[发明专利]基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法

说明书

本发明公开了基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法。本发明首先利用HELM计算配电网潮流，然后根据基于HELM的灵敏度计算方法计算出电压非线性灵敏度。其次排序找出无功待补偿节点集外非线性灵敏度最大的点，确定无功待补偿节点集。最后根据遗传算法算出补偿点对应的无功补偿量。本发明利用HELM法考虑了灵敏度的非线性因素，在目标函数中采用非线性灵敏度计算电压偏差，考虑了系统非线性对于目标函数的影响，补偿方案降低系统网损更多，投资更少，经济性更好。

技术领域

本发明属于电力信息技术领域，涉及一种基于HELM(全纯函数嵌入)潮流计算及灵敏度计算方法的配电网无功优化策略。

背景技术

我国由于历史原因，长期以来存在着较大的电力功率缺口，因此对电源的建设要明显强于对电网的建设，重视有功调度问题而忽视无功调度问题，尤其是忽略配电网无功调度，导致大量无功功率在配电网中流动，这样既增加了配电网有功损耗，又影响了配电网电压质量。目前，电力部门对于配电网无功补偿问题，逐渐重视起来，已做了一些相应的规划，但大多数情况下仍是依靠经验进行补偿，或者无功补偿管理出发点主要放在用户侧，比较重视和注意补偿用户负荷的功率因素，而不是立足于降低整个电网的损耗，从而导致局部点上无功合理而整个配电网区域或整体无功超标。这些规划虽然在一定程度会对降损有所帮助，但补偿后的网损水平和电压质量都不令人满意，仍旧普遍存在网损偏高，电压质量水平过低的现象，这不仅造成巨大的电能浪费，而且还直接影响到正常的工农业生产和人民生活用电。如果能对配电网中无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低有功网损和无功网损，提高供电质量，能够实现节能减排，使电力系统能够安全经济运行。

配电网的无功优化规划包括线路无功补偿点的科学规划、无功补偿容量的优化计算，是一个满足约束条件下求目标函数极值的复杂非线性优化问题。由于同时求解无功补偿点和无功补偿量，配电网候选补偿点较多，容易陷入维数灾等问题，目前大多数文献中配电网的无功优化规划问题一般可分解为2个子优化问题：1)确定无功补偿点；2)确定无功补偿量。采取分步求解的方法，即先确定补偿点，减少优化搜索空间；后用优化算法确定补偿量。

配电网无功优化与电力系统无功优化有所不同，一般不考虑电压稳定性和安全性，主要考虑网络损耗和投资费用。无功补偿点的确定一般采用电压或网损无功灵敏度分析法，即以某点注入单位无功所带来的降损效果排序先确定无功补偿点^[1]。确定补偿点后，用优化算法确定补偿量。如线性规划法、非线性规划法、混合整数法、动态规划法等各种传统的数学规划法，或遗传算法、改进遗传算法、蚁群算法、模拟退火法、粒子群优化理论等人工智能方法^[3-5][7-11]。这些智能算法属于随机算法，有早熟和收敛于局部最优的倾向。由于2个子优化问题相互关联，在相同目标函数下，改变补偿点，补偿量会随之改变，使得结果未必是全局最优的^[4]。因此补偿点的选择对于配电网无功优化规划是至关重要的。

无功补偿点的确定一般包含电压或网损无功灵敏度分析法，无功二次精确矩，负荷功率阻抗矩法，模态分析法，按无功二次精确矩法或层次聚类法等方法分区法，动态补偿定位法，动态微增量定位法等。

电压或网损无功灵敏度分析法是根据补偿前网络潮流算出节点灵敏度，以某点注入单位无功所带来的降损效果排序先确定无功补偿点。

由于系统潮流方程的非线性，灵敏度分析依赖于网络的潮流分布。当选择的安装地点较多时，当无功补偿节点加入补偿容量后，网络无功潮流变化较大，导致节点灵敏度变化较大，节点间灵敏度排序会发生改变。基于补偿前潮流水平的灵敏度并不能准确反映无功补偿节点安装补偿容量后的节点的灵敏度，也不能反映后补偿节点之间的相互影响。根据补偿前潮流的网损无功灵敏度排序选出的点可能并非最优点^[7-9]。

无功二次精确矩可以表示网损和电压水平影响较大的节点特征，根据无功二次精确矩确定无功补偿点，但也是依赖补偿前网络潮流，也同样存在灵敏度法相同的问题^[2][8-9]。