一种计及故障风险及成本的配电网无功规划优化模型，所述模型将配电网线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平；然后以各节点的无功补偿容量为优化变量，建立考虑故障风险影响下的无功补偿设备的全寿命周期成本模型CLCC，并以CLCC最小为改进的遗传算法的目标函数；根据求得的最大负荷和最小负荷运行方式下的补偿容量来确定无功补偿设备的安装容量和投切档数。本发明专利技术根据不同的负荷水平建立计及故障风险及全寿命周期成本的配电网无功规划优化模型，充分考虑无功补偿设备在全寿命周期内的各种成本，从而节约了无功补偿设备的成本，提高了配电网无功规划配置的有效性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种计及故障风险及成本的配电网无功规划优化模型，属电力配电技 术领域。
技术介绍
配电网无功规划优化是指通过选择无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量， 达到尽量少的投入最大限度地改善电压质量和降低网损的目的。 配电网中的无功优化算法是一个非常复杂的问题。它是由多个约束条件、多个操 作变量、多个目标函数的大规模非线性问题组合起来的。解决无功优化问题，首先得把实际 问题转化为数学模型，并在此基础上，获得最优解。目前主要把无功优化算法分为两类，一 类是经典的无功优化算法，另一类是人工智能无功优化算法。经典无功优化算法由于其数 学模型复杂、对初始点选取的要求较高，不具备实时性等缺点，正在被人工优化算法逐渐取 代。 以往的中低压配电网无功规划，大多是以估算年最大负荷小时数来计算年运行网 损费用最小作为人工优化算法的主要目标函数，并以此为依据来进行无功补偿设备的优化 配置。这种目标函数只考虑运行费用，存在一定的片面性。也有学者研究了考虑多种目标 的无功规划优化，考虑年运行网损费用、无功补偿投资费用和电能质量的综合影响，但这种 目标函数没有考虑资金的时间性、设备在全寿命周期内的总体成本以及无功补偿设备运行 时存在的风险，依然不够完整。
技术实现思路
本专利技术的目的是，根据中低压配电网无功规划存在的问题，特别是针对现有人工 优化算法目标函数的缺陷，本专利技术提供一种计及故障风险及成本的配电网无功规划优化模 型，综合考虑无功补偿设备在全寿命周期内的成本，在保证补偿效果的基础上，提高配电网 无功规划配置的有效性。 实现本专利技术的技术方案是，一种计及故障风险及成本的配电网无功规划优化模 型，所述模型将配电网线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平；然后以各节点的无功 补偿容量为优化变量，建立考虑故障风险影响下的无功补偿设备的全寿命周期成本模型 C^，并以最小为改进的遗传算法的目标函数；根据求得的最大负荷和最小负荷运行方 式下的补偿容量来确定无功补偿设备的安装容量和投切档数。 所述模型建模步骤包括： 步骤1 :采用模糊聚类方法将配电线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平； 步骤2 :在确定安装节点的前提下，以各节点的无功补偿容量为优化变量，建立考 虑故障风险影响下的无功补偿设备的全寿命周期成本模型C^: Clcc - C Ic+C0c+CMC+Risk (R | X) +Cdc 并以最小为改进的遗传算法的目标函数； 步骤3 :根据步骤2求得的最大负荷和最小负荷运行方式下的补偿容量来确定无 功补偿设备的安装容量和投切档数。 本专利技术采用模糊聚类方法，是将配电网的有功功率损耗P、无功功率损耗Q作为每 小时负荷曲线的特征参数，采用模糊聚类方法将配电线路负荷分为最大、一般、最小三个负 荷水平，各负荷水平聚类中心的典型向量h k= ，k = 1，2, 3为聚类中心编号；则任 一负荷到一聚类中心的距离为： 式中：WjS各特征参数的权重，P p Q1R表任一小时负荷的有功功率损耗和无功功 率损耗； 则各负荷到任一聚类的隶属度μ lk为： 本专利技术的无功补偿设备的全寿命周期成本模型模型的等式约束为： ⑴Cie为投资成本： 式中：0。为最大负荷水平下节点j处的无功补偿总容量，kVar 为节点j处补 偿电容器单位容量价格，万元/kVar;K。为每个节点安装补偿设备的设备费用和固定投资费 用，万元/节点；N。为补偿节点总数； (2) Cl3c为运行成本： 式中：T为使用年限，Kf3为电价，元/kWh ;T N为系统的年运行小时数；μ⑴μ 12、μ 13 分别代表一负荷到最大、一般、最小负荷水平的隶属度；Pmax、PnOT、Pmin分别代表最大、一般和 最小二种负荷水平下补偿后系统功率损耗，其中： 式中：K为无功经济当量，Qpl、Qp2、Qp3分别代表最大、一般、最小负荷水平下的无功 补偿容量； (3) Cmc为检修维护成本： 式中：Cm为年检修维护成本； (4) Risk(R/X)为在运行条件X下对应的故障风险值： 式中：Θ为条件X下，设备的过载热点温度；PJ Θ IX)是考虑观测变量X后，变量 Θ的概率密度函数；H(t| Θ)为无功补偿设备在热点温度达到Θ时发生故障的概率；R为 无功补偿设备的故障风险成本； (5) Cdc为退役处置成本： 式中：Cse为报废成本，C R为无功补偿设备的残值； (6)各节点的功率平衡条件： 式中：k = 1，2, 3代表最大、一般、最小负荷水平；Pt^ Qtil为加在该节点的有功功 率、无功功率；PDi、Qdi为该节点负荷的有功功率、无功功率；G lP Blj分别为节点导纳矩阵的 电导和电纳；Θ u为节点i、j之间的相角差；y ;= 1表示节点i为无功补偿点。 本专利技术的无功补偿设备的全寿命周期成本模型模型的不等式约束为： 式中：COS^1为补偿后功率因数的最小值分别为节点电压及该节点 上、下限值；η为配电线路节点数；Q tlimax为节点i无功补偿上限；m为无功补偿节点数。 所述安装容量和投切档数的确定为：根据最小负荷运行方式下得到的最优补偿容 量来确定固定无功补偿设备的安装容量；根据最大负荷运行方式下得到的最优补偿容量与 最小负荷运行方式下得到的最优补偿容量的差来确定可投切的无功补偿设备的安装容量； 为减小开关和电容器的故障率，采用等容分组方法对无功补偿设备进行分组，根据需要将 电容器投切档数设定为2- 3档，平均分配每档的容量。 本专利技术的有益效果是，本专利技术根据不同的负荷水平建立计及故障风险及全寿命周 期成本的配电网无功规划优化模型，充分考虑无功补偿设备在全寿命周期内的各种成本， 从而节约了无功补偿设备的成本，提高了配电网无功规划配置的有效性。【附图说明】 图1为采用本专利技术模型作为目标函数进行无功规划优化的流程图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的实施方式作详细说明。 本实施例采用本专利技术模型作为目标函数进行无功规划优化的流程图如图1所示， 无功规划优化具体步骤如下： 步骤I :采用模糊聚类方法将配电线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平： 将配电网的有功功率损耗P、无功功率损耗Q作为每小时负荷曲线的特征参数，采 用模糊聚类方法将配电线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平，各负荷水平聚类中心 的典型向量h k= ，k= 1，2, 3为聚类中心编号。则任一负荷到一聚类中心的距离 为： 式中：^为各特征参数的权重，P p Q1R表任一小时负荷的有功功率损耗和无功功 率损耗。 则各负荷到任一聚类的隶属度μ lk为： 步骤2 :在确定安装节点的前提下，以各节点的无功补偿容量为优化变量，建立考 虑故障风险影响下的无功补偿设备的全寿命周期成本模型C^: Clcc - C Ic+C0c+CMC+Risk (R | X) +Cdc 的等式约束具体为： (I)Cic为投资成本： 式中：0。为最大负荷水平下节点j处的无功补偿总容量，kVar 为节点j处补 偿电容器单位容量价格，万元/kVar;K。为每个节点安装补偿设备的设备费用和固定投资费 用，万元/节点；N。为补偿节点总数； (2) Cl3c为运行成本： 式中：T为使用年限，Kf3为电价，元/kWh当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种计及故障风险及成本的配电网无功规划优化模型，其特征在于，所述模型将配电网线路负荷分为最大、一般、最小三个负荷水平；然后以各节点的无功补偿容量为优化变量，建立考虑故障风险影响下的无功补偿设备的全寿命周期成本模型CLCC，并以CLCC最小为改进的遗传算法的目标函数；根据求得的最大负荷和最小负荷运行方式下的补偿容量来确定无功补偿设备的安装容量和投切档数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡蕾，范瑞祥，辛建波，廖志军，郑蜀江，黄新，
申请(专利权)人：国网江西省电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西;36
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