無功電壓優(yōu)化控制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對主動配電網(wǎng)進行無功電壓優(yōu)化的控制裝置和方法，特別涉 及進行動態(tài)無功電壓優(yōu)化的控制裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)是輸電網(wǎng)和用戶傳輸?shù)闹匾獦屑~，電能通過配電網(wǎng)的安全高效傳輸滿足用 戶負荷用電需求。配電網(wǎng)覆蓋面積廣，設(shè)備數(shù)量眾多，電能傳輸過程是從變電站端經(jīng)由饋線 將電能傳輸至用戶負荷端的過程。在電能的傳輸、特別是大量的無功功率的傳輸，會產(chǎn)生功 率損耗和電壓降落；同時由于大多數(shù)用戶負荷為單相負荷，會造成配電網(wǎng)運行H相不平衡， 進一步加重了電能損耗和電壓質(zhì)量問題。
[0003] 另外，傳統(tǒng)配電網(wǎng)是無源網(wǎng)絡(luò)即被動配電網(wǎng)，電壓水平隨饋線的延伸呈單調(diào)下降 趨勢，然而近年來，越來越多的分布式電源、例如太陽能發(fā)電裝置等被接入到配電網(wǎng)，形成 有源網(wǎng)絡(luò)也即所謂的主動配電網(wǎng)。由于分布式電源發(fā)電的波動性與隨機性，導致配電網(wǎng)電 壓水平也發(fā)生波動甚至越限。主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓的優(yōu)化控制方法，是考慮分布式 電源的動態(tài)變化及無功補償設(shè)備的操作次數(shù)限制的系統(tǒng)優(yōu)化方法，目的在于提高分布式電 源接入的主動配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，減少能量損耗。
[0004] 主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓優(yōu)化的控制方法，采用動態(tài)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)來優(yōu)化 配電網(wǎng)中的電壓和電流分配。為此，經(jīng)常在配電網(wǎng)中配置無功補償設(shè)備。電網(wǎng)中的無功補 償設(shè)備主要有靜態(tài)無功補償設(shè)備、靜態(tài)無功發(fā)生器、靜止同步補償設(shè)備和并聯(lián)電容器。隨著 分布式電源不斷滲透到配電網(wǎng)，配電網(wǎng)由原來被動受電的被動配電網(wǎng)，轉(zhuǎn)換成含分布式電 源設(shè)備的有源電網(wǎng)即主動配電網(wǎng)。由于分布式電源設(shè)備具有無功補償能力，所W分布式電 源設(shè)備也是配電網(wǎng)中的無功補償設(shè)備。
[0005] 圖8是用于說明分布式電源的接入對配電網(wǎng)電壓的影響的示意圖。如圖8所示， 配電網(wǎng)上連接的負荷有單相、有H相，并且還連接了作為無功補償設(shè)備的電容器、和作為分 布式電源的太陽能發(fā)電裝置。眾所周知，太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電功率并不是恒定的，其隨著 時間、天氣環(huán)境等不斷變化，如圖8的曲線所示的郝樣具有波動性。
[0006] 傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)的電能，由變電站側(cè)通過饋線傳輸?shù)接脩糌摵蓚?cè)，沿饋線電壓 為單調(diào)下降分布，而接入分布式電源設(shè)備后的主動配電網(wǎng)，因為分布式電源電能的上網(wǎng)，貝U 主動配電網(wǎng)的能量流動方向不再是單一方向，而會出現(xiàn)逆潮流，而由于逆潮流本身也存在 波動性，因此會導致配電網(wǎng)的潮流分布隨負荷與分布式電源動態(tài)變化，如圖8中節(jié)點電壓 曲線顯示的郝樣，裝有出力動態(tài)變化的分布式電源的主動配電網(wǎng)，有可能出現(xiàn)部分節(jié)點電 壓不合格而越限的情況。
[0007] W上問題在該技術(shù)領(lǐng)域中稱為主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓優(yōu)化問題。動態(tài)無功 電壓優(yōu)化控制方法是個十分復雜的時空分布非線性優(yōu)化問題，一方面，單個時刻的優(yōu)化是 一個復雜的非線性整數(shù)優(yōu)化；另一方面，一段時間內(nèi)的優(yōu)化必須考慮負荷與分布式電源的 動態(tài)變化。動態(tài)無功電壓優(yōu)化控制方法有數(shù)十年的研究歷史，特別是動態(tài)無功電壓優(yōu)化算 法作為一個多變量混合整數(shù)優(yōu)化問題，在數(shù)學上屬NP(Non-Deterministic化Iynomial; 非確定多項式）難題，目前還沒有數(shù)學上嚴格最優(yōu)的多項式算法，W往提出的算法包括 啟發(fā)式算法、現(xiàn)代優(yōu)化算法和近似算法等。在公知技術(shù)[1]IntegratedvoltageandVar optimizationprocessfordistributionsystemOJS2010/0198422A1) ; [2]智能配電系統(tǒng) 多時段動態(tài)無功優(yōu)化方法（CN1032808211A)中均采用了現(xiàn)代優(yōu)化算法。已有算法主要有如 下缺陷：
[0008] 1)在電力系統(tǒng)實際運行中，由于負荷總是不斷變化的，配電網(wǎng)具有連續(xù)動態(tài)特性， 針對單個時間斷面進行的靜態(tài)優(yōu)化計算是無法滿足實際運行需要。
[0009] 2)由于過頻繁的操作電容器會導致設(shè)備期望壽命的降低，無功補償設(shè)備的動作次 數(shù)在實際運行中有限制，所W在動態(tài)無功電壓優(yōu)化問題中，不考慮電容器每天的投切次數(shù) 的限制則無法滿足實際運行要求。
[0010] 3)由于主動配電網(wǎng)的負荷是H相不平衡的，配電網(wǎng)具有H相不平衡的特性。如果 忽略H相不平衡特性，有可能優(yōu)化控制策略會加劇配電網(wǎng)H相不平衡電流，嚴重的H相不 平衡運行會導致電力設(shè)備發(fā)熱嚴重，電力設(shè)備某相過載現(xiàn)象甚至燒毀等問題。
[0011] 簡而言之，在現(xiàn)有的算法下，對于配電網(wǎng)的連續(xù)動態(tài)特效性、電容器操作次數(shù)和H 相不平衡特性沒有給予足夠考慮，導致優(yōu)化結(jié)果與實際的控制目標存在較大差距；然而，若 對各種因素都予W考慮來進行計算的話，計算量將十分龐大，不符合人們對算法計算效率 的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明正是針對送些問題提出的，其目的在于提供一種用于對主動配電網(wǎng)的動態(tài) 無功電壓進行優(yōu)化的控制裝置和方法，能夠通過盡可能少的運算量來得到最為理想的優(yōu)化 結(jié)果。
[0013] 本發(fā)明的一個方面提供一種無功電壓優(yōu)化控制裝置，用于對連接有分布式電源、 W及離散式無功補償設(shè)備的配電網(wǎng)進行無功電壓優(yōu)化，包括：
[0014] 數(shù)據(jù)采集模塊，通過通訊網(wǎng)絡(luò)從所述配電網(wǎng)獲取用于配電網(wǎng)潮流分布計算的電學 參數(shù)來建立電學參數(shù)之間的電學關(guān)系，并對次日計算負荷預測曲線和所述分布式電源的發(fā) 電預測曲線；
[0015] 日前計劃模塊，根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊得到的所述負荷預測曲線和所述發(fā)電預 測曲線，按照符合所述離散式無功補償設(shè)備的操作次數(shù)限制的方式，來計算包含所述離散 式無功補償設(shè)備的動作時刻和補償功率的控制策略，作為次日進行無功電壓控制的日前計 劃；和
[0016] 在線優(yōu)化模塊，在根據(jù)所述日前計劃模塊得到的所述日前計劃對所述離散式無功 補償設(shè)備進行操作的時刻，根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊實時采集的電學參數(shù)，來修正該時刻的 所述控制策略中的補償功率，并據(jù)此對所述離散式無功補償設(shè)備進行操作。
[0017] 本發(fā)明的另一個方面提供一種無功電壓優(yōu)化控制方法，用于對連接有分布式電 源、W及離散式無功補償設(shè)備的配電網(wǎng)進行無功電壓優(yōu)化，包括：
[0018] 數(shù)據(jù)采集步驟，通過通訊網(wǎng)絡(luò)從所述配電網(wǎng)獲取用于配電網(wǎng)潮流分布計算的電學 參數(shù)來建立電學參數(shù)之間的電學關(guān)系，并對次日計算負荷預測曲線和所述分布式電源的發(fā) 電預測曲線；
[0019]日前計劃步驟，根據(jù)在所述數(shù)據(jù)采集步驟得到的所述負荷預測曲線和所述發(fā)電 預測曲線，按照符合所述離散式無功補償設(shè)備的操作次數(shù)限制的方式，計算包含所述離散 式無功補償設(shè)備的動作時刻和補償功率的控制策略，作為次日進行無功電壓控制的日前計 劃；和
[0020] 在線優(yōu)化步驟，在根據(jù)在所述日前計劃步驟得到的所述日前計劃對所述離散式無 功補償設(shè)備進行操作的時刻，根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集步驟實時采集的電學參數(shù)，來修正該時刻 的所述控制策略中的補償功率，并據(jù)此對所述離散式無功補償設(shè)備進行操作。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，能夠在主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓的優(yōu)化中，通過盡可能少的運算 量來得到最為理想的優(yōu)化結(jié)果，并實現(xiàn)降低網(wǎng)損和解決電壓越限的問題。
【附圖說明】
[0022] 圖1是表示本發(fā)明所涉及的主動配電網(wǎng)動態(tài)無功電壓優(yōu)化控制的原理示意圖。
[0023] 圖2是用于說明本發(fā)明所涉及的主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓優(yōu)化的控制裝置20 的方框圖。
[0024] 圖3是用于說明配電網(wǎng)H相建模原理的示意圖。
[00巧]圖4是用于說明主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓的優(yōu)化控制的日前計劃的計算原理 的W意圖。
[0026] 圖5是用于說明本發(fā)明所涉及的主動配電網(wǎng)的動態(tài)無功電壓優(yōu)化的控制裝置20 中的日前計劃模塊203中的計算流程圖。
[0027] 圖6是表示日前計劃的計算的流程圖。
[0028] 圖7是表示日前計劃模塊202中無功補償設(shè)備中動作時刻的確定的流程圖。
[0029] 圖8是用于說明分布式電源的接入對配電網(wǎng)電壓的影響的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]W下，結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行具體說明。
[0031] 圖1是表示本發(fā)明所涉及的主動配電網(wǎng)動態(tài)無功電壓優(yōu)化控制的原理示意圖。 主動配電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化控制設(shè)備，一般包括；電容電抗器、變壓器分接頭、SVC(Static VarCompensator)、STATCOM(StaticSynchronousCompensator)和DG(Distributed Generation)。其中，前兩者是離散控制變量，且存在操作次數(shù)約束；后H者為連續(xù)控制變 量，不存在操作次數(shù)約束。
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