一种配电网台区的无功补偿评估方法与流程

本发明涉及电力系统自动化技术领域，特别是涉及一种配电网台区的无功补偿评估方法。

背景技术：

在配变低压侧安装无功补偿装置可以提高电压质量、降低网损、改善功率因数。低压配变量多面广，其负荷具有时变性、多样性及三相不对称性。尤其是新增电气负荷中大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，导致整个台区无功功率需求量大。现有技术中多采用电力系统潮流计算，即研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。具体是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

目前低压无功补偿装置的容量规划通常偏向于低压配电网中的经济效益，对电压质量的关注度不够。因此需要对配电网台区的无功补偿从经济效益与电压质量进行全面的综合评价，并且能够对选择无功补偿方式提供参考。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提出一种配电网台区的无功补偿评估方法，解决现有方法对电压质量因素关注度不高，无法对无功补偿进行全面的综合评估的技术问题。

本发明的一方面，提供一种配电网台区的无功补偿评估方法，包括以下步骤：

步骤s1，设置待评估的无功补偿点，采集无功补偿点的无功补偿设备的数据；其中，所述待评估的无功补偿点包括集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点；

步骤s2，获取配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值，根据所述配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值确定集中无功补偿方案，并获取所述集中无功补偿方案的电压质量指标和经济效益指标；

步骤s3，获取线路无功补偿点的补偿额定容量；根据所述线路无功补偿点的补偿额定容量确定线路无功补偿方案，并获取所述线路无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述线路无功补偿点的补偿额定容量为相应的线路无功补偿点所需的无功功率；

步骤s4，获取多个用户侧分散补偿点的补偿电容器容量，根据所述多个用户侧分散补偿点的补偿电容器容量确定用户无功补偿方案，并获取用户无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述用户侧分散补偿点的补偿电容器容量为相应的用户侧分散补偿点所需的无功功率；

步骤s5，通过集中补偿点、线路无功补偿点及用户侧分散补偿点根据预设的组合方式进行组合形成集中和分散组合补偿方案，根据所述集中无功补偿方案、所述线路无功补偿方案、所述用户无功补偿方案获取集中和分散组合补偿方案中相应的用户无功补偿点的补偿容量值；并获取所述集中和分散组合补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；其中，所述预设的组合方式包括随机组合或者将本台区现有的无功补偿设备作为优先考虑；

步骤s6，根据所述集中和分散组合补偿方案的电压质量指标和经济效益指标在预设应用场景中进行排序，将排序结果作为评估结果；其中，所述预设应用场景包括只考虑初始投资、考虑长期的收益、不考虑初始投资及后续维护费、只考虑节点电压质量。

优选地，所述集中补偿点为设置在配变侧的补偿点，所述线路无功补偿点为设置在配电线端的补偿点，所述用户侧分散补偿点为设置在用户终端的补偿点。

优选地，所述电压质量指标包括节点电压合格率、节点电压最大值、节点电压最小值、线路损耗电压值、主干线路2/3处节点电压值。

优选地，所述经济效益指标内容包括成本指标、收益指标；其中，所述成本指标包括无功补偿装置的初始成本、运行损耗、维护成本以及报废成本；所述收益指标包括台区和线路节省的网损费。

优选地，根据以下公式计算成本指标：

其中，lcc为成本指标，即无功补偿装置使用过程中总的投资费用；t为无功补偿装置的使用寿命；ck为初始成本，购买无功补偿装置以及相应安装盒的费用与施工安装成本费；cm为维护成本；cf为故障成本，包括故障检修费用和故障损失费用；cd是废弃成本费；r为通货膨胀率，取4％；r为社会贴现率，取8％。

优选地，根据以下公式计算运行损耗：

c0＝qc×ζ×τ×oc

其中，c0为无功补偿运行成本费；qc为某种无功补偿方案下总的无功补偿容量；ζ为无功补偿设备损耗功率占补偿容量的比例，通常取0.5％；τ是无功补偿装置年投运小时数；oc是电价。

优选地，根据以下公式计算台区和线路节省的网损费：

其中，wl为台区和线路节省的网损费；δpl为无功补偿后与无功补偿前相比节省的有功功率；t为无功补偿装置的使用寿命；r为通货膨胀率，取4％；r为社会贴现率，取8％。

优选地，所述步骤s1包括：获取台区内无功负荷节点的历史数据，调取所述无功负荷节点的历史数据中的电压质量指标，将所述无功负荷节点的历史数据中的电压质量指标处于预设筛选阈值范围内的无功负荷节点作为无功补偿点。

优选地，所述步骤s2包括：选取配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值中的最小容量补偿值，以所述最小容量补偿值为基础、预设的容量补偿增长值为增长值，通过潮流计算确定多个集中补偿点不变增大补偿容量的无功补偿方案，作为集中无功补偿方案。

优选地，所述步骤s6包括：当预设应用场景为只考虑初始投资时，则获取相应的无功补偿装置的初始成本，按照所述无功补偿装置的初始成本由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为考虑长期的收益时，则获取相应的成本指标，按照所述成本指标由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为不考虑初始投资及后续维护费，则获取相应的无功补偿装置的运行损耗，按照所述无功补偿装置的运行损耗由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为只考虑节点电压质量时，则获取相应的电压质量指标，按照所述电压质量指标由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的配电网台区的无功补偿评估方法，将无功补偿分为集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点以及三者结合的四种方式，对每个方案进行组合计算出各个电压指标值以及经济指标值，并按照各个指标值的大小进行排序，生成评估结果，根据台区的不同应用场景、不同按需选择不同的无功补偿方案，对不同应用场景中的无功补偿方案进行全面的评估，充分考虑电压质量和经济收益两方面的因素。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例中一种配电网台区的无功补偿评估方法的运动决策模型示意图。

图2为本发明实施例中待评估的无功补偿点的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明提供的一种配电网台区的无功补偿评估方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：

步骤s1，如图2所示，设置待评估的无功补偿点，采集无功补偿点的无功补偿设备的数据；其中，所述待评估的无功补偿点包括集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点；可以理解的是，统计确定台区无功补偿点；基于电网数据采集与监控系统中的数据采集点及台区无功补偿设备的采集的数据，确定该台区中无功补偿系统评估需要评估的无功补偿点；所述需要评估的无功补偿点包括集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点。

具体实施例中，获取台区内无功负荷节点的历史数据，调取所述无功负荷节点的历史数据中的电压质量指标，将所述无功负荷节点的历史数据中的电压质量指标处于预设筛选阈值范围内的无功负荷节点作为无功补偿点。其中，集中补偿点为安装在配变侧的配变补偿点，线路无功补偿点为安装在配电线端的配电线路补偿点，用户侧分散补偿点为用户终端用电设备点。

步骤s2，获取配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值，根据所述配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值确定集中无功补偿方案，并获取所述集中无功补偿方案的电压质量指标和经济效益指标；可以理解的是，所示配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值为该配变容量的20％-40％。

具体实施例中，选取配变低压侧的集中补偿点的额定补偿容量值中的最小容量补偿值，以所述最小容量补偿值为基础、预设的容量补偿增长值为增长值，通过潮流计算确定多个集中补偿点不变增大补偿容量的无功补偿方案，作为集中无功补偿方案。具体地，从集中补偿点的额定补偿容量值的最小容量补偿值，以预设的容量补偿增长值，基于潮流计算法计算出多个集中补偿点不变增大补偿容量的无功补偿方案，计算出不同的无功补偿方案的电压质量指标和经济效益指标。

具体地，所述电压质量指标包括节点电压合格率、节点电压最大值、节点电压最小值、线路损耗电压值、主干线路2/3处节点电压值。所述经济效益指标内容包括成本指标、收益指标；其中，所述成本指标包括无功补偿装置的初始成本、运行损耗、维护成本以及报废成本；所述收益指标包括台区和线路节省的网损费。

再具体地，根据以下公式计算成本指标：

其中，lcc为成本指标，即无功补偿装置使用过程中总的投资费用；t为无功补偿装置的使用寿命；ck为初始成本，购买无功补偿装置以及相应安装盒的费用与施工安装成本费；cm为维护成本；cf为故障成本，包括故障检修费用和故障损失费用；cd是废弃成本费；r为通货膨胀率，取4％；r为社会贴现率，取8％。

根据以下公式计算运行损耗：

c0＝qc×ζ×τ×oc

其中，c0为无功补偿运行成本费；qc为某种无功补偿方案下总的无功补偿容量；ζ为无功补偿设备损耗功率占补偿容量的比例，通常取0.5％；τ是无功补偿装置年投运小时数；oc是电价。

根据以下公式计算台区和线路节省的网损费：

其中，wl为台区和线路节省的网损费；δpl为无功补偿后与无功补偿前相比节省的有功功率；t为无功补偿装置的使用寿命；r为通货膨胀率，取4％；r为社会贴现率，取8％。

步骤s3，获取线路无功补偿点的补偿额定容量；根据所述线路无功补偿点的补偿额定容量确定线路无功补偿方案，并获取所述线路无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述线路无功补偿点的补偿额定容量为相应的线路无功补偿点所需的无功功率；可以理解的是，获取线路无功补偿点补偿的额定容量；基于潮流计算法计算出线路无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述线路无功补偿点的补偿容量值为该节点所需的无功功率。

步骤s4，获取多个用户侧分散补偿点的补偿电容器容量，根据所述多个用户侧分散补偿点的补偿电容器容量确定用户无功补偿方案，并获取用户无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述用户侧分散补偿点的补偿电容器容量为相应的用户侧分散补偿点所需的无功功率；可以理解的是，根据不同用户侧分散补偿点的补偿电容器容量，基于潮流计算法计算出用户无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述不同用户侧分散补偿点的补偿容量为节点所需的无功功率。

步骤s5，通过集中补偿点、线路无功补偿点及用户侧分散补偿点根据预设的组合方式进行组合形成集中和分散组合补偿方案，根据所述集中无功补偿方案、所述线路无功补偿方案、所述用户无功补偿方案获取集中和分散组合补偿方案中相应的用户无功补偿点的补偿容量值；并获取所述集中和分散组合补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；其中，所述预设的组合方式包括随机组合或者将本台区现有的无功补偿设备作为优先考虑；可以理解的是，对集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点，进行组合形成集中和分散结合补偿方案，基于潮流计算法计算每个方案中对应的用户无功补偿点的补偿容量值；计算出不同的用户无功补偿方案的电压质量指标值和经济效益指标值；所述组合方式包括随机或者预设或者选择本台区现有的无功补偿设备为优先考虑。

步骤s6，根据所述集中和分散组合补偿方案的电压质量指标和经济效益指标在预设应用场景中进行排序，将排序结果作为评估结果；其中，所述预设应用场景包括只考虑初始投资、考虑长期的收益、不考虑初始投资及后续维护费、只考虑节点电压质量，并以表格形式进行展示。可以理解的是，对已经确定的方案以表格的形式展示出来；表格的横坐标分别为：节点电压合格率、节点电压最大值、节点电压最小值、线路损耗电压值、主干线路2/3处节点电压值、成本指标、和收益指标；表格的纵坐标即为方案1、2、3.....；应的是不同组合的集中和分散组合补偿方案；根据应用场景的需要补偿方案进行排序。

具体实施例中，当预设应用场景为只考虑初始投资时，则获取相应的无功补偿装置的初始成本，按照所述无功补偿装置的初始成本由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为考虑长期的收益时，则获取相应的成本指标，按照所述成本指标由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为不考虑初始投资及后续维护费，则获取相应的无功补偿装置的运行损耗，按照所述无功补偿装置的运行损耗由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果；

当预设应用场景为只考虑节点电压质量时，则获取相应的电压质量指标，按照所述电压质量指标由底到高的顺序进行排序，将排序结果作为评估结果。

本实施例中，所述的潮流计算指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

具体地，潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，如下：

f(x)＝0为一非线性方程组，其中：

f＝(f1,f2,........,fn)t为节点平衡方程式；

x＝(x1,x2,..........,xn)t为待求的各节点电压

潮流计算(loadflowcalculation)根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。节点导纳矩阵y作为电力网络的数学模型。节点电压ui和节点注入电流ii由节点电压方程联系。在实际的电力系统中，已知的运行条件不是节点的注入电流，而是负荷和发电机的功率，而且这些功率一般不随节点电压的变化而变化。由于各节点注入功率与注入电流的关系为：

si＝pi+jqi＝uiii

式中，pi和qi分别为节点i向网络注入的有功功率和无功功率，当i为发电机节点时pi﹥0；当i为负荷节点时pi﹤0；当i为无源节点pi＝0，qi＝0；ui和ii分别为节点电压相量ui和节点注入电流相量ii的共轭。有n个非线性复数方程，亦即潮流计算的基本方程式。它可以在直角坐标也可以在极坐标上建立2n个实数形式功率方程式。

已知网络的接线和各支路参数，可形成潮流计算中的节点导纳矩阵y。潮流方程式中表征系统运行状态变量是注入有功功率pi、无功功率qi和节点电压相量ui(幅值ui和相角δi)。n个节点的电力网有4n变量，但只有2n个功率方程式，因此必须给定其中2n个运行状态变量。根据给定节点变量的不同，可以有三种类型的节点，具体的，pu节点：(电压控制母线)有功功率pi和电压幅值ui为给定。这种类型节点相当于发电机母线节点，或者相当于一个装有调相机或静止补偿器的变电所母线。pq节点：注入有功功率pi和无功功率qi是给定的。相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。平衡节点：用来平衡全电网的功率。平衡节点的电压幅值ui和相角δi是给定的，通常以它的相角为参考点，即取其电压相角为零。一个独立的电力网中只设一个平衡节点。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的配电网台区的无功补偿评估方法，将无功补偿分为集中补偿点、线路无功补偿点、用户侧分散补偿点以及三者结合的四种方式，对每个方案进行组合计算出各个电压指标值以及经济指标值，并按照各个指标值的大小进行排序，生成评估结果，根据台区的不同应用场景、不同按需选择不同的无功补偿方案，对不同应用场景中的无功补偿方案进行全面的评估，充分考虑电压质量和经济收益两方面的因素。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。