[發明專利]一種防止容性無功倒送的高壓配電網無功規劃方法

在審

• 申請號: 202110381433.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112865128A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 邢潔;曹瑞琳;景小敏;郭斌;劉洋;孫嘉曈;馬洪艷
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

本發明公開了一種防止容性無功倒送的高壓配電網無功規劃方法，建立考慮功率因數約束的含電抗器和電容器的綜合無功規劃模型，該模型考慮在高壓配電系統中同時配置電容器和電抗器，以規劃期內無功補償設備投資和有功網損成本之和最小為目標函數，在約束中增加了節點功率因數約束，然后提出一種基于功率因數無功靈敏度的改進遺傳算法，通過求解所提模型，得到電容器和電抗器無功規劃方案，在峰谷時段分時投切，可以滿足功率因數約束，避免容性無功倒送上級電網，解決峰谷差日益擴大的高壓配電網在低負荷時產生的無功倒送和功率因數越限問題。

技術領域

本發明涉及一種防止容性無功倒送的高壓配電網無功規劃方法。

背景技術

目前，大型城市高壓配電網的線路參數和負荷特性都呈現新的變化。在負荷特性上，電網負荷峰谷差呈現日益增大的趨勢；在線路參數上，由于原來的高壓架空配電網逐漸向電纜網轉變，因此線路的容性無功充電功率遠超以往。以上海為代表的大型都市日最大峰谷差率已超過40％，110kV線路的電纜化率已超過60％。在新的發展趨勢下，低谷負荷運行狀態下的容性無功過剩問題日益突出，基于容性無功補償的高壓配電規劃，需要逐漸轉變為容性和感性無功補償設備的協調規劃。

對于傳統的無功規劃問題，目前研究已經取得了較為深入的進展。在建立目標模型方面，有些文獻提出了在原有以網損和無功設備投資作為目標函數的基礎上，考慮加入靜態電壓穩定裕度、投切次數限制等指標。傳統高壓配電網無功規劃的研究中，通常采用的等式約束是潮流約束，不等式約束只含有電壓約束、容性補償設備的上下限約束等。

盡管無功規劃的研究屬于比較成熟的研究領域，但是目前高壓配電網新的特性導致了新問題的出現：一是，目前在110kV高壓配電站的低壓側基本不配置感性無功補償設備(電抗器)的，低負荷時段的冗余無功倒送上級電網，抬升了系統電壓，僅依靠在220kV及以上電壓等級的變電站集中規劃容性和感性無功補償設備的思路已經逐漸不能滿足現有配電網發展的要求，而且無功的冗余會導致電網中的欠勵發電機穩定裕度降低，影響電網的安全穩定；二是，目前電網中大量倒送的容性無功導致配電站測量點功率因數越限的情況時有發生，不滿足功率因數考核要求的用戶要繳納懲罰電費。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種防止容性無功倒送的高壓配電網無功規劃方法，建立了無功規劃模型，采用基于功率因數無功靈敏度的改進遺傳算法求解系統最優的無功規劃模型，求得電容器和電抗器的優化配置方案，解決高壓配電網電纜化和峰谷差日益擴大的發展形勢下，容性無功倒送上級電網所引起的上級變電站調壓能力不足和電網的安全穩定問題。

實現上述目的的技術方案是：一種防止容性無功倒送的高壓配電網無功規劃方法，包括以下步驟：

S1，建立計及功率因數約束的高壓配電網無功規劃模型，具體包括:

S11，確定高壓配電網無功規劃目標函數：高壓配電網無功規劃目標函數minf由三部分組成，分別為電容器的無功投資成本、電抗器的無功投資成本和配電網有功網損電費，如式(1)所示，

式(1)中，C₁、C₂、C₃分別對應電容器單位容量成本、電抗器單位容量成本和網損電價；Q_Ci、Q_Li表示節點i的電容器和電抗器安裝容量；T為最大投資回收年限；τ_max為年最大損耗小時數；P_loss為規劃方案有功網損；N_C、N_L分別為系統中無功補償電容器節點集合、無功補償電抗器節點集合；

S12，確定約束條件：約束條件包括潮流約束、變量上下限約束、無功補償設備容量約束和功率因數約束，潮流約束如式(2)所示，變量上下限約束如式(3)所示，