1.本发明涉及新能源电力领域，尤其是一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统。
背景技术：2.配电网电压与电网无功和有功分布都有关。配电网无功优化是电网规划的一个重要有机组成部分，它既影响电压质量，又关系电网经济运行。目前电网中能够调度的无功功率的主要来源是发电机的无功出力和电网中必要的无功设备补偿，而无功补偿一般是按照就地补偿的原则进行，不是在最优的模式下进行规划和投切，具有一定的随意性。随着分布式电源的高比例接入，配电网的潮流由单向转变为双向，对原有的配电网无功补偿更是产生重要影响。当大规模系统接入配电网后,作为“不可调度”的电源点，,无法像常规发电机组一样承担电网的频率、电压调整任务。
技术实现要素：3.本发明的目的是通过提出一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
4.本发明采用的技术方案如下：提供一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统，包括如下步骤：s1.1：高比例新能源接入；s1.2：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；s1.3：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；s1.4：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历搜索算法实现。
5.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤s1.1中，采用潮流计算方法中的改进前推回代算法处理接入的高比例新能源，所述潮流计算方法中，传统前推回代法用于处理pq型节点，大规模新能源接入后，新能源潮流计算模型分为pq型风力发电、pi型光伏发电、pv型的微型燃气轮机和燃料电池，所述改进前推回代算法用于处理pv型dg节点q问题。
6.作为本发明的一种优选技术方案：所述pv型的微型燃气轮机和燃料电池计算模型如下：根据相关研究，微型燃气轮机、燃料电池在潮流计算中作为pv型节点处理；此类型的分布式电源p和v是恒定值，其潮流计算模型为：q
gmin
≤q≤q
gmax
式中：p、v分别为节点有功功率、节点电压；pg、vg分别为pv恒定型dg的给定有功和电压；q
gmin
、q
gmax
分别为给定无功上、下限。
7.作为本发明的一种优选技术方案：所述改进前推回代算法将pv型节点类型加以标识，确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；当pv型dg并网点处于辐射网络多条支路之间，优先选择到末节点无功负荷最大的支路。
8.作为本发明的一种优选技术方案：所述改进前推回代算法如下：s2.1：将pv型节点类型加以标识，将根节点与pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，从末端开始，由已知的末端电压和负荷功率向始端逐段推算，并由以下公式计算不同线段ij的有功和无功：式中：δp
ij
、δq
ij
分别为线路ij段有功增量、无功功率的增量；p
ij
、q
ij
分别为线路ij段有功、无功功率；r
ij
、x
ij
分别为线路ij段的电阻、电抗；uj为线路ij段节点j的电压。
9.s2.2：确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；从始端开始，由已知的始端电压和上面计算得出的始端功率向末端逐段推算，由以下公式计算线路ij段j端节点的电压：δu
ij
为线路ij段节点i与节点j之间的电压降落；s2.3：计算采用的收敛判据：其中，δui为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的电压变化，即停止计算的条件为：|δui|＝u
i-u
i-1
＜ε1，δpi为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的节点功率变化；s2.4：重复上述步骤，直到全部收敛。
10.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤s1.4采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述中压线路多点无功补偿优化方法步骤如下：s3.1：设k为安装电容器节点的数目，aj(j＝1，2，
…
，k)为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合，g为m
×
k维矩阵，则其中的元素为：
式中：g
ij
为i
×
j维矩阵，j＝1，2，
…
，k；aj为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合；s3.2：安装电容器后，各支路的无功电流通过下式计算：式中：为无功补偿后的无功电流；ir为流入节点的无功电流；ic为安装的电容器提供的无功电流；s3.3：进行无功补偿后无功电流产生的损耗为：式中：为无功补偿后的无功损耗；i
ri
为流入节点i的无功电流；i
ci
为第i段安装了电容器提供的无功电流；ri为第i线段电阻；s3.4：进行无功补偿后降低的网损为：进行下式使无功补偿后有最大的降损效果：由上式求出i
ci
；最佳补偿电容的容量为：q
ci
＝uki
ci
式中：q
ci
为所求得的最佳补偿电容的容量；uk为已配置电容器节点的电压幅值向量；同时，进一步求得l
x
，即无功补偿的准确位置。
12.提供一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型系统，包括：新能源接入模块：用于接入高比例新能源；
调节判别模块：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；分析约束模块：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；补偿模块：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历算法实现。
13.作为本发明的一种优选技术方案：所述新能源接入模块采用改进前推回代算法处理接入的高比例新能源。
14.作为本发明的一种优选技术方案：所述补偿模块采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
15.本发明提供的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统，与现有技术相比，其有益效果有：本发明首先针对高比例新能源接入情况下，传统配电网潮流计算方法在不同类型的新能源接入下，提出一种改进的潮流计算方法；然后设计了高比例新能源接入下中压线路无功配置模型，从降低线路损耗的角度，以线路损耗最低为目标函数，在电压约束和经济性最优下，通过遍历算法进行迭代优化；最后，设计开发了具有实用化应用的软件工具，可以准确快速确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
附图说明
16.图1为本发明优选实施例的方法流程图；图2为本发明优选实施例中系统框图；图3为本发明优选实施例中简化后的典型中压线路拓扑图；图4为本发明优选实施例中补偿前、后的无功潮流对比图。
17.图中各个标记的意义为：100、新能源接入模块；110、调节判别模块；120、分析约束模块；130、补偿模块。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.参照图1，本发明优选实施例提供了一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统，包括如下步骤：s1.1：高比例新能源接入；s1.2：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；s1.3：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；s1.4：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历搜索算法实现。
20.所述步骤s1.1中，采用潮流计算方法中的改进前推回代算法处理接入的高比例新能源，所述潮流计算方法中，传统前推回代法用于处理pq型节点，大规模新能源接入后，新能源潮流计算模型分为pq型风力发电、pi型光伏发电、pv型的微型燃气轮机和燃料电池，所述改进前推回代算法用于处理pv型dg节点q问题。
21.所述pv型的微型燃气轮机和燃料电池计算模型如下：根据相关研究，微型燃气轮机、燃料电池在潮流计算中作为pv型节点处理；此类型的分布式电源p和v是恒定值，其潮流计算模型为：q
gmin
≤q≤q
gmax
式中：p、v分别为节点有功功率、节点电压；pg、vg分别为pv恒定型dg的给定有功和电压；q
gmin
、q
gmax
分别为给定无功上、下限。
22.所述改进前推回代算法将pv型节点类型加以标识，确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；当pv型dg并网点处于辐射网络多条支路之间，优先选择到末节点无功负荷最大的支路。
23.所述改进前推回代算法如下：s2.1：将pv型节点类型加以标识，将根节点与pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，从末端开始，由已知的末端电压和负荷功率向始端逐段推算，并由以下公式计算不同线段ij的有功和无功：式中：δp
ij
、δq
ij
分别为线路ij段有功增量、无功功率的增量；p
ij
、q
ij
分别为线路ij段有功、无功功率；r
ij
、x
ij
分别为线路ij段的电阻、电抗；uj为线路ij段节点j的电压。
24.s2.2：确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；从始端开始，由已知的始端电压和上面计算得出的始端功率向末端逐段推算，由以下公式计算线路ij段j端节点的电压：δu
ij
为线路ij段节点i与节点j之间的电压降落；s2.3：计算采用的收敛判据：其中，δui为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的电压变化，
即停止计算的条件为：|δui|＝u
i-u
i-1
＜ε1，δpi为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的节点功率变化；s2.4：重复上述步骤，直到全部收敛。
25.所述步骤s1.4采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
26.所述中压线路多点无功补偿优化方法步骤如下：s3.1：设k为安装电容器节点的数目，aj(j＝1，2，
…
，k)为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合，g为m
×
k维矩阵，则其中的元素为：式中：g
ij
为i
×
j维矩阵，j＝1，2，
…
，k；aj为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合；s3.2：安装电容器后，各支路的无功电流通过下式计算：式中：为无功补偿后的无功电流；ir为流入节点的无功电流；ic为安装的电容器提供的无功电流；s3.3：进行无功补偿后无功电流产生的损耗为：式中：为无功补偿后的无功损耗；i
ri
为流入节点i的无功电流；i
ci
为第i段安装了电容器提供的无功电流；ri为第i线段电阻；s3.4：进行无功补偿后降低的网损为：进行下式使无功补偿后有最大的降损效果：
由上式求出i
ci
；最佳补偿电容的容量为：q
ci
＝uki
ci
式中：q
ci
为所求得的最佳补偿电容的容量；uk为已配置电容器节点的电压幅值向量；同时，进一步求得l
x
，即无功补偿的准确位置。
27.如图2所示，提供一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型系统，包括：新能源接入模块100：用于接入高比例新能源；调节判别模块110：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；分析约束模块120：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；补偿模块130：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历算法实现。
28.所述新能源接入模块100采用改进前推回代算法处理接入的高比例新能源。
29.所述补偿模块130采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
30.本实施例中，所述pq型的风力发电如下：风力发电机一般是异步发电机，自身并不能产生无功，从电网中吸收无功，在潮流计算中可以将它看成负的负荷，只需要改变功率输入时的符号即可。
31.式中：p、q分别为节点有功、无功功率，并且流出节点为正；-pg、-qg分别为节点接入风力发电的有功功率、无功功率。
32.所述pi型的光伏发电如下；光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。在潮流计算中将光伏电池视作pi节点。其注入的无功q为：式中：p、q为dg输出的有功功率、无功功率。
33.i为光伏电池注入电网的恒定电流值；e、f分别为该dg并网处电压值的实部与虚部；参照图3-4，图3表示从某变电站母线，引出一条中压线路，数字1-17为线路各节点编号，各节点下为挂接配变容量，如果为小分支，则将线路分支线上配变容量累计，简化后挂接在主干线上。
34.根据典型线路参数：节点编号节点容量第i段线段电阻率r第i段线段电阻率x节点间线段长度15800.170.3650.54
25650.170.3650.5434000.170.3650.5643150.170.3650.8454000.170.3651.0462500.460.3650.1673000.460.3650.9288950.460.3650.8296300.460.3650.6102500.460.3650.56112500.460.3650.721210000.460.3650.641325000.460.3650.54144000.460.3650.64157650.460.3650.5162500.460.3650.56172500.460.3650.68进行最优补偿方式下线路损耗分析：
补偿节点距离补偿点的位置(km)补偿的无功容量(kvar)无功损耗qj无功损耗qh无功损耗降低率(％)106.251397.0930608.948703.3271.57
经过模型分析计算，最优单点补偿点在第10节点，进一步准确位置为距离首节点6.25km处，补偿的无功容量为1397.09kvar，补偿后，无功损耗降低率为71.57％。由此可见，经过无功补偿后，线路无功损耗降低效果比较明显，具有很好的实用性。
35.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
36.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：1.一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：包括如下步骤：s1.1：高比例新能源接入；s1.2：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；s1.3：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；s1.4：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历搜索算法实现。2.根据权利要求1所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述步骤s1.1中，采用潮流计算方法中的改进前推回代算法处理接入的高比例新能源，所述潮流计算方法中，传统前推回代法用于处理pq型节点，大规模新能源接入后，新能源潮流计算模型分为pq型风力发电、pi型光伏发电、pv型的微型燃气轮机和燃料电池，所述改进前推回代算法用于处理pv型dg节点q问题。3.根据权利要求2所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述pv型的微型燃气轮机和燃料电池计算模型如下：根据相关研究，微型燃气轮机、燃料电池在潮流计算中作为pv型节点处理；此类型的分布式电源p和v是恒定值，其潮流计算模型为：q
gmin
≤q≤q
gmax
式中：p、v分别为节点有功功率、节点电压；p
g
、v
g
分别为pv恒定型dg的给定有功和电压；q
gmin
、q
gmax
分别为给定无功上、下限。4.根据权利要求2所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述改进前推回代算法将pv型节点类型加以标识，确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；当pv型dg并网点处于辐射网络多条支路之间，优先选择到末节点无功负荷最大的支路。5.根据权利要求4所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述改进前推回代算法如下：s2.1：将pv型节点类型加以标识，将根节点与pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，从末端开始，由已知的末端电压和负荷功率向始端逐段推算，并由以下公式计算不同线段ij的有功和无功：式中：δp
ij
、δq
ij
分别为线路ij段有功增量、无功功率的增量；p
ij
、q
ij
分别为线路ij段有功、无功功率；r
ij
、x
ij
分别为线路ij段的电阻、电抗；u
j
为线路ij段节点j的电压；
s2.2：确定根节点、pv节点之间的无功负荷由两者平均分摊，pv节点到末节点之间的无功负荷由pv节点处的dg提供；从始端开始，由已知的始端电压和上面计算得出的始端功率向末端逐段推算，由以下公式计算线路ij段j端节点的电压：δu
ij
为线路ij段节点i与节点j之间的电压降落；s2.3：计算采用的收敛判据：其中，δu
i
为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的电压变化，即停止计算的条件为：|δu
i
|＝u
i-u
i-1
＜ε1，δp
i
为步骤s2.2和步骤s2.3一次循环的节点功率变化；s2.4：重复上述步骤，直到全部收敛。6.根据权利要求1所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述步骤s1.4采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。7.根据权利要求6所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法，其特征在于：所述中压线路多点无功补偿优化方法步骤如下：s3.1：设k为安装电容器节点的数目，a
j
(j＝1，2，
…
，k)为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合，g为m
×
k维矩阵，则其中的元素为：式中：g
ij
为i
×
j维矩阵，j＝1，2，
…
，k；a
j
为电源节点到安装电容器节点所有支路的集合；s3.2：安装电容器后，各支路的无功电流通过下式计算：式中：为无功补偿后的无功电流；i
r
为流入节点的无功电流；i
c
为安装的电容器提供的无功电流；s3.3：进行无功补偿后无功电流产生的损耗为：式中：为无功补偿后的无功损耗；i
ri
为流入节点i的无功电流；i
ci
为第i段安装了电容器提供的无功电流；r
i
为第i线段电阻；s3.4：进行无功补偿后降低的网损为：
进行下式使无功补偿后有最大的降损效果：由上式求出i
ci
；最佳补偿电容的容量为：q
ci
＝u
k
i
ci
式中：q
ci
为所求得的最佳补偿电容的容量；u
k
为已配置电容器节点的电压幅值向量；同时，进一步求得l
x
，即无功补偿的准确位置。8.一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型系统，其特征在于：包括：新能源接入模块(100)：用于接入高比例新能源；调节判别模块(110)：调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；分析约束模块(120)：分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；补偿模块(130)：确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历算法实现。9.根据权利要求8所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型系统，其特征在于：所述新能源接入模块(100)采用改进前推回代算法处理接入的高比例新能源。10.根据权利要求8所述的高比例新能源接入下中压线路无功配置模型系统，其特征在于：所述补偿模块(130)采用中压线路多点无功补偿优化方法确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。
技术总结本发明涉及新能源电力领域，尤其为一种高比例新能源接入下中压线路无功配置模型方法及系统，包括如下步骤：高比例新能源接入；调节不同的影响条件，量化判别线路无功、潮流、损耗、电压质量满足程度及经济性效益；分析计算由无功电流产生的线路损耗，以线路损耗最低为目标函数，同时满足电力系统规定的正常运行电压约束条件，再从电力系统经济性方面进行约束；确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施，采用遍历搜索算法实现。本发明针对高比例新能源接入，提出一种改进潮流计算方法；以线路损耗最低为目标函数，在电压约束和经济性最优下，通过遍历算法进行迭代优化；可以准确快速确定最佳补偿地点和最佳补偿容量及优化措施。施。施。
技术研发人员：毛彦伟 谢天祥 赏炜 高捷
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
