1、 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE to improve the distribution system, reactive power, a system voltage of each node to maintain a good level; reduce system power loss, lower operating costs make the system . In this paper, as an example Pingnan grid, taking into account the reactive power price based
2、on the analysis of the electricity market reactive power optimization under the condition. First, according to a power grid structure of the main wiring diagram of the picture, according to the given data to determine the line and transformer models; Second, the calculation of line and transformer p
3、arameters, then BPA power flow calculation software; again proposed mathematical model of reactive power optimization of Pingnan County, the reactive power optimization; Finally, the price, taking into account the case of reactive power, reactive power before and after optimization Pingnan how much
4、economic gain. Keywords: electricity market; power optimization 电力市场下的无功优化 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究意义 . 2 1.3 研究内容 . 2 第 2 章 潮流计算 . 4 2.1 潮流计算的定义及其意义 . 4 2.2 潮流计算的特点 . 4 2.3 潮流计算的节点分类及其调控手段 . 5 2.3.1 节点分类 . 5 2.3.2 调控手段 . 5 2.4 潮流计算算法简介 . 6 2.4.1 牛顿 -拉夫逊法 . 6 2.4.2 PQ 分解法 . 6 2.4.3 算法比较
5、. 7 2.5 BPA 简介 . 8 2.5.1 BPA 软件简介 . 8 2.5.2 BPA 的主要功能 . 8 第三章 无功优化的数学模型 . 10 3.1 概述 . 10 3.1.1 无功功率 . 10 3.1.2 数学模型 . 11 3.2 无功补偿的计算步骤 . 12 电力市场下的无功优化 第四章 屏南县电网无功优化 . 13 4.1 综合分析 . 13 4.2 屏南县电网无功优化计算 . 13 4.2.1 屏南县电网结构简化图 . 13 4.2.2 屏南县电网潮流计算 . 15 4.2.3 无功优化计算 . 21 4.2.3 无功补偿 . 22 4.3 综合对比分析 . 23 结论
6、 . 24 参考文献 . 25 谢辞 . 26 附录一 BPA 潮流计算程序 . 27 附录二 MATLAB 无功优化程序 . 28 附录二 (续 ) . 29 附录三 无功补偿后的 BPA 程序 . 32 电力市场下的无功优化 1 第 1 章 绪论 1.1 研究背景 随着科学技术的发展和社会的进步，电 已经成为人类赖以生存的基本能源。因此，电力工业是国民经济中一个十分重要的行业，如果没有电力工业的发展就不会有整个国民经济的发展。电力系统运行管理的基本目标是安全、优质、经济地向用户提供电能。电压是衡量电能质量的主要指标之一，电力系统稳定运行与否、电网线路损耗的多少、工农业生产的安全经济性能否得
7、到保证等方面都是要受到电压质量的好坏所影响。所以，如何对电力系统进行合理的规划与优化，在保证电力系统安全可靠地供给能源的同时减少损耗，降低电力系 统运行成本，实现经济效益成为了电力系统工作人员以及科研工作者所面对的一个重要问题。一直以来，电力系统运行实践和研究结果表明，电力系统的无功潮流分布对电力系统有着重要的影响，尤其是在电力市场下的无功潮流的分布更是涉及到各个方面的实际经济利益，因此有关研究人员对电力系统的无功优化越来越关注。 在中国没有实行电力市场的时期，无功都是靠调度所强加给电厂通过提高功率因数，并根据功率因数进行奖惩的制度来实现无功需求的，无功损耗是不计入电价 1的，无功优化一般是以
8、有功网络损耗最小或者电压实际偏差最小为目标函数。随着电力 市场的发展，各个公司迫于各种竞争压力，为提高效益，都在挖掘电力设备的潜力，都想使有功达到极限而不肯多发无功。因此无功的合理定价就显得尤为重要，无功成本 23必须计入优化目标函数里面，制定科学、合理的无功服务价格，可引导市场参与各方提供无功服务的积极性，也可以成为决策无功电源投资和设备有效利用的科学依据。 电力系统无功优化问题有一下特点： (1) 离散性 通常用离散变量来表示在何处安装无功补偿设备，表示变压器分接头的位置、电容器组和电抗器组数等。 (2) 非线性 在数学模型中，为了满足功率平衡，约束条件 中包含潮流计算方程。潮流计算方程就
9、是典型的非线性方程。 (3) 大规模 现代电力网包含众多的节点和出现。越是电压等级低的网络，其节点数一般电力市场下的无功优化 2 越多，网络也越复杂。 (4) 收敛性依赖于初值 无功优化的数学模型中要考虑潮流计算方程作为等约束条件，而潮流方程是超越方程。所以，无功优化的问题是非凸的，亦即可能存在多解。电力系统无功优化问题基本为非线性的，其收敛性依赖于初值的选择。 1.2 研究意义 一直以来，电力行业实行的是垄断式的经营。随着电力的逐步发展，垄断式的经营的毛病逐渐暴露出来，主要体现于：电力行业服务差 、电力工业机构臃肿、发电厂内部浪费严重等等。尤其在我国，因为地区的干扰，某些高损耗低效率的电厂多
10、发点，甚至满发，而有些低损耗高效率的机组却被给以少数的发电量。在经过几十年的平稳发展之后，电力工业面临着新的历史机遇与挑战 电力市场。电力市场要求打破传统的经营模式，本着公平的基本原则，在电力行业内部引入竞争机制，是电力企业能够优胜劣汰，从而实现有限能源的综合利用。电力工业体制的转变，对电力科学提出了新的要求，其中就包括本文所要研究的电力市场下的无功优化问题。 同有功电源一样，无功电源的合理规划和运行也是电力系 统安全经济运行的保障。合理科学的无功规划对于电力系统的安全经济运行带来颇多益处 4： (1) 安全性：提供系统安全度；改善系统的无功分布，使系统的电压保 持良好的水平；改善系统的运行水
11、平； (2) 经济性：可以改善系统的交换能力，提高系统的有功传输能力；降低系统的网损；减少发电机的有功输出，降低系统运行费用。 在我国，无功综合问题尤为突出，这都源于我国电力系统长期重电源建设，而轻电网建设的思想所致，不仅仅这样，在运行管理等方面也是重有功，而轻无功的思想。这就是为什么电网的建设跟不 上电源的建设，无功补偿严重不足，调压手段也是寥寥无几，系统运行存在“负荷高峰是出现低电压，负荷低谷是出现高电压”的情况，这也就进一步导致无功的大量流动，电压质量不好，有功功率的网络损耗较大的现象。在工程设计中，无功补偿设备的安装规划也大多只限于变电站设计的附属内容 5。因此在我国目前负荷快速上升，
12、全国加快电源以及电网建设的情况下，对电网无功规划和优化的研究是非常有必要的。 1.3 研究内容 科学合理的无功优化不仅提高了电力系统的安全水平、稳定性能，也从经济方面给电力行业带来了更好的效益。国内外已经有许多专 家对无功优化问题做出大量的研究工作，由于无功优化是一个非常复杂的非线性问题，无功优化的求解方法很多，因此确定最佳求电力市场下的无功优化 3 解方法成为了无功优化的关键所在。 本论文以屏南电网为背景，针对电网的情况，首先根据牛顿拉夫逊迭代法利用 BPA 软件对该网进行潮流计算，进而以计算结果分析，运用 MATLAB 软件进行无功优化计算，建立无功优化数学模型，确定补偿方案，对电网做出最
13、佳补偿，进而根据电价算出补偿后所获得的经济效益。 电力市场下的无功优化 4 第 2 章 潮流计算 2.1 潮流计算的定义及其意义 电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。 潮流计算， 是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、无功功率及电压在电网中的分布 情况 。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。 潮流
14、计算是电力系统非常重要的 一种 分析计算，用 来 研究系统规划和运行中提出的各 类 问题。对规划中的电力系统，通过潮流计 算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件 (包括 线路、变压器等 )是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。 潮流计算是研究电力系统稳定运行情况的一种计算，它是根据整个电力系统的运行情况和状态。在企业电网规划和运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案和运行方式的合理
15、性、可行性和经济性。 潮流计算可以求出整个 网络的运行状态，进而判断系统运行方式和规划中供电方案的合理性、安全可靠性和经济性提供定性、定量分析。 同时潮流计算在 PSASP中也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。 精确的潮流计算可以用来复核一些由不安全的预想事故引起的严重后果。 2.2 潮流计算的特点 目前，传统的电力系统潮流计算方法主要有两种牛顿 -拉夫逊 迭代 法和在牛顿法基础上衍生出来的 PQ分解法， EDSA中的潮流计算也以这两种算法为基础。各种牛顿法潮流 (包括 PQ分解法潮流 )，由于具有可靠的收敛性、较快的计算速度及适中的内存需求，得到了广泛的应用。但是，对于 某些系统来说，仍
16、然有 可能出现不收敛的 现象 ， 例 如在福建炼油乙烯项目中全厂电力系统的潮流计算中便出现了 PQ分解法不收敛而牛顿 -拉夫逊法计算收敛的情况 对于辐射型电网则有下列特点： (1) 辐射形配电网支路数一定小于节点数。因此，网络节点导纳矩阵稀疏度很高。 (2) 对于末端负荷节点前的支路功率就是末端运算负荷功率，所以可直接求支路功率损耗和电压损耗。一次往前推。 电力市场下的无功优化 5 (3) 低压配电网由于线路电阻较大，一般不满足 R X,因此通常不能采用 P Q解耦法进行网络潮流计算。 所以，可采用一种类似简单手算潮流的办法进行辐射形 配电网的潮流计算，也称前推回推计算 6 2.3 潮流计算的
17、节点分类及其调控手段 2.3.1 节点分类 在潮流计算中，由于系统的接线方式是给定的，故表征各节点运行状态的参数是该点电压向量及复功率 ，即 U、 P、 Q四个量 。我们必须给定其中的 2个，而 另外 两个作为待求变量，方程组式 才 可以求解。根据电力系统运行条件，按给定变量的不同一般将节点分为以下三种类型。 (1) PQ节点： P、 Q给定， U、 待求，通常变电所都是这一种类型的节点，由于没有发电设备，其发电功率为零。在一些情况下，系统中某些发电厂送出的功率在一定 时间内为固定时，该发电厂母线也作为 PQ节点，因此，电力系统的大多数节点属于 PQ节点 。 (2) PV节点： 节点的 P、
18、V给定， Q、 待求，这类节点必须得有足够的可调无功功率，用以维持给定的电压幅值，因此又称为电压控制节点。一般是选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为 PV节点。在电力系统中这一类节点很少。 (3) 平衡节点： 在潮流分布算出以前，网络中的功率损耗是末知的。因此，网络中至少有一个节点的有功功率 P无法 给定，这个节点承担了系统的有功平衡， 所以把它 称 作 为平衡节点。另外必须选定一节点 ，其电压相位均为零，作为各节点电压的参考，这个节点称之为基准节点。为了计算方便，常将平衡节点和基准节点选为同一节点，可称之为平衡节点，平衡节点只有一个。它的电压幅值和相位 都 已给定，而其有功功率和无功功率待求。一般选择调频发电厂为平衡节点比较合理，但在进行潮流计算时也可按照别的原则来选择。 2.3.2 调控手段 一般地，辐射型网络中的潮流是不加以控制的，它们完全取决于各负荷点的负荷；两端供电网络的潮流虽可借调整两端电源的功率或电压适当控制，但由于两端电源容量有一
