增无功补偿容量计算方法，包括下列步骤：

(1)收集地区电网的无功负荷分布情况；基于电网负荷预测确定所有节点在不同负荷运行情况下的无功需求以及相关基础数据；

(2)建立优化模型；以整个电网的最小新增无功补偿容量为模型的目标函数，以《电力系统电压和无功电力技术导则》中PQ节点电容器和电抗器无功补偿最小容量、以及最高负荷、最低负荷和正常负荷三种运行方式下变电站母线电压上下限、线路有功潮流为模型的约束条件建立优化模型；

(3)基于分层思想对上述模型进行求解；根据模型约束条件的类型将整个模型分解为上、下两层模型，通过两层模型间的多次迭代潮流计算直至满足模型所有约束条件；

(4)计算得到所有变电站所需新增的无功补偿容量之和的最终优化结果；当求解结果同时满足《电力系统电压和无功电力技术导则》和电网调度机构确定的变电站母线电压的运行要求时，则此结果为整个电网的最小新增无功补偿容量。

进一步的，所述步骤(1)中，基础数据包含：

变电站所有PQ节点已有的电容器容量Q_Ci和电抗器容量Q_Li、各节点变电站的无功损耗ΔQ_Ti、各节点变电站所有出线充电功率之和Q_LCi、节点中变电站高压出线侧配置的高抗总容量Q_Ki；

其中：i∈N_PQ，N_PQ表示系统中所有PQ节点的集合，i表示第i个PQ节点。

同时，需要最高、正常和最小负荷三种运行方式下的负荷预测值：节点电压值V_X,i；节点i与节点j之间的导纳矩阵相关系数G_ij、B_ij；节点i与节点j的相角差θ_X,ij；节点i的电压幅值上下限节点i与节点j之间线路的有功潮流P_X,ij；节点i与节点j之间线路有功潮流的上下限

其中：i∈N,X∈High,Normal,Low，N表示系统中所有节点的集合，High,Normal,Low分别表示最高、正常和最小负荷三种运行方式。