一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法技术

随着“煤改电”工程的大力推进，电窑炉设备开始规模化接入配电网。为了解决电窑炉规模化接入配电网后的电压偏差和谐波畸变率高的问题，提出一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法，通过建立多目标优化数学模型实现配电网串联补偿装置和并联补偿装置的选址及定容，实现改善配网电压的目标，对谐波进行集中统一的治理，有效降低了配网损耗和配网谐波含量，明显改善配网电压。明显改善配网电压。明显改善配网电压。

【技术实现步骤摘要】
一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法


[0001]本专利技术涉及电窑炉负荷规模化应用后的电能质量分析与措施治理，特别涉及对电窑炉规模化应用后低电压问题和谐波问题的电能质量优化治理。

技术介绍

[0002]由于经济的迅速发展和常规能源的消耗，环境污染和能源危机已经成为不可忽视的问题。电窑炉作为第一批电能替代产品在景德镇得到大量推广使用，与柴窑、煤窑和气窑相比，具有占地面积小、热效率高、产品烧成质量好等一系列优点。但是以电窑炉为代表的电能替代产品规模化接入电网，将引起配电网低电压、谐波畸变率高和无功损耗高等一系列电能质量问题，极大地影响配网的安全可靠运行。在这一背景下，需要对治理装置进行合理的应用规划，解决规模化接入后造成的谐波、无功和低电压等电能质量问题，以保证系统安全稳定运行以及用户端的电压质量在标准范围内。
[0003]目前，在实际运行过程中，电窑炉、电采暖等替代负荷规模接入后对配电网的供电能力有显著影响，但是，现有文献很少研究电窑炉大规模接入配电网后的无功优化问题和谐波抑制问题。在这一背景下，需要对治理装置进行合理的应用规划，解决规模化接入后造成的谐波、无功和低电压等电能质量问题，以保证系统安全稳定运行以及用户端的电压质量在标准范围内。
[0004]无功补偿治理装置分为并联补偿和串联补偿两种形式。并联补偿在馈线上接入补偿电容器，可以减少用户侧的感性无功功率流动，具有降低线损和减小电压降落的治理能力，但其提供的无功功率与电压的平方成正比，在负荷大幅度增加时，线路电压偏低达不到治理效果。串联补偿电容器能减小线路的电抗，提高线路末端电压改善电压质量，但是串补不能减小用户侧的无功功率，导致无功功率仍在线路中流动，仍有较大网损。本文拟在配网系统中采用并联补偿器和串联补偿器相结合的方式进行无功补偿。
[0005]谐波治理主要有两个方面，一方面针对谐波源本身加以限制，另一方面在电网中加装无源滤波器(Passive Power Filter,PPF)或有源滤波器 (Active Power Filter,APF)达到抑制谐波的目的，并使各次谐波含有率满足国家标准。其中无源滤波器虽然有成本低廉，结构简单以及便于实现的优点,但是其滤波特性不佳，故而本文在配电网中配置性能优越的有源滤波器。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法，能够解决电窑炉规模化接入后造成的谐波、无功和低电压等电能质量问题，是一种操作简单且容易实现的综合资源优化配置方法，为“煤改电”配套电网改造工程提供一定的理论依据。
[0007]本专利技术的技术方案：一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法，其特征在于它包括无功优化环节的配置与谐波治理环节的优化配置的两个部分；其中，所述无功优化环节用以从投资、网损和电压偏差三个方面建立优化模型，评估电窑炉接入配电网后
对系统的影响，并利用粒子群优化算法(PSO，Particle Swarm Optimization)优化配电网串联补偿装置和并联补偿装置的选址及定容；所述谐波治理环节是指在配电网中配置滤波器消除谐波，用以对谐波进行集中统一的治理。
[0008]所述无功优化环节的配置，具体实现过程包括以下步骤：
[0009](1
‑
1)目标函数的选择：
[0010]当电窑炉规模化应用于配电网中时，配电网的等效模型由电窑炉负荷、无功补偿装置、有源电力滤波装置和上级电网系统组成；因此，将无功补偿装置投资最小、电压偏差最小、网络损耗最小作为3个目标函数，按照公式(1)
‑
(4)对系统进行多目标无功优化；
[0011]F＝min[f
cost
,f
V
,f
loss
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012][0013][0014][0015]式中，f
cost
、f
V
、f
loss
分别代表无功补偿装置投资最小、电压偏差最小、网络损耗最小；C
invest
、C
cap
分别为无功补偿装置的总投资和单位容量的投资；Q
c
为节点i处接入的无功容量；U
i
、ΔU分别为节点i的电压、正常运行时的基准电压幅值和总的电压偏差；N
b
为系统的支路数；R
i
支路i的电阻；P
i
、Q
i
、P
loss
分别为支路i的有功功率、无功功率和配网系统的网络损耗；
[0016](1
‑
2)约束条件的确定：
[0017]不等式约束条件分为控制变量约束和状态变量约束，选取发电机节点电压、无功补偿装置容量为控制变量约束，选取负荷节点电压和配电网功率因数作为状态变量约束，分别如公式(5)和公式(6)所示：
[0018][0019][0020]式中，U
Gi
、U
Gimin
、U
Gimax
分别为发电机节点i的断点电压及其下限和上限值；Q
Ci
、Q
Cimin
、Q
Cimax
分别为无功补偿容量及其下限和上限值；U
Li
、 U
Limin
、U
Limax
分别为负荷节点i的电压及其下限值和上限值；pu为配网运行时的功率因数；N
G
、N
C
、N
L
分别为电网发电机节点数、无功补偿节点数和PQ节点数；
[0021](1
‑
3)归一化处理
[0022]由于电压偏差、有功损耗和投资成本的量纲和单位不同，不能简单地用权值进行连接，需要先进行权值的归一化处理，求取目标函数的最小值，成本型定量目标，归一化的过程如式(7)、(8)、(9)所示：
[0023][0024][0025][0026]式中：ΔU
dc
、ΔP
loss
和ΔC
invest
为加入无功补偿前的电压偏差、有功损耗和设备投资，ΔU
max
和ΔU
min
，P
max
和P
min
，C
max
和C
min
分别为电压偏差、有功损耗和设备投资的最大值和最小值；
[0027](1
‑
4)权重的选择
[0028]无功补偿装置的优化配置应满足电压质量的要求，则电压偏差是无功补偿装置规划的重要考核标准，因此，将电压偏差作为第1等级权重W1；由于网损费用值比较小，作为第2等级权重W2，在满足了电压要求和网损要求之后需要考虑一定的经济性，即固定投资成本在电力公司投资费用，作为第3等级权重W3；则电窑炉规模化应用后的多目标优化的目标函数则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法，其特征在于它包括无功优化环节的配置与谐波治理环节的优化配置的两个部分；其中，所述无功优化环节用以从投资、网损和电压偏差三个方面建立优化模型，评估电窑炉接入配电网后对系统的影响，并利用粒子群优化算法优化配电网串联补偿装置和并联补偿装置的选址及定容；所述谐波治理环节是指在配电网中配置滤波器消除谐波，用以对谐波进行集中统一的治理。2.根据权利要求1所述一种电窑炉规模化应用后的综合资源优化配置方法，其特征在于所述无功优化环节的配置，具体实现过程包括以下步骤：(1
‑
1)目标函数的选择：当电窑炉规模化应用于配电网中时，配电网的等效模型由电窑炉负荷、无功补偿装置、有源电力滤波装置和上级电网系统组成；因此，将无功补偿装置投资最小、电压偏差最小、网络损耗最小作为3个目标函数，按照公式(1)
‑
(4)对系统进行多目标无功优化；F＝min[f
cost
,f
V
,f
loss
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)(1)式中，f
cost
、f
V
、f
loss
分别代表无功补偿装置投资最小、电压偏差最小、网络损耗最小；C
invest
、C
cap
分别为无功补偿装置的总投资和单位容量的投资；Q
c
为节点i处接入的无功容量；U
i
、ΔU分别为节点i的电压、正常运行时的基准电压幅值和总的电压偏差；N
b
为系统的支路数；R
i
支路i的电阻；P
i
、Q
i
、P
loss
分别为支路i的有功功率、无功功率和配网系统的网络损耗；(1
‑
2)约束条件的确定：不等式约束条件分为控制变量约束和状态变量约束，选取发电机节点电压、无功补偿装置容量为控制变量约束，选取负荷节点电压和配电网功率因数作为状态变量约束，分别如公式(5)和公式(6)所示：如公式(5)和公式(6)所示：式中，U
Gi
、U
Gimin
、U
Gimax
分别为发电机节点i的断点电压及其下限和上限值；Q
Ci
、Q
Cimin
、Q
Cimax
分别为无功补偿容量及其下限和上限值；U
Li
、U
Limin
、U
Limax
分别为负荷节点i的电压及其下限值和上限值；pu为配网运行时的功率因数；N
G
、N
C
、N
L
分别为电网发电机节点数、无功补偿节点数和PQ节点数；(1
‑
3)归一化处理由于电压偏差、有功损耗和投资成本的量纲和单位不同，不能简单地用权值进行连接，需要先进行权值的归一化处理，求取目标函数的最小值，成本型定量目标，归一化的过程如式(7)、(8)、(9)所示：
式中：ΔU
dc
、ΔP
loss
和ΔC
invest
为加入无功补偿前的电压偏差、有功损耗和设备投资，ΔU
max
和ΔU
min
，P
max
和P
min
，C
max
和C
min
分别为电压偏差、有功损耗和设备投资的最大值和最小值；(1
‑
4)权重的选择无功补偿装置的优化配置应满足电压质量的要求，则电压偏差是无功补偿装置规划的重要考核标准，因此，将电压偏差作为第1等级权重W1；由于网损费用值比较小，作为第2等级权重W2，在满足了电压要求和网损要求之后需要考虑一定的经济性，即固...

【专利技术属性】
技术研发人员：车延博，胡钦校，吴丹，郭啸，郑智昊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：