現(xiàn)代配電網分析11

1、現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化現(xiàn)代配電系統(tǒng)分析 任課老師：劉道兵現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 1 概述概述 （1）電壓是電能質量的重要指標，包含電壓的幅值和頻率： u(t)=Umsin(2 ft +) （2）評價電壓質量的指標（對應國標的5個標準）： 電壓偏差； 諧波； 三相不對稱； 電壓波動（閃變）； 過電壓（暫時和瞬態(tài)）； （3）配電網中電壓水平偏低的重要原因： 負荷端無功不足； 補償裝置不合理； 解決辦法：無功優(yōu)化（補償） 研究課題現(xiàn)現(xiàn)代代配配電

2、電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 1 概述概述 （4）無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行的重要研究課題 在滿足電力系統(tǒng)運行約束的前提下，以盡可能少的無功投入（無功補償設備），最大限度地改善電壓質量和降低網損。 規(guī)劃課題規(guī)劃課題無功補償設備不足的情況下； 調度課題調度課題無功補償設備滿足電壓標準的情況下。 （5）無功優(yōu)化課題的研究 研究手段研究手段在現(xiàn)代電子和計算機技術的基礎上，研究無功優(yōu)化模型和算法，在電網的規(guī)劃設計和調度運行中實現(xiàn)無功補償優(yōu)化。 研究意義研究意義提高系統(tǒng)的質量，降低網損，保證系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和經濟性。 配電網的優(yōu)化（

3、網損、無功）的實質就是均勻化 各節(jié)點電壓盡量均勻； 各支路功率盡量均勻；現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制 1.1.概述概述 電壓控制（即：電壓監(jiān)控），包括控制和監(jiān)視兩個方面。 監(jiān)測點監(jiān)測點監(jiān)測電網電壓值和考核電壓質量的電網節(jié)點，一般選在具有代表性的負荷節(jié)點，如線路首、末節(jié)點。 控制點控制點中樞點，具有調壓手段（有無功電源出力， 變壓器分接頭）電網節(jié)點。 發(fā)電廠和樞紐變電站的母線兩點說明兩點說明： 電壓中樞點一定是電壓監(jiān)測點，而電壓監(jiān)測點不一定是電壓中樞點； 為了對整個電網的電壓進行有效的監(jiān)測和控制，電

4、壓監(jiān)測點和和控制點必須達到一定的數(shù)量，且有合理的分布。（滿足對電網電壓的可觀性和可控性）現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制2. .電壓損耗與電壓偏差電壓損耗與電壓偏差 1)電壓損耗負荷電流經過阻抗產生電壓降落和損耗 U 為電壓損耗電壓損耗，即線路首、末兩端的電壓幅值之差，近似地表達兩電壓的相量差。 電壓損失率： U %=(U /U1)100%22122222222()PjQUUURjXUP RQ XP XQ RjUUUj U 2現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電

5、系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制2. .電壓損耗與電壓偏差電壓損耗與電壓偏差 1)電壓損耗（續(xù)） 一條干線帶多個集中負荷max1111()1(cossin)cosnniiiiiiiiiiiNniiiiiiNiPRQ XUPRQ XUUPRQUUNPn+jQnPn-1+jQn-1P1+jQ1P2+jQ2R1+jX1R1+jX1Rn-1+jXn-1Rn+jXn現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制2. .電壓損耗與電壓偏差電壓損耗與電壓偏差 2)電壓偏差 是衡量電能質量的重要指標，指電網正常穩(wěn)

6、態(tài)下節(jié)點電壓偏離額定值的百分比。n導致電壓偏差的原因原因： 負荷峰谷差的變化較大； 網架不合理； 供電半徑太大；無功未就近平衡； 有載調壓沒達到要求；電壓監(jiān)測點選擇不合理；n電壓偏差造成的影響影響降低用電設備的效率，增加了損耗； 增大了配電網的線損； 破壞電網的經濟運行方式；n電能質量允許的偏差 35kV及以上：10%； 10kV及以下（三相）：7%； 220V單相：+5-10%100%NdNUUUU現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制3. .電壓調整的基本原理電壓調整的基本原理11111()/()/BA

7、AAP RQ XUUUKUKU22222CBBBP RQ XUUUUU現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制3. .電壓調整的基本原理電壓調整的基本原理n調壓措施調壓措施： 改變變壓器分接頭（系統(tǒng)無功充足情況下）； 改變無功功率（并聯(lián)電容器、電抗器及靜止補償器）； 改善線路參數(shù)（減小線路阻抗）； 無功功率補償（就地平衡）+調壓變壓器（補償線路壓降）； 宏觀調控從用電結構、價格及用戶需求管理上；11111()/()/BAAAP RQ XUUUKUKU22222CBBBP RQ XUUUUU現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系

8、統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 配電網無功補償配電網無功補償1. .配電網無功補償裝置配電網無功補償裝置1 1）并聯(lián)電容器）并聯(lián)電容器n補償方式補償方式： 欠補； 過補； 完全補償。n并聯(lián)電容器的作用并聯(lián)電容器的作用 降低線路和變壓器的功率損耗； 降低線路和變壓器的電壓損耗； 提高線路和變壓器的有功功率傳輸能力?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 配電網無功補償配電網無功補償1. .配電網無功補償裝置（續(xù)）配電網無功補償裝置（續(xù)）2 2）并聯(lián)電抗器）并聯(lián)電抗器n作

9、用和特點作用和特點 消弱空載或輕載線路容積效應，并限制操作過電壓； 改善輕負載情況下線路的無功分布，提高線路功率因數(shù)，使無功就地平衡； 容量固定，投切容量不連續(xù)?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 配電網無功補償配電網無功補償1. .配電網無功補償裝置（續(xù)）配電網無功補償裝置（續(xù)）3 3）靜止無功補償器（）靜止無功補償器（SVCSVC）n組成組成 變量電容器； 可調飽和電抗器；檢(測)控(制)系統(tǒng)n主要特點 響應快速； 補償特性平滑； 設計靈活，可調范圍大； 不加大系統(tǒng)的短路容量； 投資較大。現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分

10、析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 配電網無功補償配電網無功補償1. .配電網無功補償裝置（續(xù)）配電網無功補償裝置（續(xù)）4 4）新型無功補償器裝置）新型無功補償器裝置 如：如：靜止無功發(fā)生器（SVG）；靜止同步補償器（STATCOM）n主要特點 采用了GTO或IGBT等全控型器件； 是一個與電網頻率相同、相位可控的交流電壓器； 對應于輸電網的FACTS； 接入系統(tǒng)方式： 通過交流電抗器連接至電網； 通過串聯(lián)變壓器連接至電網?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 配電網無功補償配

11、電網無功補償2. .配電網無功補償方式配電網無功補償方式 三種補償方式：集中補償，分散補償，就地補償。n 集中補償 補償容量集中在高壓變電站一、二次母線上，對中壓配電線路及變壓器的無功負荷進行補償。n 分散補償 無功功率分區(qū)控制和分區(qū)平衡。將無功補償容量按局部負載大小分配，在公共臺變低壓側或10kV線路安裝電力電容器進行補償。n就地補償 在高耗無功設備（電動機）的附近進行補償?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 4 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 配電網無功優(yōu)化是電網經濟運行的一個重要手段，與輸電網無功優(yōu)化不同，差別表現(xiàn)在：n 實現(xiàn)方法上

12、實現(xiàn)方法上 輸電網優(yōu)化機組無功功率、調節(jié)變壓器分接頭和無功補償設備（發(fā)電機、電容器、并聯(lián)電抗器、調相機，F(xiàn)ACTS等）； 配電網主要是投切電容器組。n 補償方式上補償方式上 輸電網集中補償；配電網分散和就地補償。n 控制目的上控制目的上 輸電網提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和線路輸電能力； 配電網降低損耗（有功、電壓）?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 1. 電容器優(yōu)化配置電容器優(yōu)化配置 安裝的地點和容量不同，降低的網損也不一樣。n電容器的優(yōu)化配置問題 在滿足一定約束條件下，確定電容器的位置、容量及類型混合整數(shù)規(guī)劃

13、問題n 目標： 網損和設備投資的總費用在規(guī)劃期內最小化 在系統(tǒng)安全運行的約件下（電壓、功率平衡、功率因素、節(jié)點出力上下限等），確定補償電容器的安裝位置、容量和類型，使得配電網網損費用和電容器投資費用之和最小，投資效益最好。電容器的配置原則 使無功實現(xiàn)分層分區(qū)平衡，電壓等級之間盡量減少無功功率交換。現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 1. 電容器優(yōu)化配置（續(xù)）電容器優(yōu)化配置（續(xù)） n 優(yōu)化配置中需要考慮的問題 (1) 負荷情況隨時間不斷變化； (2) 電容器的選擇：固定電容器和可調電容器； (3) 可調電

14、容器的分組問題（等分不合理）。n 無功優(yōu)化的約束 （1）潮流約束； （2）節(jié)點電壓約束：Ukmin= Uk= min 現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 2. 電容器優(yōu)化投切電容器優(yōu)化投切 配電電容器的優(yōu)化配置系統(tǒng)規(guī)劃問題 配電電容器的優(yōu)化投切系統(tǒng)運行問題，與配電系統(tǒng)自動化水平密切相關。1 1）配電網電容器優(yōu)化投切的數(shù)學模型）配電網電容器優(yōu)化投切的數(shù)學模型 （1） 解空間描述所有電容器在各個時段上的投切情況。 （2）目標函數(shù) 121 ,TnnUu uuu122324,Tkkkkkuu uuu24,11m

15、in()neiloose ikkikCPC u22,21,Lnl il iloose illl iPQPRU現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 2. 電容器優(yōu)化投切（續(xù)）電容器優(yōu)化投切（續(xù)） （3） 模型的約束條件 電容器組離散量約束： 負荷約束: 運行約束： 電容器操作次數(shù)約束： ( ,)0iiF x u,0,;0,1iaibici TTkkkkssskuuuum u m u m umm mN orm( ,)0iiG x uknK現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化

16、配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 2. 電容器優(yōu)化投切（續(xù)）電容器優(yōu)化投切（續(xù)）（2） 模型的求解方法模型的求解方法 電容器優(yōu)化投切問題的計算復雜性是電容器數(shù)量的指數(shù)函數(shù)，其求解方法主要有： 解析方法，啟發(fā)式方法，隨機優(yōu)化方法，人工智能方法及其它獨立的或綜合的方法。 對算法的要求對算法的要求： 將電容器的容量視為離散變量； 考慮實際配電系統(tǒng)中的三相不平衡情況； 考慮電容器的操作次數(shù)約束； 處理配電系統(tǒng)中的不確定信息； 說明說明：電容器的優(yōu)化配置與優(yōu)化投切的問題和方法基本相同。 現(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)

17、化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 3. 配電無功優(yōu)化算法配電無功優(yōu)化算法 配電網無功優(yōu)化是一個復雜的非線性規(guī)劃問題，主要表現(xiàn)在：目標函數(shù)和約束條件的非線性非線性、控制變量的離散型和連續(xù)性相混合。無功優(yōu)化的關鍵在于： 非線性函數(shù)的處理； 算法的收斂性； 離散變量的有效處理； 傳統(tǒng)的數(shù)學優(yōu)化方法（線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法等）對模型要求嚴格，不適合求解無功優(yōu)化問題。 人工智能算法（遺傳算法、模擬退火算法、禁忌算法等）對條件基本不做要求，適合于作無功優(yōu)化的算法?，F(xiàn)現(xiàn)代代配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析第第11章章 配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無功優(yōu)化11. 3 無功優(yōu)化無功優(yōu)化 3. 配電無功優(yōu)化算法（續(xù)）配電無功優(yōu)化算法（續(xù)） 基于記憶指導的模擬退火算法 算法步驟：見P193。 無功優(yōu)化算法的性能