一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法制造方法及图纸

一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法，属电力系统运行领域。其首先获取配电网拓扑参数、变压器和无功补偿装置参数，以及有功和无功负荷的预测数据；然后基于上述参数和数据建立配电网无功优化模型；采用二阶锥松弛将其转化为二阶锥无功优化问题并求解；得到补偿电抗器或电容器的最优投切档位和变压器的分接头位置。其在网络线损最小的前提下，通过高效求解配电网无功优化模型，得到离散可调无功补偿装置的投切策略和变压器分接头的选取，能够将系统电压有效控制在允许范围内，保障电力系统的安全稳定运行。可广泛用于电力系统的运行管理领域。运行管理领域。运行管理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法


[0001]本专利技术属于电力系统运行领域，尤其涉及一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法。

技术介绍

[0002]随着城市现代化建设的推进，为进一步美化城市、优化配置土地资源，并防止架空线路遭受不可抗力破坏，引起危害人身和电网安全的事故，提高供电可靠性，保障人们的生命财产安全，目前已广泛开展对架空输电线路进行下地电缆化改造的工作。
[0003]而电缆的电容较架空线路的电容大，对于长距离电缆线路，对地电纳和充电容量更会随着线路长度的增加而逐渐增大；线路串联电抗的无功损耗和系统的无功负荷不足以维持无功功率的平衡，会导致高电缆化率的配电网电压偏大。如在夜间负荷低谷时段，照明负荷占有相当大的比重，它们具有较高的功率因数，使得系统无功富余、电压偏大的问题更加突出。
[0004]针对此，传统的仅配置容性无功补偿装置的方法不再适用，国家电网公司已开始尝试通过在配电网10kV侧加装电抗器来调整电压水平，而相关的电抗器投切策略以及其与变压器分接头选择的配合是一个值得探讨的问题。
[0005]以上所述的通过并联补偿电抗器来实现系统电压调整的问题可以通过建立配电网无功优化模型来模拟。
[0006]但目前已有的研究在建模上面临着以下问题：缺乏对电抗器运行规律、网络线损以及配电变压器对系统无功电压影响的充分考虑。
[0007]随着城市电缆化率的不断提升，配电网末端电压越限问题日益严峻，需要建立新的配电网无功优化模型，以得到无功补偿装置的运行方法和投切策略，在计及无功补偿装置离散可调特性、变压器分接头选取对系统无功电压影响以及网络线损最小的情况下实现配电网无功电压调整，为电力系统的安全稳定运行提供有力的工具。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法。其在网络线损最小的情况或前提下，通过高效求解配电网无功优化模型，得到离散可调无功补偿装置的投切策略和变压器分接头的选取，能够将系统电压有效控制在允许范围内，保障电力系统的安全稳定运行。
[0009]本专利技术的技术方案是：提供一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法，包括以下步骤；
[0010]步骤一：获取配电网拓扑参数，变压器和无功补偿装置参数，以及有功和无功负荷的预测数据。该过程中所涉及到的参数主要有：1)配电网网络结构，各支路电阻、电抗和对地电纳大小，及各电缆线路的长度和最大载流量；2)各节点电压允许偏差范围；3)变压器的额定容量、电压和各个分接头档位；4)无功补偿装置的额定容量和各个分接头档位；5)配电
网末端有功负荷和无功负荷的大小。
[0011]步骤二：基于步骤一得到的参数和数据建立配电网无功优化模型。其具体模型如下：
[0012]以网络线损，即全网所有支路的有功损耗最小为目标函数，即：
[0013][0014]其中的I
i,j2
可由下式得到：
[0015][0016]计及网络中各节点的功率平衡约束由下式得到：
[0017][0018]投切容量分档可调的无功补偿装置运行约束由下式得到：
[0019][0020][0021]各支路首末端电压关系由下式得到：
[0022][0023]其中由于变压器的分接头可调，假设有N
T
个调节档位，则U
j2
/t
i,j2
可进一步离散化表示如下：
[0024][0025]其节点电压和支路电流限值约束表示如下：
[0026]U
j,min
≤U
j
≤U
j,max
ꢀꢀ
(8)
[0027][0028]其中，V表示配电网络节点集合，(i,j)表示由节点i和j组成的支路，E表示网络支路集合，r
i,j
表示支路(i,j)的电阻，I
i,j2
为支路电流幅值的平方，P
i,j
和Q
i,j
分别表示支路(i,j)通过的有功和无功功率，支路(i,j)的潮流正方向为从i至j，U
i
表示节点i的电压，π(j)表示以j为末端节点的支路的首端节点集合，δ(j)表示以j为首端节点的支路的末端节点集合，r
i,j
和x
i,j
分别表示支路(i,j)的电阻和电抗，b
j
表示节点j的对地电纳，P
L,j
和Q
L,j
分别表示节点j的有功和无功负荷，对于非配电网末端节点，P
L,j
＝0,Q
L,j
＝0，Q
X,j
和Q
C,j
分别表示节点j投入的电抗器(电容器)容量，Q
X,j,k
(Q
C,j,k
)表示补偿装置第k个调节档位对应的补偿容量，I
X,j,k
(I
C,j,k
)表示是否选中的0
‑
1变量，T表示变压器支路集合，t
i,j
即为支路(i,j)的非标准变比，t
i,j,k
表示变压器支路(i,j)的分接头k对应的调节档位，I
i,j,k
表示是否选择分接头k的0
‑
1变量，U
j,min
和U
j,max
分别表示节点j的电压限值。
[0029]考虑到配电网电缆线路长度往往远小于其工作频率所对应的波长，且研究对象是网络中各节点的电量关系，对于线路基于集中参数电路理论、采用∏型等值电路进行；变压器采用Γ型等值电路。
[0030]在所述的步骤三中，其具体实现方式如下：
[0031]首先定义变量：1)节点电压幅值平方u
j
；2)支路电流幅值平方i
i,j
如下式所示：
[0032][0033]进一步将i
i,j
＝(P
i,j2
+Q
i,j2
)/U
i2
添加到约束条件中；
[0034]在满足目标函数是i
i,j
的严格增函数以及节点负荷无上限等条件下，可将其松弛为如下公式：
[0035][0036]进一步的，由于上面的公式与下面的公式式等效：
[0037](2P
i,j
)2+(2Q
i,j
)2+(i
i,j
‑
u
i
)2≤(i
i,j
+u
i
)2ꢀꢀ
(12)因而目标函数可以表示为标准二阶锥形式，即：
[0038][0039]进一步的，，所述的双线性项(U
j2
/t
i,j,k2
)I
i,j,k
即(u
j
/t
i,j,k2
)I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一：获取配电网拓扑参数，变压器和无功补偿装置参数，以及有功和无功负荷的预测数据；步骤二：基于系统参数和负荷数据建立配电网无功优化模型；步骤三：基于配电网无功优化模型，采用二阶锥松弛将其转化为二阶锥无功优化问题并求解；由此得到可有效实现电压调整的无功补偿装置的最优投切档位和变压器的分接头位置。2.按照权利要求1所述的基于电抗器补偿装置的无功电压调整方法，其特征是所述步骤二的具体实现方式如下：以网络线损，即全网所有支路的有功损耗最小为目标函数，即：其中的I
i,j2
可由下式得到：计及网络中各节点的功率平衡约束由下式得到：投切容量分档可调的无功补偿装置运行约束由下式得到：投切容量分档可调的无功补偿装置运行约束由下式得到：各支路首末端电压关系由下式得到：
其中由于变压器的分接头可调，假设有N
T
个调节档位，则U
j2
/t
i,j2
可进一步离散化表示如下：其节点电压和支路电流限值约束表示如下：U
j,min
≤U
j
≤U
j,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，V表示配电网络节点集合，(i,j)表示由节点i和j组成的支路，E表示网络支路集合，r
i,j
表示支路(i,j)的电阻，I
i,j2
为支路电流幅值的平方，P
i,j
和Q
i,j
分别表示支路(i,j)通过的有功和无功功率，支路(i,j)的潮流正方向为从i至j，U
i
表示节点i的电压，π(j)表示以j为末端节点的支路的首端节点集合，δ(j)表示以j为首端节点的支路的末端节点集合，r
i,j
和x
i,j
分别表示支路(i,j)的电阻和电抗，b
j
表示节点j的对地电纳，P
L,j
和Q
L,j
分别表示节点j的有功和无功负荷，对于非配电网末端节点，P
L,j
＝0,Q
L,j
＝0，Q
X,j
和Q
C,j
分别表示节点j投入的电抗器(电容器)容量，Q
X,j,k
(Q
C,j,k
)表示补偿装置第k个调节档位对应的补偿容量，I
X,j,k
(I
C,j,k
)表示是否选中的0
‑
1变量，T表示变压器支路集合，t
i,j
即为支路(i,j)的非标准变比，t
i,j,k
表示变压器支路(i,j)的分接头k对应的调节档位，I
i,j,k
表示是否选择分接头k的0
‑
1变量，U
j,min
和U
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯陈佳，夏澍，韩冬梅，戴弈宁，朱玉成，颜昕昱，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：