基于多数据分析的配电网无功优化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于多数据分析的配电网无功优化系统及方法，包括：配电网数据采集装置，采集的10kV线路出线节点实时数据并传输至上位机控制系统；动态无功补偿装置，将配电台区运行数据及无功补偿装置运行状态采用GPRS将数据传输到上位机控制系统。通过EMS、配网自动化系统接入10kV线路各节点运行数据，进行潮流计算，得出线路各节点电压、有功、无功的分布，通过无功策略控制，使线路运行在最优状态。通过遗传算法制定无功优化策略，确定补偿点、补偿容量等，实现对配网内各无功补偿设备进行控制，实现全配网无功优化运行控制。

Reactive power optimization system and method for distribution network based on multi data analysis

The invention discloses a distribution network based on data analysis of reactive power optimization system and method, including: distribution network data acquisition device, 10kV line collection line node real-time data and transmitted to the host computer control system; dynamic reactive power compensation device, with state radio data area and reactive power compensation device using GPRS transfer the data to the host computer control system. By running the EMS data, the distribution automation system to access the 10kV line of each node, flow calculation, draw the line voltage of each node, the active power and reactive power distribution, the reactive power control strategy, make the line running in optimal state. Through the genetic algorithm development strategy of reactive power optimization, to determine the compensation point, compensation capacity, the distribution of the reactive power compensation device for reactive power optimization control, operation control network to achieve fully furnished.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无功补偿
，特别是涉及基于多数据分析的配电网无功优化系统及方法。
技术介绍
随着发电与输配电分开、新型电力市场改革的实施,从整体上进行全配电网的优化调度功能要求越来越严，对实时进行补偿能力要求也增强，影响到整个系统的供电质量和经济利益,更关系到电网能否安全正常运行。目前我国大部分运行的电网系统都属于有功电源过甚,无功电源不足的状况，无功优化可以减小网络损耗，减少了资源消耗和发输电成本。对配电网无功电压进行优化有助于改善电压质量，供电可靠性以及降低损耗，另一方面以最少的投资获得最多的效益。长期以来,我国对高压输电网络的无功电压优化投资较大,已有很多较成熟的控制系统,比如调度自动化系统(SCADA)，能量管理系统(EMS)，大部分地区还有AVC系统。但对10kV以下配电网的无功电压优化国内外研究都较少，可进行参考的也不多见。随着配电网负荷增长愈来愈快,尤其是旋转电机负荷,农村空调负荷与日俱增,导致配电网电压过低。对10kV及以下配电网，特别是农村电网进行技术改造,是一个十分突出的社会问题。目前，在实际应用中，我国电压无功控制方式主要包括集中控制方式、分散控制方式、集中与分散相结合的控制方式。(1)分散控制方式。分散控制方式是目前主要的电压无功优化控制方式，是指变电站、配电站等具有电压无功控制能力的点，根据该地区的电压无功情况，计算出优化方案，实现电压无功的局部优化、降低网损、提高电压质量以及提高功率因数。但是在系统无功功率不足的情况下，分散控制方式无法全面考虑系统的无功情况，控制结果有可能导致电压稳定性降低甚至系统崩溃。(2)集中控制方式。集中控制方式是指调度中心集中获取各个变电站的主变以及无功补偿装置的当前运行情况(电压、有功功率、无功功率等)。通过无功优化软件的系统分析和计算，全面地控制各个可控点的电压和无功。这种控制方式理论上可以达到最佳的控制效果，能够实现电压无功的全局优化。但是在实际应用中，集中控制对通信信道的可靠性和实时性要求很高，增加了控制的难度。(3)分散与集中相结合的控制方式。该控制方式既可以实现电压无功的集中控制，也可以实现电压无功的局部控制，一般在通信信道完好的情况下，对系统采取集中控制方式，达到最佳控制效果；在通信信道故障时，采取分散控制方式，实现各地区的局部优化。这种控制方式的适应性较强，可以满足实际电网对电压稳定性的要求。目前我国广泛使用的电压无功控制方式为分散控制，主要有以下三种：(1)变电站电压无功控制。变电站参与电压无功控制的设备一般包括有载调压变压器、无功补偿装置等。主要作用有稳定低压侧母线的电压水平，减少变压器上游的无功流动，减少网损，提高功率因数等。无功补偿装置一般安装在低压侧10kV母线侧，但是这种补偿方式，不能使下游受益，因为流向负荷的无功功率还是会经过下游馈线，导致线路产生有功损耗和电压降。一般情况下农村配电馈线较长，供电半径较大，因此线路末端的电压在负荷较大时，会有较大幅度的下降。国内外对于变电站电压无功控制算法较多，也已比较成熟，九区图法是一种常用的有效方法。但是频繁的调节变压器分接头以及电容器的投切，容易引起分接头故障，因此在实际运行时要限制分接头的动作次数和电容器的投切次数。变电站无功补偿对维持变电站母线电压，提高高压电网功率因数和平衡系统无功有着重要作用，因此可根据负荷的日变化情况安排好变电站的无功补偿容量和变压器档位，保证电压合格和无功补偿效果达到最好的情况，并尽可能使电容器组投切开关的操作次数为最少。(2)线路电压无功控制。线路电压无功控制一般通过线路调压器、线路无功补偿装置等实现。但是线路调压器改善线路电压水平的能力有限。线路无功补偿通过在线路杆塔上安装无功补偿装置来实现无功补偿。线路无功补偿可以减少负荷从系统中吸收的无功功率，减小线路中的电流，从而降低网损。线路补偿一般采用固定补偿，因此适应能力较差。对于线路电压无功控制有待进一步研究。(3)配电点电压无功控制。配电点参与电压无功控制的设备一般包括有载调压配变、无功补偿装置等。由于配电变压器与用户的距离最近，而且是最后一级变压器，在配变的无功补偿装置可以使上游所有线路受益，最大程度上减小线损，因此该控制方式的效果较好，可以针对各自用户的电压和功率因数情况进行独立控制而不对其他配电点的用户产生影响。但是其电压调节范围不大，只使用于小幅度电压调节、而且配电变压器数量较多，增加了运行和维护的工作量。传统电压无功控制多为本地自动控制，通过监测本地采集的电压、有功、无功，调节变压器档位或电容器开关使电压及无功位于合格范围内：其中变电站的电压无功综合控制多采用九区图或改进的九区图进行判断，对于越限情况，变电站按九区图进行VQC(电压无功控制)调控，一般每个变电站的分析和控制是独立运行，采用的设备多数为自动分组投切，部分发达地区采用了压控调容补偿和磁控电抗器+电容的MCR(磁阀式可控电抗器)补偿方式，三相共补方式；10kV线路无功补偿设备一般是按照无功定值、功率因数定值、电压定值或者其组合定值进行判断，同样也是每台设备的分析控制是独立运行，不涉及到相互协调，采用的设备大多是自动分组投切，三相共补方式；配变无功补偿设备情况基本同线路无功一样，区别主要是部分设备采用了三相共补+分补的方式。这种本地运行方式可以实现局部优化控制，但是由于没有考虑到各站之间的有机联系，整体技术性、经济性仍有提高的余地。综上所述，现有技术中对于配电网的智能无功补偿问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了基于多数据分析的配电网无功优化系统，包括：配电网数据采集装置，采集的10kV线路出线节点实时数据并传输至上位机控制系统；动态无功补偿装置，将配电台区运行数据及无功补偿装置运行状态采用GPRS将数据传输到上位机控制系统；上位机控制系统，根据获得的数据进行潮流计算，得出线路各节点电压、有功、无功的分布，通过遗传算法制定无功优化策略，确定补偿点、补偿容量，实现对配网内各动态无功补偿装置进行控制，继而实现全配网无功优化运行控制。进一步的，所述配电网数据采集装置包括用户用电信息采集系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV配变无功补偿设备运行监控主站系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV线路无功补偿设备运行监控主站系统及县自动化系统SCADA。进一步的，所述动态无功补偿装置包括自动调节控制器，所述自动调节控制器的输入端分别与采集三相线中的C相线电流的电流互感器TA、分别采集两组电容器电流电流互感器TA1及电流互感器TA2、采集三相线中的B、C相线电压的电压互感器相连，所述自动调节控制器根据接收的信号进行处理后得到电压、电流、功率因数、有功和无功数据,并将上述数据与设置值进行比较，所述自动调节控制器根据比较结果通过控制回路控制高压接触器实现对两组并联电容器的投切控制。进一步的，所述两组并联电容器分别通过各自对应的高压接触器与相应的两组电阻相连。进一步的，所述两组电阻均连接至三相线，所述三相线还与跌落式熔断器相连。进一步的，所述三相线还与跌落式熔断器的输出端还通过避雷器接地。进一步的，所述自动调节控制器将配电线路的实时数据采用GPRS将数据传输到上位机控制系统。进一步的，所述电容器采本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，包括：配电网数据采集装置，采集的10kV线路出线节点实时数据并传输至上位机控制系统；动态无功补偿装置，将配电台区运行数据及无功补偿装置运行状态采用GPRS将数据传输到上位机控制系统；上位机控制系统，根据获得的数据进行潮流计算，得出线路各节点电压、有功、无功的分布，通过遗传算法制定无功优化策略，确定补偿点、补偿容量，实现对配网内各动态无功补偿装置进行控制，继而实现全配网无功优化运行控制；所述配电网数据采集装置包括用户用电信息采集系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV配变无功补偿设备运行监控主站系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV线路无功补偿设备运行监控主站系统及县自动化系统SCADA；所述动态无功补偿装置包括自动调节控制器，所述自动调节控制器的输入端分别与采集三相线中的C相线电流的电流互感器TA、分别采集两组电容器电流电流互感器TA1及电流互感器TA2、采集三相线中的B、C相线电压的电压互感器相连，所述自动调节控制器根据接收的信号进行处理后得到电压、电流、功率因数、有功和无功数据,并将上述数据与设置值进行比较，所述自动调节控制器根据比较结果通过控制回路控制高压接触器实现对两组并联电容器的投切控制；所述上位机控制系统，包括：10kV配电网无功优化模型的建立模块，以10kV配电网无功优化补偿后所取得的综合经济效益最大作为目标建立配电网无功优化的数学模型，求解该模型可得到无功补偿装置的并联电容器的补偿容量；配网潮流计算模块，采用以支路网损为状态量的前推回代型算法计算配电网的潮流，从而求解出状态变量；无功补偿点的选择模块，综合考虑网络结构和负载分布情况，利用矩阵计算得到各节点的灵敏度数值，最终确定无功补偿点，补偿点的补偿容量通过遗传算法确定；无功优化策略模块，根据输入的配电网原始数据，基于遗传算法获得补偿点的补偿容量。...

【技术特征摘要】
1.基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，包括：配电网数据采集装置，采集的10kV线路出线节点实时数据并传输至上位机控制系统；动态无功补偿装置，将配电台区运行数据及无功补偿装置运行状态采用GPRS将数据传输到上位机控制系统；上位机控制系统，根据获得的数据进行潮流计算，得出线路各节点电压、有功、无功的分布，通过遗传算法制定无功优化策略，确定补偿点、补偿容量，实现对配网内各动态无功补偿装置进行控制，继而实现全配网无功优化运行控制；所述配电网数据采集装置包括用户用电信息采集系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV配变无功补偿设备运行监控主站系统、基于GPRS无线通讯通道的10kV线路无功补偿设备运行监控主站系统及县自动化系统SCADA；所述动态无功补偿装置包括自动调节控制器，所述自动调节控制器的输入端分别与采集三相线中的C相线电流的电流互感器TA、分别采集两组电容器电流电流互感器TA1及电流互感器TA2、采集三相线中的B、C相线电压的电压互感器相连，所述自动调节控制器根据接收的信号进行处理后得到电压、电流、功率因数、有功和无功数据,并将上述数据与设置值进行比较，所述自动调节控制器根据比较结果通过控制回路控制高压接触器实现对两组并联电容器的投切控制；所述上位机控制系统，包括：10kV配电网无功优化模型的建立模块，以10kV配电网无功优化补偿后所取得的综合经济效益最大作为目标建立配电网无功优化的数学模型，求解该模型可得到无功补偿装置的并联电容器的补偿容量；配网潮流计算模块，采用以支路网损为状态量的前推回代型算法计算配电网的潮流，从而求解出状态变量；无功补偿点的选择模块，综合考虑网络结构和负载分布情况，利用矩阵计算得到各节点的灵敏度数值，最终确定无功补偿点，补偿点的补偿容量通过遗传算法确定；无功优化策略模块，根据输入的配电网原始数据，基于遗传算法获得补偿点的补偿容量。2.如权利要求1所述的基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，所述两组并联电容器分别通过各自对应的高压接触器与相应的两组电阻相连；所述两组电阻均连接至三相线，所述三相线还与跌落式熔断器相连；所述三相线还与跌落式熔断器的输出端还通过避雷器接地。3.如权利要求2所述的基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，所述电容器采用单星形布线方式，用高压接触器进行投切,避免采用电力电子设备投切引入谐波。4.如权利要求1所述的基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，所述电流互感器采用非接入式高压电流互感器；所述电压互感器采样线电压,主要供给配电线路电压信号,同时为自动调节控制器和控制回路供给能量。5.如权利要求4所述的基于多数据分析的配电网无功优化系统，其特征是，所述电流互感器TA采样C相电流,根据三相对称得出A、B相电流，经转换之后得到采样信号,信号由A/D转换后得出电压、电流、功率因数、有功和无功；所述电流互感器TA1和TA2采样电容器电流,用来判断真空接触器是否投切成功，并为电容器的保护提供硬件支持。6.基于多数据分析的配电网无功优化方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一：以10kV配电网无功优化补偿后所取得的综合经济效益最大作为目标，建立10kV配电网无功优化模型，求解该模型可得到并联电容器的补偿容量；步骤二：采用以支路网损为状态量的前推回代型算法计算配电网的潮流；步骤三：综合考虑网络结构和负载分布情况，利用矩阵计算得到各节点的灵敏度数值，基于灵敏度分析，依照改进过的网损灵敏度指标选择无功补偿点，再利用遗传算法确定最佳补偿容量；步骤四：根据输入的配电网原始数据、配电网的潮流及灵敏度分析，利用遗传算法进行无功优化策略的选择。7.如权利要求6所述的基于多数据分析的配电网无功优化方法，其特征是，所述步骤一中，建立无功优化补偿数学模型的目标函数如下：minC＝CC-CSCS=β(ΔPS-ΔPS′)τ.(1+r)n-1(1+r)nr]]>Cc=Σi=1x(F+AQstepmi)]]>式中，CS表示无功补偿装置使用期间配电网网损降低而节约费用的资金现值，单位：元；Cc表示无功补偿装置的总投资费用，单位：元；β表示平均售电电价，单位：元/kWh；ΔPS表示补偿前的系统有功网损，单位：kW；ΔP′S表示补偿后的系统有功网损，单位：kW；(ΔPS-ΔP′S)表示补偿后系统减少的网损，单位：kW；τ表示年运行小时数，单位：h；r表示折现率；n表示补偿装置的经济使用期，单位：年；F表示补偿装置的安装费用，单位：元；A表示单位容量电容器的投资造价，单位：元/kvar；Qstep表示每组补偿电容器的容量，单位：kvar；mi表示补偿点安装的电容器组数，单位：组；x表示补偿的节点数；ΔPS系统有功网损的计算公式：ΔPS=Σi=1nViΣj=1nVj(Gijcosθij+Bijsinθij)]]>采用罚函数的方式进行处理节点电压越限和功率因数越限，从而将目标函数扩展为：minC＝Cc-Cs+FpFp为越限罚函数；Fp=[Σ(Vi-VilimVimax-Vimin)2+Σ(Cci-CilimCimax)2]×lv]]>lv为惩罚系数，Vilim为状态变量，Vi的上限或者下限，规定如下式：Vilim=VimaxVi>VimaxViVimin≤Vi≤VimaxViminVi<Vimin]]>Cclim为配变低压侧功率因数Cci的上限，规定如下：CclimCilimCci≥CimaxCciCci<Cimax]]>可以看出，如果电压幅值Vi和功率因数Cci都没有越限，罚函数为零，对目标函数不起作用；当两者中任何一个越限后，罚函数将是一个正数，而且乘以一个数值很大的惩罚系数lv，则罚函数的数值足以对目标函数造成影响，从而造成目标函数值过大，使得遗传算法在搜索过程中首先舍弃目标值较大的值，从而舍弃了电压幅值Vi或功率因数Cci越限的值，潮流方程：PGi-PDi-UiΣj=1nUj(Gijcosθij+Bijsinθij)=...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋士瞻，牛蔚然，刘建文，王传勇，张健，颜勇，韩蓬，王坤，王为帅，康文文，杨凤文，孙宝峰，代二刚，侯文，张瑞，李宇其，倪丽，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司枣庄供电公司，国网山东节能服务有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37