现代配电网分析11

1、现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 1,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,U,m,sin,2,f,t,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 1,概

2、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,无功补偿设备不足的情况下,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,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,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（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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章

3、,配电系统电压控制与无功优化,11. 2,电压控制,1,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,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,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化

4、,11. 2,电压控制,2,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,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,U,1,100,2,2,1,2,2,2,2,2,2,2,2,P,jQ,U,U,U,R,jX,U,P,R,Q,X,P,X,Q,R,j,U,U,U,j,U,g,g,g,2,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 2,电压控制,2,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,max,1,1,1,1,1,cos,sin,cos,n,n,i,i,i,i

5、,i,i,i,i,i,i,i,N,n,i,i,i,i,i,i,N,i,PR,Q,X,U,PR,Q,X,U,U,P,R,Q,U,U,N,P,n,j,Q,n,P,n-1,j,Q,n-1,P,1,j,Q,1,P,2,j,Q,2,R,1,j,X,1,R,1,j,X,1,R,n-1,j,X,n-1,R,n,j,X,n,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 2,电压控制,2,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,态下节点电压偏离额定值的百分比,导致电压偏差的,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

6、衡,有载调压没达到要求；电压监测点选择不合理,电压偏差造成的,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,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,N,d,N,U,U,U,U,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 2,电压控制,3,电压调整的基本原理,1,1,1,1,1,B,A,A,A,P,R,Q,X,U,U,U,K,U,K,U,2,2,2,2,2,C,B,B,B,P,R,Q,X,U,U,U,U,U,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配

7、电系统电压控制与无功优化,11. 2,电压控制,3,电压调整的基本原理,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,1,1,1,1,1,B,A,A,A,P,R,Q,X,U,U,U,K,U,K,U,2,2,2,2,2,C,B,B,B,P,R,Q,X,U,U,U,U,U,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,配电网无功补偿,1,配电网无功补偿装置,1,并联电容器,补偿方式,欠补,过

8、补,完全补偿,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,配电网无功补偿,1,配电网无功补偿装置（续,2,并联电抗器,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,配电网无功补偿,1,配电网无功补偿装置（续,3,静止无功补偿器,SVC,组成,变量电容器,可

9、调饱和电抗器；检,测,控,制,系统,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,配电网无功补偿,1,配电网无功补偿装置（续,4,新型无功补偿器装置,如,静止无功发生器,SVG,；静止同步补偿器,STATCOM,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功

10、优化,11. 3,配电网无功补偿,2,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,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,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,就地补偿,在高耗无功设备（电动机）的附近进行补偿,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 4,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,实现方法上,输电网,优化机组无功功率、调节变压

11、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,补偿方式上,输电网,集中补偿；配电网,分散和就地补偿,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,1,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,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,问题,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

12、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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,1,电容器优化配置（续,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,可调电容器的分组问题（等分不合理,无功优化的约束,1,潮流约束,2,节点电压约束,U,k,min,U,k,U,k,max,3,功率因素约束,i,min,现,代,配,电,系,统,分

13、,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,2,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,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,1,2,1,T,n,n,U,u,u,u,u,L,1,2,23,24,T,k,k,k,k,k,u,u,u,u,u,L,24,1,1,min,n,ei,loose,i,k,k,i,k,C,P,C,u,2,2,2,1,L,n,l,i,l,i,loose,i,l,l,l,i,P,Q,P,R,U,现,代,配

14、,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,2,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,0,i,i,F,x,u,0,0,1,i,ai,bi,ci,T,T,k,k,k,k,s,s,s,k,u,u,u,u,m,u,m,u,m,u,m,m,m,N,or,m,0,i,i,G,x,u,k,n,K,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,2,电容器优化投切（续,2,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

15、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,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,电容器的优化配置与优化投切的问题和方法基本相同,现,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,3,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,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,代,配,电,系,统,分,析,第,11,章,配电系统电压控制与无功优化,11. 3,无功优化,3,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主要表现在,初值问题,收敛性