專利名稱：城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景電力系統(tǒng)是一個非線性、大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，其安全與經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵問 題一直以來都是電力領(lǐng)域的重中之重。目前，電力系統(tǒng)趨向于大機(jī)組、大電網(wǎng)、 超高壓、特高壓、高度自動化和遠(yuǎn)距離等方向發(fā)展。隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的飛 速發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)格局已 初步形成，隨之帶來的一些安全、穩(wěn)定問題也日益突出。目前，我國輸配電網(wǎng)節(jié)能技術(shù)和相關(guān)裝備的發(fā)展相對滯后，輸配電系統(tǒng)仍 然存在無功補(bǔ)償不足、電壓穩(wěn)定問題嚴(yán)峻、諧波污染嚴(yán)重、自動化水平不高、 電力市場理論與技術(shù)不夠完善等問題。這些都嚴(yán)重影響了輸配電系統(tǒng)的安全與 經(jīng)濟(jì)運行，制約了電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力改革的步伐。最近歐洲和國內(nèi)的幾次 停電事故給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行敲響了警鐘，電網(wǎng)運行中的一些安全、穩(wěn)定問題日益暴露出來。在電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行方面，據(jù)國家電力信息網(wǎng)統(tǒng)計，2000年 全國年電能損失達(dá)875億度；國家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測部的統(tǒng)計表明，2005年全 國年電能損失超過2千億度。據(jù)美國官方統(tǒng)計，近20年來，全球范圍內(nèi)因電能 質(zhì)量引起的重大電力事故己達(dá)20多起，每年因電能質(zhì)量擾動和電氣環(huán)境污染引 起的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)300億美元?？梢?，為了保障現(xiàn)代電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì) 運行，迫切需要新的技術(shù)來解決現(xiàn)代電網(wǎng)運行與控制中遇到的一些新的難題， 并為電網(wǎng)的運行與控制提供相應(yīng)的自動化裝備和軟件平臺。節(jié)能降耗和污染減排是"十一五"期間一項全社會任務(wù)，是構(gòu)建和諧社會的重要因素。"十一五"規(guī)劃中提出2010年單位GDP能耗下降20X，這個任務(wù) 非常艱巨因此，緊緊圍繞輸配電網(wǎng)新型節(jié)能技術(shù)與裝備研究和工程應(yīng)用中的一 系列關(guān)鍵性技術(shù)難題，開展了深入而有意義的研究工作，解決電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì) 運行問題，具有重大的理論和實際意義。隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，如 何提高城市配電網(wǎng)的整體節(jié)能將成為越來越重要的問題。發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明旨在提供一種配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法及系統(tǒng)，能在 優(yōu)化了配置的同時又能夠進(jìn)行分散補(bǔ)償，對輸配電網(wǎng)實行了全局優(yōu)化和協(xié)同控 制提高電能總體利用率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種城市配電網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)， 在配電網(wǎng)10KV側(cè)連接有高壓靜止無功補(bǔ)償器SVC與大功率混合型有源電力濾 波器HAPF聯(lián)合運行系統(tǒng)，所述HAPF由有源電力濾波器APF與基波諧振支路 并聯(lián)后，再與SVC中的無源電力濾波器PF部分串聯(lián)組成，且通過該SVC中的 PF部分串聯(lián)接入電網(wǎng)；同時在配電網(wǎng)380V安裝有戶內(nèi)外智能型無功補(bǔ)償裝置 IVC;最后連接在高壓側(cè)的SVC、 HAPF和低壓側(cè)的IVC通過數(shù)據(jù)總線與變電 站自動化綜合系統(tǒng)的服務(wù)器連接，所述服務(wù)器通過光纖連接到調(diào)度中心。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種城市配電網(wǎng)節(jié)能方法，對低壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采 用協(xié)同最優(yōu)控制原理進(jìn)行控制，使其滿足以最小的投切量達(dá)到最佳無功補(bǔ)償?shù)?效果；同時對高壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采用拉格朗日乘法最優(yōu)化諧波畸變率和功率因 數(shù)，尋求在滿足配電網(wǎng)電流畸變率的情況下獲得最佳的功率因數(shù)，從而得到一 個最優(yōu)解，最后通過調(diào)度中心對高壓側(cè)和低壓側(cè)進(jìn)行整體監(jiān)測和調(diào)度。其中對低壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采用協(xié)同最優(yōu)控制原理的控制步驟為對所有控 制器在同一時刻對各自節(jié)點采樣，并將數(shù)據(jù)傳送與之直接相連的相鄰節(jié)點；控 制器根據(jù)數(shù)據(jù)計算出滿足約束條件的可能投切值；從一條支線路的最末端節(jié)點 開始，求出滿足約束條件的最優(yōu)子策略和代價，若最小投切電容量都不能滿足 約束條件，則放棄該點而轉(zhuǎn)移到同一支線路上沿變電所方向的下一鄰近點重復(fù) 上述計算；對全部節(jié)點都進(jìn)行尋優(yōu)后，從最后節(jié)點開始向前傳遞最優(yōu)策略，通 過該尋優(yōu)過程，對低壓側(cè)的無功功率進(jìn)行了補(bǔ)償。本發(fā)明通過所述拉格朗日乘法的優(yōu)化步驟如下-(1) .測定電源電壓和電流值；(2) .設(shè)定THD限定；(3) .計算電壓，電流RMS值和相角；(4) .計算平均功率；(5) .形成拉格朗日目標(biāo)函數(shù)；(6) .假定控制變量的初始值；(7) .使用牛頓一拉夫遜Newton-Raphson解變量；(8) .若算出的誤差小于限定值，則可算出補(bǔ)償量，否則返回(7)式重新求 解，直到算出的誤差小于限定值。本發(fā)明的益處是1)不同類型的無功補(bǔ)償裝置根據(jù)不同的應(yīng)用場合安裝于 輸配電網(wǎng)中，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)動態(tài)性能及暫態(tài)穩(wěn)定性和改善供電 電能質(zhì)量的目的，為電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償提供一種全面的解決方案，達(dá)到節(jié)能降 耗的效果。2)對配電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行動態(tài)實時治理，同時將主要特征諧波濾除， 還能補(bǔ)償一定程度的無功功率。使有源濾波器基本上不承受基波電壓和基波電 流，從而減小了有源濾波器的容量，降低有源諧波補(bǔ)償系統(tǒng)的投資，提高性能價格比，達(dá)到了 APF實用化及諧波抑制的目的。3)實現(xiàn)了全局協(xié)同優(yōu)化節(jié)能，進(jìn)行全局協(xié)同優(yōu)化控制，提高電能總體利用效率。綜上所述，通過該城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法及系統(tǒng)， 一改傳統(tǒng)節(jié)能方式，通過 優(yōu)化配置，實現(xiàn)了配電網(wǎng)的全局優(yōu)化協(xié)同控制，實現(xiàn)了全方位的電氣節(jié)能降耗， 具有很廣闊的市場前景。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明


圖1是本發(fā)明中所述城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明所述拉格朗日乘法的實現(xiàn)流程圖。
具體實施方式
圖1為城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)，在IOKV側(cè)采用SVC高壓靜止無功補(bǔ)償器 與大功率混合型有源電力濾波器HAPF聯(lián)合使用，在SVC系統(tǒng)中增加了小容量的 APF部分，APF與基波諧振支路并聯(lián)后再與SVC結(jié)構(gòu)中的無源部分相串聯(lián)接入電 網(wǎng)。該聯(lián)合運行系統(tǒng)在具備SVC基本功能的同時，通過APF提高了無源濾波器 的濾波性能，抑制無源部分與配電網(wǎng)等效阻抗間可能的諧振現(xiàn)象，并且可以實 現(xiàn)對各次諧波的動態(tài)治理，能提高輸配電系統(tǒng)的動、靜態(tài)穩(wěn)定性，改善輸電系 統(tǒng)的動態(tài)性能，實現(xiàn)輸配電網(wǎng)節(jié)能損耗；在380V采用戶內(nèi)外智能型無功補(bǔ)償裝 置IVC。最后連接在高壓側(cè)的SVC、 HAPF和低壓側(cè)的IVC通過數(shù)據(jù)總線與變電 站自動化綜合系統(tǒng)的服務(wù)器連接，所述服務(wù)器通過光纖連接到調(diào)度中心。本實施例提供城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，是采用一種分布式結(jié)構(gòu)的智能化變電站綜合自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信 技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)，保障現(xiàn)場工作的安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)實現(xiàn)了一套完整的變電所智能 化監(jiān)控功能體系，它完成對變電所內(nèi)主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、 控制、保護(hù)，以及與上級系統(tǒng)通信等綜合性的自動化功能，實現(xiàn)高、中、低壓 設(shè)備智能化監(jiān)控的集成。通過這樣的一個變電站綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了協(xié)同 優(yōu)化控制和管理節(jié)能。其具體步驟為對低壓側(cè)的無功補(bǔ)償設(shè)備采用協(xié)同最優(yōu)控制原理進(jìn)行控制， 使其滿足以最小的投切量達(dá)到最佳無功補(bǔ)償?shù)男Ч?；同時對高壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備 采用拉格朗日乘法最優(yōu)化諧波畸變率和功率因數(shù)，尋求在滿足配電網(wǎng)電流畸變 率的情況下獲得最佳的功率因數(shù)，從而得到一個最優(yōu)解，最后通過調(diào)度中心對 高壓側(cè)和低壓側(cè)進(jìn)行整體監(jiān)測和調(diào)度。上述協(xié)同最優(yōu)控制原理為對所有控制器在同一時刻對各自節(jié)點采樣，并 將數(shù)據(jù)傳送與之直接相連的相鄰節(jié)點；控制器根據(jù)數(shù)據(jù)計算出滿足約束條件的可能投切值；從一條支線路的最末端節(jié)點開始，求出滿足約束條件的最優(yōu)子策略和代價，若最小投切電容量都不能滿足約束條件，則放棄該點而轉(zhuǎn)移到同一支線路上沿變電所方向的下一鄰近點重復(fù)上述計算;對全部節(jié)點都進(jìn)行尋優(yōu)后，從最后節(jié)點開始向前傳遞最優(yōu)策略。通過這樣一個尋優(yōu)過程，對低壓側(cè)的無功功率進(jìn)行了很好的補(bǔ)償。參照圖2，利用拉格朗日乘法求解的運行過程如下 (1).測定電源電壓和電流值；(2) .設(shè)定THD限定；(3) .計算電壓，電流RMS值和相角；(4) .計算平均功率；(5) .形成拉格朗日目標(biāo)函數(shù)；(6) .假定控制變量的初始值；(7) .使用牛頓一拉夫遜方法解變量；(8) .若算出的誤差小于限定值，則可算出補(bǔ)償量，否則返回(7)式重新求解，直到算出的誤差小于限定值。其中上述步驟中(5) — (7)的具體步驟如下 1.設(shè)置拉格朗日函數(shù)Z = / + 2.g + ;a.W (1)其中/為目標(biāo)函數(shù)，g表示等式約束，"為不等式約束，2和//為未知量。2.設(shè)期望電流的均方根值/, =&《(2) 其中&為n價補(bǔ)償負(fù)載的等效導(dǎo)納。3. 目標(biāo)函數(shù)/ = 1> 21>， 2。 (3)1 1其中Vn為配電網(wǎng)n次電壓RMS值。4. 當(dāng)電壓和電流移相角為零，瞬時功率的平均值4=1>"."=^" (4)1 15. 式(1)中g(shù)可表達(dá)成g二P血-1> 2&=0 (5)6. 設(shè)定電流THD限制為/^D，則不等式約束"作為&的函數(shù)可表示為<formula>formula see original document page 10</formula>(6)目標(biāo)是最小化受式(1)、 (5)和(6)約束的f。L可表示為"t尺x2+在-1>乂 V 〃. f 1;《-/"、其中2和z/為未知量。對于L受約束的局部最小值的必要條件為:<formula>formula see original document page 10</formula>其中"=(!];^2) z> =^，"是所考慮諧波的階次(10)<formula>formula see original document page 10</formula>(7)通過牛頓一拉夫遜方法解上述方程(8) — (10)得到&，從而便可獲得 了由^決定的在一個在可接受的電流THD內(nèi)最優(yōu)的功率因數(shù)的期望電流值， 這樣也獲得了所需的補(bǔ)償值。其中//." = 0和/^0為Kuhn-Tucher條件滿足相對 最小的目標(biāo)函數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，在配電網(wǎng)10KV側(cè)連接有高壓靜止無功補(bǔ)償器SVC與大功率混合型有源電力濾波器HAPF聯(lián)合運行系統(tǒng)，所述HAPF由有源電力濾波器APF與基波諧振支路并聯(lián)后，再與SVC中的無源電力濾波器PF部分串聯(lián)組成，且通過該SVC中的PF部分串聯(lián)接入電網(wǎng)；同時在配電網(wǎng)380V安裝有戶內(nèi)外智能型無功補(bǔ)償裝置IVC；最后連接在高壓側(cè)的SVC、HAPF和低壓側(cè)的IVC通過數(shù)據(jù)總線與變電站自動化綜合系統(tǒng)的服務(wù)器連接，所述服務(wù)器通過光纖連接到調(diào)度中心。
2. —種城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，其特征在于，對低壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采用 協(xié)同最優(yōu)控制原理進(jìn)行控制，使其滿足以最小的投切量達(dá)到最佳無功補(bǔ)償?shù)男?果；同時對高壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采用拉格朗日乘法最優(yōu)化諧波畸變率和功率因數(shù)， 尋求在滿足配電網(wǎng)電流畸變率的情況下獲得最佳的功率因數(shù)，從而得到一個最優(yōu)解，最后通過調(diào)度中心對高壓側(cè)和低壓側(cè)進(jìn)行整體監(jiān)測和調(diào)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，其特征在于，所述對低壓側(cè)的節(jié)能設(shè)備采用協(xié)同最優(yōu)控制原理的控制步驟為對所有控制器在同一時 刻對各自節(jié)點采樣，并將數(shù)據(jù)傳送與之直接相連的相鄰節(jié)點；控制器根據(jù)數(shù)據(jù)計算出滿足約束條件的可能投切值；從一條支線路的最末端節(jié)點開始，求出滿 足約束條件的最優(yōu)子策略和代價，若最小投切電容量都不能滿足約束條件，則 放棄該點而轉(zhuǎn)移到同一支線路上沿變電所方向的下一鄰近點重復(fù)上述計算；對 全部節(jié)點都進(jìn)行尋優(yōu)后，從最后節(jié)點開始向前傳遞最優(yōu)策略，通過該尋優(yōu)過程， 對低壓側(cè)的無功功率進(jìn)行了補(bǔ)償。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法，其特征在于，所述拉格朗日乘法的優(yōu)化步驟如下(1) .測定電源電壓和電流值；(2) .設(shè)定THD限定；(3) .計算電壓，電流RMS值和相角；(4) .計算平均功率；(5) .形成拉格朗日目標(biāo)函數(shù)；(6) .假定控制變量的初始值；(7) .使用牛頓一拉夫遜解變量；(8) .若算出的誤差小于限定值，則可算出補(bǔ)償量，否則返回(7)式重新求解，直到算出的誤差小于限定值。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種城市配電網(wǎng)綜合節(jié)能方法及系統(tǒng)。通過采用高低壓混合型先進(jìn)節(jié)能技術(shù)及裝備，在保證節(jié)能裝備運行可靠性的同時，減少線路損耗和畸變損耗，實現(xiàn)配電網(wǎng)動態(tài)節(jié)能，并抑制負(fù)荷不平衡和閃變；并通過全局協(xié)同優(yōu)化節(jié)能與控制，提高電能總體利用效率。跟傳統(tǒng)方法相比配置更優(yōu)化，裝備更智能化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全局優(yōu)化控制。
文檔編號H02J3/00GK101277015SQ20081003056
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者帥智康, 爽 張, 徐先勇, 安 羅, 羅卓偉, 適 舒 申請人:湖南大學(xué)