[發明專利]無功電壓優化控制裝置和方法

在審

• 申請號: 201410234292.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN105337288A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 張靖;王玉梁
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 薛凱

技術領域

本發明涉及一種用于對主動配電網進行無功電壓優化的控制裝置和方法，特別涉及進行動態無功電壓優化的控制裝置和方法。

背景技術

配電網是輸電網和用戶傳輸的重要樞紐，電能通過配電網的安全高效傳輸滿足用戶負荷用電需求。配電網覆蓋面積廣，設備數量眾多，電能傳輸過程是從變電站端經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，會產生功率損耗和電壓降落；同時由于大多數用戶負荷為單相負荷，會造成配電網運行三相不平衡，進一步加重了電能損耗和電壓質量問題。

另外，傳統配電網是無源網絡即被動配電網，電壓水平隨饋線的延伸呈單調下降趨勢，然而近年來，越來越多的分布式電源、例如太陽能發電裝置等被接入到配電網，形成有源網絡也即所謂的主動配電網。由于分布式電源發電的波動性與隨機性，導致配電網電壓水平也發生波動甚至越限。主動配電網的動態無功電壓的優化控制方法，是考慮分布式電源的動態變化及無功補償設備的操作次數限制的系統優化方法，目的在于提高分布式電源接入的主動配電網的電壓質量，減少能量損耗。

主動配電網的動態無功電壓優化的控制方法，采用動態無功電壓優化系統來優化配電網中的電壓和電流分配。為此，經常在配電網中配置無功補償設備。電網中的無功補償設備主要有靜態無功補償設備、靜態無功發生器、靜止同步補償設備和并聯電容器。隨著分布式電源不斷滲透到配電網，配電網由原來被動受電的被動配電網，轉換成含分布式電源設備的有源電網即主動配電網。由于分布式電源設備具有無功補償能力，所以分布式電源設備也是配電網中的無功補償設備。

圖8是用于說明分布式電源的接入對配電網電壓的影響的示意圖。如圖8所示，配電網上連接的負荷有單相、有三相，并且還連接了作為無功補償設備的電容器、和作為分布式電源的太陽能發電裝置。眾所周知，太陽能發電裝置的發電功率并不是恒定的，其隨著時間、天氣環境等不斷變化，如圖8的曲線所示的那樣具有波動性。

傳統的被動配電網的電能，由變電站側通過饋線傳輸到用戶負荷側，沿饋線電壓為單調下降分布，而接入分布式電源設備后的主動配電網，因為分布式電源電能的上網，則主動配電網的能量流動方向不再是單一方向，而會出現逆潮流，而由于逆潮流本身也存在波動性，因此會導致配電網的潮流分布隨負荷與分布式電源動態變化，如圖8中節點電壓曲線顯示的那樣，裝有出力動態變化的分布式電源的主動配電網，有可能出現部分節點電壓不合格而越限的情況。

以上問題在該技術領域中稱為主動配電網的動態無功電壓優化問題。動態無功電壓優化控制方法是個十分復雜的時空分布非線性優化問題，一方面，單個時刻的優化是一個復雜的非線性整數優化；另一方面，一段時間內的優化必須考慮負荷與分布式電源的動態變化。動態無功電壓優化控制方法有數十年的研究歷史，特別是動態無功電壓優化算法作為一個多變量混合整數優化問題，在數學上屬NP(Non-DeterministicPolynomial；非確定多項式)難題，目前還沒有數學上嚴格最優的多項式算法，以往提出的算法包括啟發式算法、現代優化算法和近似算法等。在公知技術[1]IntegratedvoltageandVaroptimizationprocessfordistributionsystem(US2010/0198422A1)；[2]智能配電系統多時段動態無功優化方法(CN1032808211A)中均采用了現代優化算法。已有算法主要有如下缺陷：

1)在電力系統實際運行中，由于負荷總是不斷變化的，配電網具有連續動態特性，針對單個時間斷面進行的靜態優化計算是無法滿足實際運行需要。

2)由于過頻繁的操作電容器會導致設備期望壽命的降低，無功補償設備的動作次數在實際運行中有限制，所以在動態無功電壓優化問題中，不考慮電容器每天的投切次數的限制則無法滿足實際運行要求。

3)由于主動配電網的負荷是三相不平衡的，配電網具有三相不平衡的特性。如果忽略三相不平衡特性，有可能優化控制策略會加劇配電網三相不平衡電流，嚴重的三相不平衡運行會導致電力設備發熱嚴重，電力設備某相過載現象甚至燒毀等問題。

簡而言之，在現有的算法下，對于配電網的連續動態特效性、電容器操作次數和三相不平衡特性沒有給予足夠考慮，導致優化結果與實際的控制目標存在較大差距；然而，若對各種因素都予以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。

發明內容