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农村配电网无功优化智能技术研究

作　者: 谭东明
导　师: 朴在林
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 智能农村电网无功规划优化无功运行优化一次阻抗功率矩遗传算法禁忌搜索算法智能系统
分类号: TM714.3
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

农村电网是电力系统的重要组成部分,是农村经济、农业生产、农村社会发展的基础条件。建设智能农村电网是国家建设统一坚强智能电网的重要内容。农村电网中无功优化工作,对于提高农村电网的供电可靠性、降低电能损耗、提高电压合格率,以及为用户提供优质电能的意义重大。因此做好农村电网的无功优化工作显得非常重要,是建设智能农村电网不可缺少的一个环节。在系统地分析农村电网现状的基础上,利用现有的数据资源和自动化水平,对配电线路无功规划优化到运行优化,再到具体的实现方式,论文能够给出一个完整、科学合理的无功优化方案。配电网的潮流计算是无功优化的基础。论文根据农村配电网潮流计算的特点,基于前推回代潮流算法,提出了一种节点优化编号的新方法,可以简洁、有效的记录网络拓扑结构,能够快速生成前推回代算法所需要的原始数据存储表。该套算法计算速度快,能够可靠收敛。论文将配电线路无功规划问题分成两个子问题：(1)补偿节点的选择；(2)补偿容量的最佳配置。补偿节点的选择在配电线路无功规划中具有至关重要的地位。从无功分区平衡的原则出发,定义了一种全新的矩“一次阻抗功率矩”,并提出了基于它来选择补偿节点的新方法,即把整条配电线路按“一次阻抗功率矩”分成几个区域,分区数目等于无功补偿节点数,然后在各个分区内寻找最优补偿节点,该选择补偿节点方法建立在无功分区平衡的基础上,能够有效避免补偿点分布不均匀和补偿范围重叠。在补偿位置确定的条件下,求解各补偿节点最佳补偿容量配置时,建立了多负荷水平的无功规划优化模型,采用改进的遗传算法对该模型进行求解。初始种群的好坏会直接影响算法寻优的质量和速度,着重对初始种群生成进行了优化,对有序、可动态确定各补偿节点补偿容量上限的初始种群生成策略,进行了修正,提高了优化能力。实现了各补偿节点电容器在不同负荷水平下的合理配置。提出了基于改进禁忌搜索算法的配电线路无功运行优化系统控制策略。考虑农村配电网线路并联电容器投切优化问题的特点,无功补偿对潮流影响以及负荷特定,对基本禁忌搜索算法的一些环节做了改进。主要包括二进制优化编码、“移动”的起点选择,初始解的生成方法,循环的起点选择等方面,提高了计算速度,能够满足在线运行,解决了配电线路补偿电容器的实时优化投切问题。通过算例与就地控制策略的补偿效果进行了对比,结果表明,论文提出系统控制策略,能够有效降低网损,提高电压质量,使无功得到优化运行。配电线路无功优化智能系统是对规划优化和运行优化的集中实现。该系统主要由调度室内的上位机系统,现场无功补偿控制器以及通讯三部分组成。采用GPRS远程通信技术和网络技术实现调度室里的上位机和线路中各无功补偿控制器(下位机)之间的数据交换。下位机采集补偿点的运行参数传输给调度室里的上位机,变电站调度自动化(SCADA)系统将变电站出口的电参量也传送给上位机,上位机将这些信息作为原始数据提供给论文提出的配电线路无功运行优化策略中进行优化计算,根据优化结果将投切指令传送给的下位机,实现配电线路无功运行优化控制。软件系统,实现了灵活的拓扑维护；补偿装置运行状态实时更新显示；查询历史数据并可绘制曲线；统计线路上投切容量和无功电量等。变电站补偿容量应该是在随器、配电线路等分级补偿,使10kV母线的功率因数应达到相应指标的前提下为满足主变的一次侧达标而考虑的差额部分和主变压器无功损耗部分的总和。提出了以主变的一次侧作为补偿的考核依据,按主变压器的无功需求在二次侧进行无功动态平衡的自动控制模式。针对论文提出的农村配电网无功优化的各种优化算法,编制了相应的算法程序,并通过算例进行了测试和分析,结果验证了论文提出方法的有效性和正确性。

全文目录

摘要  11-13
Abstract  13-15
第一章绪论  15-21
  1.1 农村配电网无功优化智能技术研究的背景和意义  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-19
    1.2.1 配电网无功规划优化  17-18
    1.2.2 配电网无功运行优化  18-19
  1.3 论文的主要工作  19-21
第二章农村配电网无功补偿的基本理论  21-42
  2.1 无功功率与无功补偿的基本概念  21-22
  2.2 无功补偿对电网的影响  22-26
    2.2.1 对电压损耗的影响  22-23
    2.2.2 对有功损耗的影响  23-24
    2.2.3 补偿位置对电压损耗、有功损耗的影响  24-26
  2.3 农村低压配电网基本补偿方式  26-30
    2.3.1 随机补偿  27-28
    2.3.2 随配电变压器补偿  28-30
  2.4 配电网潮流计算  30-41
    2.4.1 配电网潮流计算的数学模型  31-32
    2.4.2 前推回代潮流算法基本原理  32-33
    2.4.3 节点优化编号和数据处理  33-37
    2.4.4 潮流计算流程  37
    2.4.5 算例验证  37-41
  2.5 本章小节  41-42
第三章配电线路无功规划优化  42-71
  3.1 引言  42-43
  3.2 无功补偿节点的选择  43-52
    3.2.1 一次阻抗功率矩的定义  44-47
    3.2.2 基于一次阻抗功率矩的补偿点选择  47-48
    3.2.3 补偿点选择的简单算例分析  48-52
  3.3 多负荷水平下的最优补偿容量  52-59
    3.3.1 数学模型  52-53
    3.3.2 初始种群的生成  53-56
    3.3.3 改进遗传算法求解补偿点的最优补偿容量  56-59
  3.4 算例分析  59-70
    3.4.1 IEEE33节点系统的无功规划优化  59-61
    3.4.2 实际配电线路多负荷水平下无功规划优化  61-70
  3.5 本章小结  70-71
第四章配电线路无功运行优化系统控制策略  71-91
  4.1 引言  71-72
  4.2 配电线路无功运行优化的数学模型  72-73
  4.3 基本Tabu Search算法  73-76
    4.3.1 Tabu Search算法的基本思想  73-74
    4.3.2 Tabu Search算法的主要构成要素  74-76
    4.3.3 Tabu Search算法的优越性和缺憾  76
  4.4 改进Tabu Search算法在无功运行优化中的应用  76-82
    4.4.1 电容器分组投切的二进制优化编码  77-78
    4.4.2 移动和Tabu表管理  78-79
    4.4.3 初始解的选取  79
    4.4.4 选择策略  79-80
    4.4.5 渴望水平和停止准则  80
    4.4.6 算法实现和软件流程  80-82
  4.5 算例分析  82-89
    4.5.1 某10kV实际配电线路基本情况  82-85
    4.5.2 就地控制策略运行优化结果  85-86
    4.5.3 基于改进Tabu Search算法系统控制策略的优化结果  86-87
    4.5.4 优化结果分析  87-89
  4.6 本章小结  89-91
第五章配电线路无功优化智能系统  91-111
  5.1 引言  91
  5.2 系统概述  91-92
  5.3 上位机软件系统设计  92-102
    5.3.1 体系结构  92-93
    5.3.2 软件总体设计  93-95
    5.3.3 系统特点  95
    5.3.4 数据模型设计  95-97
    5.3.5 系统功能  97-102
  5.4 通讯方式和规约制定  102-104
  5.5 下位机投切控制器和安装示例  104-108
  5.6 实施前后的效果比较  108-110
  5.7 本章小结  110-111
第六章变电站集中补偿  111-118
  6.1 引言  111
  6.2 问题的提出  111-112
  6.3 变电站无功优化补偿容量的确定  112
  6.4 变电站无功补偿的最优控制  112-117
    6.4.1 约束条件  112-113
    6.4.2 主变一次侧采样的控制方式  113-114
    6.4.3 主变二次侧采样的控制方式  114-115
    6.4.4 变电站无功补偿自动化系统  115-117
  6.5 本章小结  117-118
第七章结论与展望  118-121
  7.1 结论  118-119
  7.2 创新点  119-120
  7.3 后续工作的展望  120-121
参考文献  121-129
致谢  129-130
攻读博士学位期间发表文章  130

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