基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法技术

本发明专利技术公开了基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法。本发明专利技术首先利用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。本发明专利技术利用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。

Reactive power optimization method of distribution network based on helm sensitivity calculation

The invention discloses a reactive power optimization method of distribution network based on helm sensitivity calculation. The invention first uses helm to calculate the power flow of distribution network, and then calculates the voltage nonlinear sensitivity according to the sensitivity calculation method based on helm. Secondly, the most sensitive point outside the set of nodes to be compensated for reactive power is found out in order to determine the set of nodes to be compensated for reactive power. Finally, the reactive power compensation corresponding to the compensation point is calculated according to the genetic algorithm. In the invention, the nonlinear factor of sensitivity is considered by the helm method, the nonlinear sensitivity is used in the objective function to calculate the voltage deviation, the influence of the system nonlinearity on the objective function is considered, the compensation scheme reduces the system network loss more, the investment is less, and the economy is better.

【技术实现步骤摘要】
基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法
本专利技术属于电力信息
，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。
技术介绍
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]。负荷功率阻抗矩法通过定义负荷功率阻抗矩来表征补偿点的供电范围，按照平均分配阻抗矩的方法确定补偿点[9-10]。也有文献提出按无功二次精确矩法或层次聚类法等方法对节点进行分区，使得补偿节点分布合理[4-5]。模态分析法主要是对电压灵敏度矩阵作模式分析来选择补偿点，但至今没有具体选择算法[11]。这些方法一定程度上能避免虚假高灵敏度节点的影响，但也要事先确定补偿点个数，都是基于补偿前网络潮流，还是存在后两个问题。为避免虚假高灵敏度节点的影响，文献[6]提出了一种待补偿点动态定位方法，以单点补偿时补偿效益极限最大为目标逐个选择补偿点。该方法考了前补偿节点对后补偿节点的影响，但常常会使先前所选节点过补偿而导致后续部分合理待补偿节点丢失，同时该方法未考虑到后补偿点可能对先前补偿点所造成的影响。当后补偿节点补偿相应容量后，会对先前补偿节点产生影响，导致先前节点可能并非是有利待补偿点[7]。文献[7]提出了动态补偿效益灵敏度,灵敏度定义中包含了设备投资,并采用动态微增量的方法来确定补偿量和补偿点，考虑了动态补偿中试补偿量对无功补偿选点的影响。文献[8]提出了动态确定节点无功补偿容量上限值及初始补偿组数的方法,考虑了前补偿节点对后补偿节点的影响。总的来说，由于系统的非线性，原始灵敏度存在虚高灵敏度问题，动态补偿选择补偿点的方法一定程度上能避免选择虚假高灵敏度节点，能考虑前补偿节点对后补偿节点的影响，但较难考虑后补偿节点对前补偿节点的影响。而最近两年提出了一种基于Holomorphicembeddingmethod(全纯函数嵌入)的潮流计算方法，这种潮流方法完全颠覆了传统的牛拉法，不依靠节点初始值，可以明确潮流解是否存在[18-19]。这种方法可以完全改变传统的电力系统潮流计算，无功优化，电压稳定分析等问题。但目前如何利用HELM计算相关灵敏度，还没有相关文献研究。本专利技术专利利用HELM方法计算灵敏度，计算速度快，还可以考虑灵敏度的非线性。参考文献[1]余健明，杜刚，姚李孝.结合灵敏度分析的遗传算法应用于配电网无功补偿优化规划[J].电网技术，2002，26(7)：46-49.[2]矫志宏，蔡中勤，郭志忠.辐射型配电网无功补偿的精确矩法[J].继电器，2002，30(9)：11-l4.[3]刘科研,盛万兴,李运华.基于改进遗传模拟退火算法的无功优化[J].电网技术，2007，31(3)：13-15.[4]张庭场，耿光飞.基于改进粒子群算法的中压配电网无功优化[J].电网技术，2012，36(12)：158-162.[5]王韶，周鑫.应用层次聚类法和蚁群算法的配电网无功优化[J].电网技术，2011，35(8)：161-168.[6]余健明，张栋，姚李孝.基于一种新待补偿点定位法的配电网络无功优化[J].电网技术，2004，28(1)：67-70.[7]田金虎，马超，赵俊光，祁玉栋，一种配电网无功源等微量补偿动态优化算法[J].陕西电力，2010，1:6-10.[8]江洁，王主丁，张宗益，李宏伟，基于有效生成初始种群的配电网无功规划优化遗传算法[J].电网技术，2004，28(1)：67-70.[9]颜伟,徐郑.10kV馈线无功补偿选点的负荷功率阻抗矩方法[J].电力系统及其自动化学报[J]，2005，17(5):29-33.[10]杨丽徙，徐中友，朱向前.基于改进遗传算法的配电网无功优化规划[本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法，其特征在于该方法的具体步骤是：/n步骤(1)建立配电网的无功优化模型；/n步骤(2)利用HELM方法计算配电网潮流，并计算出配电网电压对各节点注入有功功率和无功功率的灵敏度；/n步骤(3)排序找出灵敏度最大的点，其中HELM计算的灵敏度包含了非线性因素；/n步骤(4)确定所有无功待补偿节点集后，再利用遗传算法进行确定补偿点的补偿容量，避免前补偿节点的容量过补偿；/n所述的利用HELM计算出配电网网损对各节点注入有功功率和无功功率的灵敏度，具体为：/n要求得电压对节点注入功率的灵敏度，即要求

【技术特征摘要】
1.基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法，其特征在于该方法的具体步骤是：
步骤(1)建立配电网的无功优化模型；
步骤(2)利用HELM方法计算配电网潮流，并计算出配电网电压对各节点注入有功功率和无功功率的灵敏度；
步骤(3)排序找出灵敏度最大的点，其中HELM计算的灵敏度包含了非线性因素；
步骤(4)确定所有无功待补偿节点集后，再利用遗传算法进行确定补偿点的补偿容量，避免前补偿节点的容量过补偿；
所述的利用HELM计算出配电网网损对各节点注入有功功率和无功功率的灵敏度，具体为：
要求得电压对节点注入功率的灵敏度，即要求



其中Pj表示节点j注入的有功功率，Vi表示节点i处的电压，Qj表示节点j注入的无功功率，ci[n]表示HELM潮流计算中的i节点电压的第n个电压分项；
(1)由计算过程可知，ci[0]与注入功率无关，因此，，均为0；
由
方程两边对Pj，Qj求偏导，得到
当j＝i时，
当j！＝i时，
联立求解，解出
(2)由
可知
由此推出
(3)同理，由



方程两边对Pj，Qj求偏导，得到：
当j＝i时，



当j！＝i时，
求出
(4)由
推出



(6)算出所有的
(7)根据定义算出电压对注入功率的非线性灵敏度。


2.根据权利要求1所述的基于HELM灵敏度计算的配电网无功优化方法，其特征在于：
建立配电网的无功优化模型具体为：



式中：kd为系统的有功电价；PL为有功损耗；τ为该负荷水平下的运行时间；Qi为节点i的无功补偿容量；PC为无功补偿容量的单价；kα为无功补偿装置的折旧维修率；kγ为无功补偿装置的投资回收率；λV为电压越限罚因子；Vilim为电压上限或下限，当Vi＞Vimax时，Vilim＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：高慧敏，陈建琳，张巍巍，罗平，汪义旺，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33