專利名稱：一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化模型和方法，特別涉及一種適用于感性無功資源的優(yōu)化補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)無功優(yōu)化規(guī)劃(Optimal Reactive Power Planning, ORPP)是以今后 5-10年的電網(wǎng)規(guī)劃為依據(jù)，在保證滿足各種典型方式安全約束的前提下，確定最優(yōu)無功補(bǔ)償?shù)攸c、容量及無功調(diào)節(jié)設(shè)備的最佳運行狀態(tài)，從而達(dá)到提高電壓穩(wěn)定性，改善電壓質(zhì)量， 降低網(wǎng)損的目的。通常，ORPP的研究工作主要集中在兩方面，一是對無功優(yōu)化的模型的改進(jìn)和研究，使其盡量反映實際情況；二是對模型求解的優(yōu)化算法進(jìn)行研究，包括對各種傳統(tǒng)算法進(jìn)行改進(jìn)以及把各種新型優(yōu)化算法引入ORPP求解。然而，在實際應(yīng)用中，隨著用戶對電壓質(zhì)量的要求日益苛刻，促使各變電站努力提高其電壓穩(wěn)定性和調(diào)壓水平，而部分地區(qū)電網(wǎng)在小方式運行下會出現(xiàn)電壓越上限的情況， 電壓越限會造成設(shè)備退出運行甚至損壞，因而存在較大的風(fēng)險。因此，為調(diào)整運行電壓在允許范圍內(nèi)，需要進(jìn)行感性無功的優(yōu)化配置，供電企業(yè)進(jìn)行無功優(yōu)化規(guī)劃工作時，不僅要知道傳統(tǒng)的容性無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳配置地點和配置容量，還需要知道新型的感性無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳補(bǔ)償?shù)攸c和最佳補(bǔ)償容量，避免電壓越限情況及其風(fēng)險的出現(xiàn)。目前，容性無功補(bǔ)償設(shè)備作為一種經(jīng)濟(jì)適用的無功補(bǔ)償和調(diào)節(jié)設(shè)備在我國變電站得到廣泛配置，有關(guān)其優(yōu)化模型和算法研究也較多，取得了較好的效果。但感性無功補(bǔ)償設(shè)備由于使用范圍較容性設(shè)備小，對其優(yōu)化配置的模型和算法研究都較少。往往，研究者和工程技術(shù)人員直接將容性無功優(yōu)化計算的方法應(yīng)用到感性無功設(shè)備的優(yōu)化計算，這是不完善的。由于感性無功補(bǔ)償設(shè)備吸收電網(wǎng)多余的無功，進(jìn)而降低原來相對較高的電壓水平到允許的范圍，因此，進(jìn)行感性無功的優(yōu)化配置，往往不能降低電網(wǎng)損耗，而需要尋找新的優(yōu)化目標(biāo)。本發(fā)明將電網(wǎng)電壓越限的風(fēng)險作為感性無功優(yōu)化的一個目標(biāo)，進(jìn)而建立適用于感性無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，該方法將電壓越限的風(fēng)險定量描述為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能得出大規(guī)模電力系統(tǒng)典型運行方式下的感性無功最佳補(bǔ)償容量和最佳補(bǔ)償?shù)攸c。一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，包括以下步驟(1)輸入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)、線路、變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)備和負(fù)荷參數(shù)，運用潮流計算工具進(jìn)行初始狀態(tài)下的潮流計算，獲得各節(jié)點功率、電壓；(2)建立電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)；
(3)基于電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)，建立電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)及感性無功補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險收益模型；(4)針對所建立的風(fēng)險指標(biāo)模型，建立電壓越限風(fēng)險數(shù)學(xué)實值的實用計算方法；(5)綜合電網(wǎng)電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)、新增無功補(bǔ)償設(shè)備的投資和網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)費用，建立計及電壓越限風(fēng)險的感性無功優(yōu)化配置的模型；(6)采用災(zāi)變遺傳算法對步驟( 所建立的模型進(jìn)行無功優(yōu)化計算，獲得感性無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳補(bǔ)償?shù)攸c和最佳補(bǔ)償容量，根據(jù)最佳補(bǔ)償?shù)攸c和最佳補(bǔ)償容量對電網(wǎng)進(jìn)行感性無功補(bǔ)償。上述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法中，步驟(2)所述的電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)是基于正態(tài)分布函數(shù)而構(gòu)成的，具體電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)為負(fù)荷損失隨電壓幅值變化的概率分布符合高斯分布，其高、低電壓的期望值分別 1. 15pu、0. 85pu，方差取0. 02，即當(dāng)電壓為1. 15pu、0. 85pu時，負(fù)荷損失的期望值為50%。因而，電壓過低或過高的嚴(yán)重性曲線函數(shù)可描述為
權(quán)利要求
1.一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟(1)輸入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)、線路、變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)備和負(fù)荷參數(shù)，運用潮流計算工具進(jìn)行初始狀態(tài)下的潮流計算，獲得各節(jié)點功率、電壓；(2)建立電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)；(3)基于電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)，建立電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)及感性無功補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險收益模型；(4)針對所建立的風(fēng)險指標(biāo)模型，建立電壓越限風(fēng)險數(shù)學(xué)實值的實用計算方法；(5)綜合電網(wǎng)電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)、新增無功補(bǔ)償設(shè)備的投資和網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)費用，建立計及電壓越限風(fēng)險的感性無功優(yōu)化配置的模型；(6)采用災(zāi)變遺傳算法對步驟( 所建立的模型進(jìn)行無功優(yōu)化計算，獲得感性無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳補(bǔ)償?shù)攸c和最佳補(bǔ)償容量，根據(jù)最佳補(bǔ)償?shù)攸c和最佳補(bǔ)償容量對電網(wǎng)進(jìn)行感性無功補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于步驟(2)所述的電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)是基于正態(tài)分布函數(shù)而構(gòu)成的，具體電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)為式中ν為實際母線的電壓值；μ為電壓偏高的期望值，且μ = 1. 15pu ； σ為電壓偏高的標(biāo)準(zhǔn)差，且σ = 0.02，。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于步驟C3)所述的電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)是由母線電壓的嚴(yán)重性和波動的可能性來定義的根據(jù)電壓越限的嚴(yán)重性等效曲線函數(shù)，當(dāng)一母線電壓為ν時，該母線的電壓越限后果， 即電壓波動的嚴(yán)重性為S(v) = δ f (ν) L (ν) D (ν) (4)式中δ為單位電量平均停電損失；L(V)為電壓為ν時母線有功負(fù)荷；D(V)為電壓為 ν時母線發(fā)生停電故障后平均停電損失時間；對于一個有η條母線的電網(wǎng)，其電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)Ri sk (η)為各母線電壓波動的可能性P (Vi)與電壓波動的嚴(yán)重性S(Vi)的乘積之和，其數(shù)學(xué)描述為Risk{n) = YjP(Vi)Sivi)(5)。i=\
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于步驟(3)所述的感性無功補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險收益模型是考慮到感性無功補(bǔ)償降低電壓風(fēng)險來建立的對于電壓過高的電網(wǎng)，進(jìn)行感性無功補(bǔ)償后能顯著降低電網(wǎng)的運行電壓到允許范圍內(nèi)，進(jìn)而降低該電網(wǎng)的電壓越限運行風(fēng)險，因而，感性無功補(bǔ)償前后的電壓越限風(fēng)險便存在一個差值，在此將其定義為風(fēng)險收益，表示為AR = Risk (n)-Risk (η ‘ )(6)式中Risk(n')表示進(jìn)行感性無功補(bǔ)償后的電網(wǎng)電壓越限運行風(fēng)險。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于步驟(4)所述的電壓越限風(fēng)險數(shù)學(xué)實值的實用計算方法是通過簡化計算模型來獲得實際電網(wǎng)的電壓越限風(fēng)險，具體步驟為電壓越限而引起停電事故的年運行風(fēng)險為Risk(n,T)= IfjP(Vi)Si^t = TRm Σ 戶(O 風(fēng) O (7)tGT ^=Ii^v=vRm式中，t e T表示對于某一具體時間段T內(nèi)的任意時刻，T為一年，Tsm為最大風(fēng)險等效小時數(shù)，各母線電壓向量V = (vi; V2,...,vn),V = Vftn表示最嚴(yán)重電壓越限場景，進(jìn)一步的， 將電壓越限標(biāo)準(zhǔn)概率系數(shù)定義為NCP = TEfflP (Veb) (8)式中，P (Veb)為T時間段內(nèi)電網(wǎng)出現(xiàn)最嚴(yán)重電壓越限場景的概率，進(jìn)而電壓越限運行風(fēng)險的實用計算數(shù)學(xué)模型為R = Risk{n/T) = NCP ^ S(Vi)(9)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于電壓越限標(biāo)準(zhǔn)概率系數(shù)NCP的取值為(1)對于不存在或極小存在電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP= 0 0. 1 ；(2)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率低于0.1的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP = 0. 1 0. 3 ；(3)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率大于0.1且低于0. 3的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP = 0. 3 0. 6 ；(4)對于中心母線一年中電壓越限出現(xiàn)概率大于0.3的電壓越限狀態(tài)的電網(wǎng)，NCP= 0. 6 1. O0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，其特征在于步驟( 所述感性無功優(yōu)化配置的模型是計及電壓越限風(fēng)險的來建立的，具體步驟如下綜合電網(wǎng)電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)、新增無功補(bǔ)償設(shè)備的投資和網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)費用，建立相應(yīng)的優(yōu)化模型minfQ = η Ic+0c+R (10)式中，I。、0。、R分別為新增無功補(bǔ)償設(shè)備的投資、網(wǎng)絡(luò)損耗的年運行費、電網(wǎng)電壓越限運行風(fēng)險，n為投資的回收率；其中，新增補(bǔ)償設(shè)備及配套設(shè)備的投資Ie包括兩部分無功補(bǔ)償裝置設(shè)備費用和配套安裝費用，如下式所示4= Σ (af^+KcQa)(H)式中Npq是PQ節(jié)點集；fi是節(jié)點i的安裝費用；K。是無功補(bǔ)償裝置單價；Qa是節(jié)點i 的安裝容量；α是邏輯變量，當(dāng)節(jié)點i有安裝補(bǔ)償裝置時取α = 1，否則，α = 0 ；其中，年運行費Oe指全年全網(wǎng)能損費用
全文摘要
本發(fā)明提供一種避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，包括如下步驟對電壓越限造成的后果進(jìn)行分析，建立電壓越限的嚴(yán)重性曲線函數(shù)；建立電壓越限的風(fēng)險指標(biāo)及感性無功補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險收益模型；建立電壓越限風(fēng)險指標(biāo)的實用計算方法；建立計及電壓越限風(fēng)險的感性無功優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型，包括目標(biāo)函數(shù)和變量約束，并采用災(zāi)變遺傳算法作為優(yōu)化算法，通過優(yōu)化計算得到大規(guī)模電力系統(tǒng)感性無功資源的最優(yōu)補(bǔ)償方案，具體包括電網(wǎng)中各變電站無功補(bǔ)償?shù)攸c和補(bǔ)償容量。本發(fā)明提出了避免電壓越限風(fēng)險的電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償方法，填補(bǔ)了行業(yè)空白，而且操作簡單易行、易于接受和掌握、便于推廣。
文檔編號H02J3/16GK102522756SQ201110419738
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者張勇軍, 徐濤 申請人:華南理工大學(xué)