一种区域配电网无功协调方法及装置与流程

1.本发明实施例涉及电网无功控制技术，尤其涉及一种区域配电网无功协调 方法及装置。


背景技术：

2.在配电网中，实现配电网无功功率的协调可有效提高配电网的电压质量、 降低配电网损耗并优化资源配置以降低成本。基于配电网接线拓扑复杂且问题 分散等现状，无功治理通常采用就地补偿的策略，其补偿范围小，设备利用率 低。近年来，电力电子技术发展带动具有v2g响应能力的电动汽车充电桩并网， 能够为电网提供无功补偿。由于分散的充电桩之间具有不同的电气距离，无功 协调的机制不能忽略距离带来的损耗。因此，计及区域内充电桩的接入位置并 将内充电桩的无功响应能力充分调动起来，实现区域配电网的无功协调将十分 必要。
3.目前，现有的区域配电网无功协调方法，主要基于配变容量或者无功负荷 的分布状况，忽略了无功补偿距离将带来的损耗，且无法反映区域性无功功率 的实际需求，这在许多情况下会加剧区域无功需求的偏差。同时，针对无功资 源的协调优化通常耦合节点电压灵敏度的控制关系，以求安全均衡的配电网电 压水平和分布，此类方法同样忽略了配电网无功资源的拓扑分布关系，影响无 功协调的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种区域配电网无功协调方法及装置，以优化区域配电 网无功协调。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种区域配电网无功协调方法，包括：
6.获取区域配电网的线路数据和运行数据，区域配电网接入有充电桩，线路 数据和运行数据包括充电桩数量和拓扑位置；
7.根据线路数据和运行数据，确定区域配电网中所有的无功补偿子区域；
8.基于无功补偿子区域，确定各无功补偿子区域的无功功率余缺值，以确定 无功补偿区域中心；
9.根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各无功补偿子区域间的功 率余缺的协调修正关系，以对区域配电网进行无功协调。
10.可选的，充电桩为多个，区域配电网的线路数据和运行数据还包括充电桩 逆变器容量、充电桩并网点有功功率、各充电桩到主干线路的距离以及线路各 节点间的距离；
11.根据线路数据和运行数据，确定区域配电网中所有的无功补偿子区域，包 括：
12.根据充电桩的数量和拓扑位置、充电桩逆变器容量、充电桩并网点有功功 率、各充电桩到主干线路的距离，确定充电桩的局部无功补偿矩；
13.根据充电桩的局部无功补偿矩，确定各无功补偿子区域间的平均补偿矩；
14.根据平均补偿矩，确定区域配电网中所有的无功补偿子区域。
15.可选的，充电桩的局部无功补偿矩为：
[0016][0017]
其中，md为第d个充电桩的无功补偿矩，ld为第d个充电桩到主干线路的 线路长度，为第d个充电桩逆变器容量，为第d个充电桩并网点有功功 率，为第d个充电桩的最大无功响应能力，z表示整数，n
c1
为充电桩总数。
[0018]
可选的，基于无功补偿子区域，确定各无功补偿子区域的无功功率余缺值， 以确定无功补偿区域中心，包括：
[0019]
基于无功补偿子区域，根据线路数据和运行数据确定无功补偿子区域的无 功功率余缺值；
[0020]
根据无功功率余缺值，确定主干节点中的各节点对应的区域中心补偿矩， 并根据区域中心补偿矩，确定无功补偿区域中心。
[0021]
可选的，根据区域中心补偿矩，确定无功补偿区域中心，包括：
[0022]
根据区域中心补偿矩，确定最小区域中心补偿矩的对应主干节点；
[0023]
将最小区域中心补偿矩的对应主干节点作为无功补偿区域中心。
[0024]
可选的，无功功率余缺值的表达式为：
[0025][0026]
其中，q
′
s,def
为第s个无功补偿子区域的无功功率余缺值，q
′
s,def
为负数表示 无功盈余，q
′
s,def
为正数表示无功缺少，qs为第s个无功补偿子区域的最大补偿 容量，q
′
d,load
为第d个充电桩所接配变负载侧的无功功率，ws为第s个无功补偿 子区域包括的充电桩的集合。
[0027]
可选的，区域中心补偿矩的表述式为：
[0028][0029]
其中，e
r,s
为馈线主干上节点r与第s个无功补偿子区域的区域无功补偿矩， hr为馈线主干节点r的区域中心补偿矩，l
r,s
为主干节点r距离第s个无功补偿 子区域所在支线与主干的交汇点的线路长度，ls为第s个无功补偿子区域内充 电桩距离馈线主干的最大线路长度，且ls＝maxl
s,d
,d∈ws。
[0030]
可选的，根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各无功补偿子区 域间的功率余缺的协调修正关系，包括：
[0031]
根据无功功率余缺值，确定无功协调的供补子区域和受补子区域以及各无 功补偿子区域的无功功率注入期望值；
[0032]
根据供补子区域、受补子区域和无功补偿区域中心，以及各无功补偿子区 域的无
功功率注入期望值，对各无功补偿子区域间的功率余缺进行协调修正。
[0033]
可选的，无功功率注入期望值的表达式为：
[0034]qs,need
＝q
s,pass
+q’s,pass
[0035]
其中，q
s,need
表示第s个无功补偿子区域的无功功率注入期望值，q
s,pass
为第 s个无功补偿子区域的无功功率修正量，q
′
s,pass
为第s个无功补偿子区域的无功 功率。
[0036]
第二方面，本发明实施例还提供了一种区域配电网无功协调装置，包括：
[0037]
数据获取模块，用于获取区域配电网的线路数据和运行数据，区域配电网 接入有充电桩，线路数据和运行数据包括充电桩数量和拓扑位置；
[0038]
区域确定模块，用于根据线路数据和运行数据，确定区域配电网中所有的 无功补偿子区域；
[0039]
中心确定模块，用于基于无功补偿子区域，确定各无功补偿子区域的无功 功率余缺值，以确定无功补偿区域中心；
[0040]
无功协调模块，用于根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各无 功补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系，以对区域配电网进行无功协调。
[0041]
本发明实施例提供的区域配电网无功协调方法及装置，通过获取区域配电 网的线路数据和运行数据，区域配电网接入有充电桩；根据线路数据和运行数 据，确定区域配电网中所有的无功补偿子区域；基于无功补偿子区域，确定各 无功补偿子区域的无功功率余缺值，以确定无功补偿区域中心；根据无功功率 余缺值和无功补偿区域中心，确定各无功补偿子区域间的功率余缺的协调修正 关系，以对区域配电网进行无功协调。本发明实施例提供的区域配电网无功协 调方法及装置，基于充电桩数量和拓扑位置，根据无功功率余缺值和无功补偿 区域中心，确定各无功补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系，可解决区域 配电网中充电桩无功响应能力调度不充分、补偿距离考虑不充分的问题，实现 区域配电网的无功协调和优化。
附图说明
[0042]
图1是本发明实施例一提供的一种区域配电网无功协调方法的流程图；
[0043]
图2是本发明实施例二提供的一种区域配电网无功协调方法的流程图；
[0044]
图3是本发明实施例二提供的一种区域配电网的结构示意图；
[0045]
图4是本发明实施例二提供的一种无功协调的示意图；
[0046]
图5是本发明实施例三提供的一种区域配电网无功协调装置的结构框图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此 处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需 要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结 构。
[0048]
实施例一
[0049]
图1是本发明实施例一提供的一种区域配电网无功协调方法的流程图，本 实施例可适用于对区域配电网进行无功协调等情况，该方法可以由区域配电网 无功协调装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集 成具有区域配电网无功协
调功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下 步骤：
[0050]
步骤110、获取区域配电网的线路数据和运行数据，区域配电网接入有充 电桩。
[0051]
其中，区域配电网接入有多个充电桩，区域配电网的线路数据和运行数据 包括接入的充电桩的数量和拓扑位置、充电桩逆变器容量、充电桩并网点有功 功率、各充电桩到主干线路的距离以及线路各节点间的距离。配电网的控制系 统可预先存储有线路数据和运行数据，区域配电网无功协调装置可与配电网的 控制系统电连接，以获取线路数据和运行数据。
[0052]
步骤120、根据线路数据和运行数据，确定区域配电网中所有的无功补偿 子区域。
[0053]
具体的，可根据线路数据和运行数据中的充电桩的数量和拓扑位置、充电 桩逆变器容量、充电桩并网点有功功率、各充电桩到主干线路的距离，确定充 电桩的局部无功补偿矩，并基于充电桩的局部无功补偿矩，确定区域配电网中 所有的无功补偿子区域，每个无功补偿子区域可包括至少一个充电桩。
[0054]
步骤130、基于无功补偿子区域，确定各无功补偿子区域的无功功率余缺 值，以确定无功补偿区域中心。
[0055]
具体的，无功功率余缺值可由对应的无功补偿子区域中的充电桩并网点有 功功率、充电桩逆变器容量以及充电桩所接配变负载侧的无功功率计算得到。 基于无功功率余缺值可计算主干线路上各个节点与各无功补偿子区域的区域中 心无功补偿矩，在所有区域中心无功补偿矩中最小的区域中心无功补偿矩对应 的主干节点即为无功补偿区域中心。
[0056]
步骤140、根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各无功补偿子 区域间的功率余缺的协调修正关系，以对区域配电网进行无功协调。
[0057]
具体的，根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，可计算得到各无功补 偿子区域所需的无功功率，各无功补偿子区域所需的无功功率为正值或负值， 若存在无功补偿子区域所需的无功功率为负值，则需将该无功功率补偿子区域 的无功功率补偿至所需无功功率为正值的无功补偿子区域，以实现区域配电网 的无功协调。
[0058]
本实施例提供的区域配电网无功协调方法，通过获取区域配电网的线路数 据和运行数据，区域配电网接入有充电桩；根据线路数据和运行数据，确定区 域配电网中所有的无功补偿子区域；基于无功补偿子区域，确定各无功补偿子 区域的无功功率余缺值，以确定无功补偿区域中心；根据无功功率余缺值和无 功补偿区域中心，确定各无功补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系，以对 区域配电网进行无功协调。本实施例提供的区域配电网无功协调方法，基于充 电桩数量和拓扑位置，根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各无功 补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系，可解决区域配电网中充电桩无功响 应能力调度不充分、补偿距离考虑不充分的问题，实现区域配电网的无功协调 和优化。
[0059]
实施例二
[0060]
图2是本发明实施例二提供的一种区域配电网无功协调方法的流程图，本 实施例可适用于对区域配电网进行无功协调等情况，该方法可以由区域配电网 无功协调装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集 成具有区域配电网无功协调功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下 步骤：
[0061]
步骤210、获取区域配电网的线路数据和运行数据，区域配电网接入有充 电桩。
[0062]
具体的，图3是本发明实施例二提供的一种区域配电网的结构示意图，参 考图3，区域配电网接入9个充电桩，在馈线主干上有9个节点，支路共有11 个节点。
[0063]
步骤220、根据线路数据和运行数据，确定充电桩的局部无功补偿矩。
[0064]
具体的，根据线路数据和运行数据中的充电桩的数量和拓扑位置、充电桩 逆变器容量、充电桩并网点有功功率、各充电桩到主干线路的距离，确定充电 桩的局部无功补偿矩。充电桩的局部无功补偿矩为：
[0065][0066]
其中，md为第d个充电桩的无功补偿矩，ld为第d个充电桩到主干线路的 线路长度，为第d个充电桩逆变器容量，为第d个充电桩并网点有功功 率，为第d个充电桩的最大无功响应能力，z表示整数，n
c1
为充电桩总数。
[0067]
步骤230、根据充电桩的局部无功补偿矩，确定各无功补偿子区域间的平 均补偿矩。
[0068]
具体的，各无功补偿子区域间的平均补偿矩如下式所示：
[0069][0070]
其中，m
aver
为各无功补偿子区间的平均补偿矩，n
c2
为馈线下划分的补偿 子区域数量。
[0071]
步骤240、根据平均补偿矩，确定区域配电网中所有的无功补偿子区域。
[0072]
具体的，从馈线接入最末端的充电桩开始，记s＝1(s∈z∩[1，n
c2
])，依次 叠加所属同一支线下最邻近充电桩的无功补偿矩，每次叠加形成一种组合方案， 直到叠加总额超过m
aver
或者该支线所有充电桩全部被叠加。比较上述形成的所 有组合方案的叠加值，选取其中与m
aver
差距最小的充电桩组合作为第s个无功 补偿子区域，并将第s个无功补偿子区域下包含的充电桩集合记为ws。从上一 个确定的第s个无功补偿子区域关口最邻近的充电桩开始，重复上述充电桩组 合和补偿区域划分操作，直到s＝n
c2
为止，最终将馈线拓扑划分成n
c2
个补偿 子区域。其中，第s个无功补偿子区域关口为第s个无功补偿子区域中距离主 干线路最近的节点。示例性地，参考图3，区域配电网馈线拓扑划分为四个无 功补偿子区域即区域s＝1至区域s＝4。
[0073]
步骤250、基于无功补偿子区域，根据线路数据和运行数据确定无功补偿 子区域的无功功率余缺值。
[0074]
具体的，无功功率余缺值的表达式为：
[0075][0076]
其中，q
′
s,def
为第s个无功补偿子区域的无功功率余缺值，q
′
s,def
为负数表示 无功盈余，q
′
s,def
为正数表示无功缺少，qs为第s个无功补偿子区域的最大补偿 容量，q′
d,load
为第d个充电桩所接配变负载侧的 无功功率，ws为第s个无功补偿子区域包括的充电桩的集合。
[0077]
步骤260、根据无功功率余缺值，确定主干节点中的各节点对应的区域中 心补偿矩。
[0078]
具体的，区域中心补偿矩的表述式为：
[0079][0080]
其中，e
r,s
为馈线主干上节点r与第s个无功补偿子区域的区域无功补偿矩， hr为馈线主干节点r的区域中心补偿矩，l
r,s
为主干节点r距离第s个无功补偿 子区域所在支线与主干的交汇点的线路长度，ls为第s个无功补偿子区域内充 电桩距离馈线主干的最大线路长度，且ls＝maxl
s,d
,d∈ws。
[0081]
步骤270、根据区域中心补偿矩，确定最小区域中心补偿矩的对应主干节 点。
[0082]
具体的，h
center
＝min{h1，h2，h3,...hr...,r∈wz}，h
center
为无功补偿 区域中心的区域中心无功补偿矩，wz为无功补偿子区域所在支线与馈线主干线 的交汇节点集合。
[0083]
步骤280、将最小区域中心补偿矩的对应主干节点作为无功补偿区域中心。
[0084]
示例性地，参考图3，若主干节点8对应的区域中心补偿矩为h
center
即最小 区域中心补偿矩，则将主干节点8作为无功补偿区域中心
[0085]
步骤290、根据无功功率余缺值，确定无功协调的供补子区域和受补子区 域以及各无功补偿子区域的无功功率注入期望值。
[0086]
具体的，无功功率注入期望值的表达式为：
[0087]qs,need
＝q
s,pass
+q’s,pass
[0088]
其中，q
s,need
表示第s个无功补偿子区域的无功功率注入期望值，q
s,pass
为第 s个无功补偿子区域的无功功率修正量，q
′
s,pass
为第s个无功补偿子区域的无功 功率。以无功功率注入关口作为参考方向，并以关口无功功率数据q
′
s,pass
作为区 域无功盈余的判断标识，当q
′
s,pass
＞0，表示该区域无功功率缺少，并将此区域标 记为受补子区域；当q
′
s,pass
＜0，表示该区域无功功率盈余，并将此区域标记为供 补子区域；当q
′
s,pass
＝0，表示该区域无功功率就地平衡，无需参与无功协调控 制。
[0089]
进一步地，确定供补子区域叠加受补子区域无功需求后的无功功率余缺值：
[0090]qj,def
＝q
′
j,def
+q
′
i,def
[0091]
其中，q
j,def
表示供补子区域叠加受补子区域无功功率需求后的无功功率余 缺值；q
′
i,def
表示受补子区域无功功率余缺值，且q
′
i,def
＞0；q
′
j,def
表示供补子区域 无功功率余缺值，且q
′
j,def
＜0；i和j分别为补偿子区域中的受补子区域和供补 子区域的序号，即i,j∈z∩[1，n
c2
]。
[0092]
在一种实施方式中，若q
j,def
为负数，则令供补子区域关口无功修正量q
j,pass
、 受补子区域关口的无功修正量q
i,pass
和受补子区域叠加供补子区域无功功率需求 后的无功功
率余缺值q
i,def
分别为：
[0093][0094]
若q
j,def
为正数，则令供补子区域关口无功修正量q
j,pass
、受补子区域关口的 无功修正量q
i,pass
和受补子区域叠加供补子区域无功功率需求后的无功功率余缺 值q
i,def
分别为：
[0095][0096]
步骤291、根据供补子区域、受补子区域和无功补偿区域中心，以及各无 功补偿子区域的无功功率注入期望值，对各无功补偿子区域间的功率余缺进行 协调修正。
[0097]
示例性地，参考图3，若区域1和区域4为供补子区域，区域2和3为受 补子区域，则可根据无功补偿区域中心和各无功补偿子区域的无功功率注入期 望值，将区域1和4的无功功率补偿值区域2和3。图4是本发明实施例二提 供的一种无功协调的示意图，如图4中深色柱状图表示对应区域在优化前即无 功协调前的无功功率的大小，白色柱状图表示对应区域在优化后无功功率的大 小。由图4可看出，无功余缺为负值的区域1和4将无功功率补偿给无功余缺 为正值的区域2和3，区域1和4的无功功率变为零，区域2和3的无功余缺 由较大正值降至较小正值，从而实现各无功补偿子区域间的无功协调。
[0098]
本实施例提供的区域配电网无功协调方法，基于充电桩数量和拓扑位置， 各所述充电桩到主干线路的距离以及线路各节点间的距离，根据无功功率余缺 值和无功补偿区域中心，确定各无功补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系， 可解决区域配电网中充电桩无功响应能力调度不充分、补偿距离考虑不充分的 问题，实现区域配电网的无功协调和优化，进而保障配电网无功资源的高效利 用，充分调动并有效协调了各子区域间的充电桩无功响应能力，实现配电网区 域性无功平衡，可节省新增补偿设备的配置成本。
[0099]
实施例三
[0100]
图5是本发明实施例三提供的一种区域配电网无功协调装置的结构框图， 该区域配电网无功协调装置包括：数据获取模块310、区域确定模块320、中心 确定模块330和无功协调模块340；其中，数据获取模块310用于获取区域配 电网的线路数据和运行数据，区域配电网接入有充电桩，线路数据和运行数据 包括充电桩数量和拓扑位置；区域确定模块320用于根据线路数据和运行数据， 确定区域配电网中所有的无功补偿子区域；中心确定模块330用于基于无功补 偿子区域，确定各无功补偿子区域的无功功率余缺值，以确定无功补偿区域中 心；无功协调模块340用于根据无功功率余缺值和无功补偿区域中心，确定各 无功补偿子区域间的功率余缺的协调修正关系，以对区域配电网进行无功协调。
[0101]
在上述实施方式的基础上，充电桩为多个，区域配电网的线路数据和运行 数据还包括充电桩逆变器容量、充电桩并网点有功功率、各充电桩到主干线路 的距离以及线路各节点间的距离；区域确定模块320包括局部无功补偿矩确定 单元、平均补偿矩确定单元和区域确定单元；其中，局部无功补偿矩确定单元 用于根据充电桩的数量和拓扑位置、充电
桩逆变器容量、充电桩并网点有功功 率、各充电桩到主干线路的距离，确定充电桩的局部无功补偿矩；平均补偿矩 确定单元用于根据充电桩的局部无功补偿矩，确定各无功补偿子区域间的平均 补偿矩；区域确定单元用于根据平均补偿矩，确定区域配电网中所有的无功补 偿子区域。
[0102]
在一种实施方式中，中心确定模块330包括：无功功率余缺值确定单元和 中心确定单元；其中，无功功率余缺值确定单元用于基于无功补偿子区域，根 据线路数据和运行数据确定无功补偿子区域的无功功率余缺值；中心确定单元 用于根据无功功率余缺值，确定主干节点中的各节点对应的区域中心补偿矩， 并根据区域中心补偿矩，确定无功补偿区域中心。
[0103]
优选的，上述中心确定单元包括：主干节点确定子单元和中心确定子单元； 其中，主干节点确定子单元用于根据区域中心补偿矩，确定最小区域中心补偿 矩的对应主干节点；中心确定子单元用于将最小区域中心补偿矩的对应主干节 点作为无功补偿区域中心。
[0104]
可选的，无功协调模块340包括：期望值确定单元和协调修正单元；其中， 期望值确定单元用于根据无功功率余缺值，确定无功协调的供补子区域和受补 子区域以及各无功补偿子区域的无功功率注入期望值；协调修正单元用于根据 供补子区域、受补子区域和无功补偿区域中心，以及各无功补偿子区域的无功 功率注入期望值，对各无功补偿子区域间的功率余缺进行协调修正。
[0105]
本实施例提供的区域配电网无功协调装置与本发明任意实施例提供的区域 配电网无功协调方法属于相同的发明构思，具备相应的有益效果，未在本实施 例详尽的技术细节详见本发明任意实施例提供的区域配电网无功协调方法。
[0106]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员 会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进 行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因 此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅 限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实 施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。