現(xiàn)代配電網(wǎng)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 1 概述概述 （1）電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，包含電壓的幅值和頻率： u(t)=Umsin(2 ft +) （2）評(píng)價(jià)電壓質(zhì)量的指標(biāo)（對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)的5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）： 電壓偏差； 諧波； 三相不對(duì)稱； 電壓波動(dòng)（閃變）； 過(guò)電壓（暫時(shí)和瞬態(tài)）； （3）配電網(wǎng)中電壓水平偏低的重要原因： 負(fù)荷端無(wú)功不足； 補(bǔ)償裝置不合理； 解決辦法：無(wú)功優(yōu)化（補(bǔ)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 1 概述概述 （4）無(wú)功優(yōu)化是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的重要研究課題 在滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行約束的前提下，以盡可能少的無(wú)功投入（無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備），最大限度地改善電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損。 規(guī)劃課題規(guī)劃課題無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備不足的情況下； 調(diào)度課題調(diào)度課題無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備滿足電壓標(biāo)準(zhǔn)的情況下。 （5）無(wú)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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究無(wú)功優(yōu)化模型和算法，在電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化。 研究意義研究意義提高系統(tǒng)的質(zhì)量，降低網(wǎng)損，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 配電網(wǎng)的優(yōu)化（

3、網(wǎng)損、無(wú)功）的實(shí)質(zhì)就是均勻化 各節(jié)點(diǎn)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)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(gè)方面。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓值和考核電壓質(zhì)量的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，一般選在具有代表性的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，如線路首、末節(jié)點(diǎn)。 控制點(diǎn)控制點(diǎn)中樞點(diǎn)，具有調(diào)壓手段（有無(wú)功電源出力， 變壓器分接頭）電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。 發(fā)電廠和樞紐變電站的母線兩點(diǎn)說(shuō)明兩點(diǎn)說(shuō)明： 電壓中樞點(diǎn)一定是電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)不一定是電壓中樞點(diǎn)； 為了對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制，電

4、壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)和和控制點(diǎn)必須達(dá)到一定的數(shù)量，且有合理的分布。（滿足對(duì)電網(wǎng)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)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(fù)荷電流經(jīng)過(guò)阻抗產(chǎn)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(dá)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(wú)功優(yōu)化配電

5、系統(tǒng)電壓控制與無(wú)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(gè)集中負(fù)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)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(zhì)量的重要指標(biāo)，指電網(wǎng)正常穩(wěn)

6、態(tài)下節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值的百分比。n導(dǎo)致電壓偏差的原因原因： 負(fù)荷峰谷差的變化較大； 網(wǎng)架不合理； 供電半徑太大；無(wú)功未就近平衡； 有載調(diào)壓沒(méi)達(dá)到要求；電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇不合理；n電壓偏差造成的影響影響降低用電設(shè)備的效率，增加了損耗； 增大了配電網(wǎng)的線損； 破壞電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式；n電能質(zhì)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制3. .電壓調(diào)整的基本原理電壓調(diào)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 2 電壓控制電壓控制3. .電壓調(diào)整的基本原理電壓調(diào)整的基本原理n調(diào)壓措施調(diào)壓措施： 改變變壓器分接頭（系統(tǒng)無(wú)功充足情況下）； 改變無(wú)功功率（并聯(lián)電容器、電抗器及靜止補(bǔ)償器）； 改善線路參數(shù)（減小線路阻抗）； 無(wú)功功率補(bǔ)償（就地平衡）+調(diào)壓變壓器（補(bǔ)償線路壓降）； 宏觀調(diào)控從用電結(jié)構(gòu)、價(jià)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償1. .配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置1 1）并聯(lián)電容器）并聯(lián)電容器n補(bǔ)償方式補(bǔ)償方式： 欠補(bǔ)； 過(guò)補(bǔ)； 完全補(bǔ)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償1. .配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（續(xù)）配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)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(diǎn)作用和特點(diǎn) 消弱空載或輕載線路容積效應(yīng)，并限制操作過(guò)電壓； 改善輕負(fù)載情況下線路的無(wú)功分布，提高線路功率因數(shù)，使無(wú)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償1. .配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（續(xù)）配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（續(xù)）3 3）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVCSVC）n組成組成 變量電容器； 可調(diào)飽和電抗器；檢(測(cè))控(制)系統(tǒng)n主要特點(diǎn) 響應(yīng)快速； 補(bǔ)償特性平滑； 設(shè)計(jì)靈活，可調(diào)范圍大； 不加大系統(tǒng)的短路容量； 投資較大?，F(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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償1. .配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（續(xù)）配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（續(xù)）4 4）新型無(wú)功補(bǔ)償器裝置）新型無(wú)功補(bǔ)償器裝置 如：如：靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）；靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）n主要特點(diǎn) 采用了GTO或IGBT等全控型器件； 是一個(gè)與電網(wǎng)頻率相同、相位可控的交流電壓器； 對(duì)應(yīng)于輸電網(wǎng)的FACTS； 接入系統(tǒng)方式： 通過(guò)交流電抗器連接至電網(wǎng)； 通過(guò)串聯(lián)變壓器連接至電網(wǎng)?，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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配

11、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償2. .配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式 三種補(bǔ)償方式：集中補(bǔ)償，分散補(bǔ)償，就地補(bǔ)償。n 集中補(bǔ)償 補(bǔ)償容量集中在高壓變電站一、二次母線上，對(duì)中壓配電線路及變壓器的無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。n 分散補(bǔ)償 無(wú)功功率分區(qū)控制和分區(qū)平衡。將無(wú)功補(bǔ)償容量按局部負(fù)載大小分配，在公共臺(tái)變低壓側(cè)或10kV線路安裝電力電容器進(jìn)行補(bǔ)償。n就地補(bǔ)償 在高耗無(wú)功設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）的附近進(jìn)行補(bǔ)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 4 無(wú)功優(yōu)化無(wú)功優(yōu)化 配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要手段，與輸電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化不同，差別表現(xiàn)在：n 實(shí)現(xiàn)方法上

12、實(shí)現(xiàn)方法上 輸電網(wǎng)優(yōu)化機(jī)組無(wú)功功率、調(diào)節(jié)變壓器分接頭和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（發(fā)電機(jī)、電容器、并聯(lián)電抗器、調(diào)相機(jī)，F(xiàn)ACTS等）； 配電網(wǎng)主要是投切電容器組。n 補(bǔ)償方式上補(bǔ)償方式上 輸電網(wǎng)集中補(bǔ)償；配電網(wǎng)分散和就地補(bǔ)償。n 控制目的上控制目的上 輸電網(wǎng)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和線路輸電能力； 配電網(wǎng)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)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(diǎn)和容量不同，降低的網(wǎng)損也不一樣。n電容器的優(yōu)化配置問(wèn)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(wèn)題n 目標(biāo)： 網(wǎng)損和設(shè)備投資的總費(fèi)用在規(guī)劃期內(nèi)最小化 在系統(tǒng)安全運(yùn)行的約件下（電壓、功率平衡、功率因素、節(jié)點(diǎn)出力上下限等），確定補(bǔ)償電容器的安裝位置、容量和類型，使得配電網(wǎng)網(wǎng)損費(fèi)用和電容器投資費(fèi)用之和最小，投資效益最好。電容器的配置原則 使無(wú)功實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)平衡，電壓等級(jí)之間盡量減少無(wú)功功率交換?，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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)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(wèn)題 (1) 負(fù)荷情況隨時(shí)間不斷變化； (2) 電容器的選擇：固定電容器和可調(diào)電容器； (3) 可調(diào)電

14、容器的分組問(wèn)題（等分不合理）。n 無(wú)功優(yōu)化的約束 （1）潮流約束； （2）節(jié)點(diǎn)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)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(wèn)題 配電電容器的優(yōu)化投切系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題，與配電系統(tǒng)自動(dòng)化水平密切相關(guān)。1 1）配電網(wǎng)電容器優(yōu)化投切的數(shù)學(xué)模型）配電網(wǎng)電容器優(yōu)化投切的數(shù)學(xué)模型 （1） 解空間描述所有電容器在各個(gè)時(shí)段上的投切情況。 （2）目標(biāo)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)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(fù)荷約束: 運(yùn)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(wú)功優(yōu)化

16、配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)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(wèn)題的計(jì)算復(fù)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(jī)優(yōu)化方法，人工智能方法及其它獨(dú)立的或綜合的方法。 對(duì)算法的要求對(duì)算法的要求： 將電容器的容量視為離散變量； 考慮實(shí)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(shuō)明說(shuō)明：電容器的優(yōu)化配置與優(yōu)化投切的問(wèn)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)

17、化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)功優(yōu)化 3. 配電無(wú)功優(yōu)化算法配電無(wú)功優(yōu)化算法 配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的非線性規(guī)劃問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：目標(biāo)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(wú)功優(yōu)化的關(guān)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(xué)優(yōu)化方法（線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等）對(duì)模型要求嚴(yán)格，不適合求解無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題。 人工智能算法（遺傳算法、模擬退火算法、禁忌算法等）對(duì)條件基本不做要求，適合于作無(wú)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(wú)功優(yōu)化配電系統(tǒng)電壓控制與無(wú)功優(yōu)化11. 3 無(wú)功優(yōu)化無(wú)功優(yōu)化 3. 配電無(wú)功優(yōu)化算法（續(xù)）配電無(wú)功優(yōu)化算法（續(xù)） 基于記憶指導(dǎo)的模擬退火算法 算法步驟：見(jiàn)P193。 無(wú)功優(yōu)化算法的性能