现代配电网分析11

1、现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化现代配电系统分析 任课老师：刘道兵现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 1 概述概述 （1）电压是电能质量的重要指标，包含电压的幅值和频率： u(t)=Umsin(2 ft +) （2）评价电压质量的指标（对应国标的5个标准）： 电压偏差； 谐波； 三相不对称； 电压波动（闪变）； 过电压（暂时和瞬态）； （3）配电网中电压水平偏低的重要原因： 负荷端无功不足； 补偿装置不合理； 解决办法：无功优化（补偿） 研究课题现现代代配配电

2、电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 1 概述概述 （4）无功优化是电力系统规划和运行的重要研究课题 在满足电力系统运行约束的前提下，以尽可能少的无功投入（无功补偿设备），最大限度地改善电压质量和降低网损。 规划课题规划课题无功补偿设备不足的情况下； 调度课题调度课题无功补偿设备满足电压标准的情况下。 （5）无功优化课题的研究 研究手段研究手段在现代电子和计算机技术的基础上，研究无功优化模型和算法，在电网的规划设计和调度运行中实现无功补偿优化。 研究意义研究意义提高系统的质量，降低网损，保证系统运行的安全性、可靠性和经济性。 配电网的优化（

3、网损、无功）的实质就是均匀化 各节点电压尽量均匀； 各支路功率尽量均匀；现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制 1.1.概述概述 电压控制（即：电压监控），包括控制和监视两个方面。 监测点监测点监测电网电压值和考核电压质量的电网节点，一般选在具有代表性的负荷节点，如线路首、末节点。 控制点控制点中枢点，具有调压手段（有无功电源出力， 变压器分接头）电网节点。 发电厂和枢纽变电站的母线两点说明两点说明： 电压中枢点一定是电压监测点，而电压监测点不一定是电压中枢点； 为了对整个电网的电压进行有效的监测和控制，电

4、压监测点和和控制点必须达到一定的数量，且有合理的分布。（满足对电网电压的可观性和可控性）现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制2. .电压损耗与电压偏差电压损耗与电压偏差 1)电压损耗负荷电流经过阻抗产生电压降落和损耗 U 为电压损耗电压损耗，即线路首、末两端的电压幅值之差，近似地表达两电压的相量差。 电压损失率： U %=(U /U1)100%22122222222()PjQUUURjXUP RQ XP XQ RjUUUj U 2现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电

5、系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制2. .电压损耗与电压偏差电压损耗与电压偏差 1)电压损耗（续） 一条干线带多个集中负荷max1111()1(cossin)cosnniiiiiiiiiiiNniiiiiiNiPRQ XUPRQ XUUPRQUUNPn+jQnPn-1+jQn-1P1+jQ1P2+jQ2R1+jX1R1+jX1Rn-1+jXn-1Rn+jXn现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制2. .电压损耗与电压偏差电压损耗与电压偏差 2)电压偏差 是衡量电能质量的重要指标，指电网正常稳

6、态下节点电压偏离额定值的百分比。n导致电压偏差的原因原因： 负荷峰谷差的变化较大； 网架不合理； 供电半径太大；无功未就近平衡； 有载调压没达到要求；电压监测点选择不合理；n电压偏差造成的影响影响降低用电设备的效率，增加了损耗； 增大了配电网的线损； 破坏电网的经济运行方式；n电能质量允许的偏差 35kV及以上：10%； 10kV及以下（三相）：7%； 220V单相：+5-10%100%NdNUUUU现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制3. .电压调整的基本原理电压调整的基本原理11111()/()/BA

7、AAP RQ XUUUKUKU22222CBBBP RQ XUUUUU现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 2 电压控制电压控制3. .电压调整的基本原理电压调整的基本原理n调压措施调压措施： 改变变压器分接头（系统无功充足情况下）； 改变无功功率（并联电容器、电抗器及静止补偿器）； 改善线路参数（减小线路阻抗）； 无功功率补偿（就地平衡）+调压变压器（补偿线路压降）； 宏观调控从用电结构、价格及用户需求管理上；11111()/()/BAAAP RQ XUUUKUKU22222CBBBP RQ XUUUUU现现代代配配电电系系

8、统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 配电网无功补偿配电网无功补偿1. .配电网无功补偿装置配电网无功补偿装置1 1）并联电容器）并联电容器n补偿方式补偿方式： 欠补； 过补； 完全补偿。n并联电容器的作用并联电容器的作用 降低线路和变压器的功率损耗； 降低线路和变压器的电压损耗； 提高线路和变压器的有功功率传输能力。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 配电网无功补偿配电网无功补偿1. .配电网无功补偿装置（续）配电网无功补偿装置（续）2 2）并联电抗器）并联电抗器n作

9、用和特点作用和特点 消弱空载或轻载线路容积效应，并限制操作过电压； 改善轻负载情况下线路的无功分布，提高线路功率因数，使无功就地平衡； 容量固定，投切容量不连续。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 配电网无功补偿配电网无功补偿1. .配电网无功补偿装置（续）配电网无功补偿装置（续）3 3）静止无功补偿器（）静止无功补偿器（SVCSVC）n组成组成 变量电容器； 可调饱和电抗器；检(测)控(制)系统n主要特点 响应快速； 补偿特性平滑； 设计灵活，可调范围大； 不加大系统的短路容量； 投资较大。现现代代配配电电系系统统分分

10、析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 配电网无功补偿配电网无功补偿1. .配电网无功补偿装置（续）配电网无功补偿装置（续）4 4）新型无功补偿器装置）新型无功补偿器装置 如：如：静止无功发生器（SVG）；静止同步补偿器（STATCOM）n主要特点 采用了GTO或IGBT等全控型器件； 是一个与电网频率相同、相位可控的交流电压器； 对应于输电网的FACTS； 接入系统方式： 通过交流电抗器连接至电网； 通过串联变压器连接至电网。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 配电网无功补偿配

11、电网无功补偿2. .配电网无功补偿方式配电网无功补偿方式 三种补偿方式：集中补偿，分散补偿，就地补偿。n 集中补偿 补偿容量集中在高压变电站一、二次母线上，对中压配电线路及变压器的无功负荷进行补偿。n 分散补偿 无功功率分区控制和分区平衡。将无功补偿容量按局部负载大小分配，在公共台变低压侧或10kV线路安装电力电容器进行补偿。n就地补偿 在高耗无功设备（电动机）的附近进行补偿。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 4 无功优化无功优化 配电网无功优化是电网经济运行的一个重要手段，与输电网无功优化不同，差别表现在：n 实现方法上

12、实现方法上 输电网优化机组无功功率、调节变压器分接头和无功补偿设备（发电机、电容器、并联电抗器、调相机，FACTS等）； 配电网主要是投切电容器组。n 补偿方式上补偿方式上 输电网集中补偿；配电网分散和就地补偿。n 控制目的上控制目的上 输电网提高系统的稳定性和线路输电能力； 配电网降低损耗（有功、电压）。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 1. 电容器优化配置电容器优化配置 安装的地点和容量不同，降低的网损也不一样。n电容器的优化配置问题 在满足一定约束条件下，确定电容器的位置、容量及类型混合整数规划

13、问题n 目标： 网损和设备投资的总费用在规划期内最小化 在系统安全运行的约件下（电压、功率平衡、功率因素、节点出力上下限等），确定补偿电容器的安装位置、容量和类型，使得配电网网损费用和电容器投资费用之和最小，投资效益最好。电容器的配置原则 使无功实现分层分区平衡，电压等级之间尽量减少无功功率交换。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 1. 电容器优化配置（续）电容器优化配置（续） n 优化配置中需要考虑的问题 (1) 负荷情况随时间不断变化； (2) 电容器的选择：固定电容器和可调电容器； (3) 可调电

14、容器的分组问题（等分不合理）。n 无功优化的约束 （1）潮流约束； （2）节点电压约束：Ukmin= Uk= min 现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 2. 电容器优化投切电容器优化投切 配电电容器的优化配置系统规划问题 配电电容器的优化投切系统运行问题，与配电系统自动化水平密切相关。1 1）配电网电容器优化投切的数学模型）配电网电容器优化投切的数学模型 （1） 解空间描述所有电容器在各个时段上的投切情况。 （2）目标函数 121 ,TnnUu uuu122324,Tkkkkkuu uuu24,11m

15、in()neiloose ikkikCPC u22,21,Lnl il iloose illl iPQPRU现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 2. 电容器优化投切（续）电容器优化投切（续） （3） 模型的约束条件 电容器组离散量约束： 负荷约束: 运行约束： 电容器操作次数约束： ( ,)0iiF x u,0,;0,1iaibici TTkkkkssskuuuum u m u m umm mN orm( ,)0iiG x uknK现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化

16、配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 2. 电容器优化投切（续）电容器优化投切（续）（2） 模型的求解方法模型的求解方法 电容器优化投切问题的计算复杂性是电容器数量的指数函数，其求解方法主要有： 解析方法，启发式方法，随机优化方法，人工智能方法及其它独立的或综合的方法。 对算法的要求对算法的要求： 将电容器的容量视为离散变量； 考虑实际配电系统中的三相不平衡情况； 考虑电容器的操作次数约束； 处理配电系统中的不确定信息； 说明说明：电容器的优化配置与优化投切的问题和方法基本相同。 现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优

17、化11. 3 无功优化无功优化 3. 配电无功优化算法配电无功优化算法 配电网无功优化是一个复杂的非线性规划问题，主要表现在：目标函数和约束条件的非线性非线性、控制变量的离散型和连续性相混合。无功优化的关键在于： 非线性函数的处理； 算法的收敛性； 离散变量的有效处理； 传统的数学优化方法（线性规划法、非线性规划法、动态规划法等）对模型要求严格，不适合求解无功优化问题。 人工智能算法（遗传算法、模拟退火算法、禁忌算法等）对条件基本不做要求，适合于作无功优化的算法。现现代代配配电电系系统统分分析析第第11章章 配电系统电压控制与无功优化配电系统电压控制与无功优化11. 3 无功优化无功优化 3. 配电无功优化算法（续）配电无功优化算法（续） 基于记忆指导的模拟退火算法 算法步骤：见P193。 无功优化算法的性能