[發(fā)明專利]無功補償控制方法和無功補償控制裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210225597.0
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103515964A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張靖;白日欣;于躍;吳文傳
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所;清華大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無功補償控制方法和無功補償控制裝置，能夠在含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)實時執(zhí)行無功優(yōu)化算法，以降低網(wǎng)損和/或均衡負載。

背景技術(shù)

電能在線路傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生功率損耗，特別是在線路上傳輸大量的無功時，會產(chǎn)生大量損耗。所以，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)備主要有靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器和并聯(lián)電容器。隨著可再生能源發(fā)電設(shè)備不斷滲透到配電網(wǎng)，配電網(wǎng)由原來被動受電的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)換成含分布式發(fā)電設(shè)備的有源電網(wǎng)。分布式發(fā)電設(shè)備具有無功補償能力，所以分布式發(fā)電設(shè)備也是配電網(wǎng)中的無功補償設(shè)備。

配電網(wǎng)優(yōu)化問題主要包括：無功補償實時優(yōu)化、無功補償動態(tài)優(yōu)化、無功補償設(shè)備規(guī)劃優(yōu)化。這幾種問題是混合整數(shù)優(yōu)化問題，在數(shù)學上屬NP難題，目前還沒有數(shù)學上嚴格最優(yōu)的多項式算法。以往提出的算法可以歸納為以下幾類：

(1)啟發(fā)式規(guī)則結(jié)合現(xiàn)代優(yōu)化算法，如：Tabu搜索法、模擬退火法、遺傳算法和蟻群算法等；

(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)；

(3)近似算法，如線性規(guī)劃、二次規(guī)劃法等。

大量的以往工作集中在第一類算法，主要致力于如何求取啟發(fā)式規(guī)則和提高現(xiàn)代優(yōu)化算法的效率。以蟻群算法為例，蟻群算法輸入為一組優(yōu)化可行解，初始種群越多，結(jié)果越好，但對應(yīng)計算效率就越低，蟻群算法計算過程中，需要沿不同尋優(yōu)方向進行大量的計算。

已有算法主要有如下缺陷：

(1)蟻群算法等現(xiàn)代優(yōu)化算法，由于利用在不同尋優(yōu)方向的大規(guī)模的試探性計算來找到最優(yōu)解，算法具有類似全枚舉的性質(zhì)，計算效率低，無法滿足在線無功補償優(yōu)化的需求；

(2)現(xiàn)代優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等方法缺乏明晰的物理意義，并且存在同一求解條件下，每次計算結(jié)果不同的問題；

(3)近似算法存在求解振蕩的問題；

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提出一種無功補償控制方法和無功補償控制裝置，能夠在含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)實時執(zhí)行無功優(yōu)化算法，以降低網(wǎng)損和/或均衡負載。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種無功補償控制方法，用于控制安裝于配電網(wǎng)的各節(jié)點上的各個無功補償設(shè)備進行無功補償，包括：根據(jù)配電網(wǎng)的配置結(jié)構(gòu)，獲取表示配電網(wǎng)的各節(jié)點、各支路的拓撲關(guān)系的拓撲結(jié)構(gòu)；根據(jù)所述拓撲結(jié)構(gòu)，建立所述各支路的支路電流與所述各節(jié)點處的節(jié)點注入電流之間的電學關(guān)系，并且進一步根據(jù)各支路上的阻抗，建立所述配電網(wǎng)的系統(tǒng)有功損耗與所述各節(jié)點處的節(jié)點注入電流之間的電學關(guān)系；按照使配電網(wǎng)的系統(tǒng)有功損耗小于規(guī)定值的方式，計算出安裝有各個所述無功補償設(shè)備的各節(jié)點處的最優(yōu)節(jié)點注入電流；根據(jù)所述最優(yōu)節(jié)點注入電流，確定出各個所述無功補償設(shè)備的最優(yōu)無功補償功率，并控制該無功補償設(shè)備以該最優(yōu)無功補償功率對所述配電網(wǎng)進行無功補償。

本發(fā)明的另一個方面，提出了一種無功補償控制裝置，用于控制安裝于配電網(wǎng)的各節(jié)點上的各個無功補償設(shè)備進行無功補償，包括：根據(jù)配電網(wǎng)的配置結(jié)構(gòu)，獲取表示配電網(wǎng)的各節(jié)點、各支路的拓撲關(guān)系的拓撲結(jié)構(gòu)的單元；根據(jù)所述拓撲結(jié)構(gòu)，建立所述各支路的支路電流與所述各節(jié)點處的節(jié)點注入電流之間的電學關(guān)系，并且進一步根據(jù)各支路上的阻抗，建立所述配電網(wǎng)的系統(tǒng)有功損耗與所述各節(jié)點處的節(jié)點注入電流之間的電學關(guān)系的單元；按照使配電網(wǎng)的系統(tǒng)有功損耗小于規(guī)定值的方式，計算出安裝有各個所述無功補償設(shè)備的各節(jié)點處的最優(yōu)節(jié)點注入電流的單元；根據(jù)所述最優(yōu)節(jié)點注入電流，確定出各個所述無功補償設(shè)備的最優(yōu)無功補償功率，并控制該無功補償設(shè)備以該最優(yōu)無功補償功率對所述配電網(wǎng)進行無功補償?shù)膯卧?/p>

本發(fā)明的無功補償優(yōu)化的計算方法，將最優(yōu)無功控制變量的計算轉(zhuǎn)換為效率更高的最優(yōu)注入電流計算。其中包括的四個主要模塊，形成拓撲連接關(guān)系矩陣，形成電網(wǎng)電氣關(guān)系矩陣，最優(yōu)節(jié)點注入電流計算，無功補償功率確定模塊；首先確定拓撲連接關(guān)系矩陣和電網(wǎng)電氣關(guān)系矩陣，計算最優(yōu)注入流，確定無功注入，根據(jù)離散或是連續(xù)變量，對無功補償功率進行確定并判斷是否需要調(diào)整，已經(jīng)搭界的節(jié)點不再進行優(yōu)化，調(diào)整后，重新計算最優(yōu)注入流，直到前后兩次迭代無功注入不再改變。

本發(fā)明無功補償優(yōu)化算法有著如下優(yōu)點：

1)相對于以往的算法，本發(fā)明方法能夠通過2～3步的交替迭代，實現(xiàn)問題的求解，計算效率高，能夠滿足在線應(yīng)用的需求；

2)本發(fā)明方法在交替迭代計算中，不會出現(xiàn)振蕩情況；