考虑谐波因素的配电网无功补偿优化配置研究开题报告

 2022-10-25 09:10

1. 研究目的与意义

近年来,随着我国市场经济的迅速发展,不仅工业用电负荷与日俱增,而且连人们生活用电基本的需求也日益增长,电力系统的稳定性与社会稳定息息相关,起着至关重要的作用。由于我国的配电网长期以来无功匮乏,由此造成的电压质量下降以及电能浪费的情况严重。尽管自实施电网建设和改造以来,各种配电网自动化装置应运而生,但大多只是提高供电的可靠性,而对于如何优化配置以改善电压质量和降低网损的研究表现出强烈的迫切性。

进行无功补偿是改善配电网电压质量和降损节能的有效手段之一。随着电力电子技术的发展,非线性设备在配电网中的应用越来越广泛,而其伴生的配电网谐波污染也日趋严重。谐波对配电网的危害极大,严重影响配电网中的电气设备及无功补偿装置的经济可靠运行。尤其是作为无功优化规划主要手段的电容器组,受谐波损坏很严重,造成许多实际问题急待解决。

据统计,大约有70%的谐波故障是发生在电容器组上。针对电力系统受到谐波污染日趋严重的现状,寻求电力系统的无功优化补偿理论和实用技术,优化无功补偿,使其受谐波影响最小,对保证电力系统的安全经济运行,具有十分重要的现实意义。而作为无功补偿主要手段的电容器,在电力系统受到谐波污染时如何合理投运及安全运行,已成为系统统计和调度管理工作中日益关注的技术问题,也是电网调度自动化系统的一个重要的研究课题。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题:1. 潮流算法是求解配电网无功补偿置优化问题的基础,其性能是决定整体优化效率关键因素之一。因此要研究适合配电网无功补偿优化配置的潮流算法。

2. 目前对于谐波污染配电网无功补偿置优化问题的影响还缺乏足够认识,这一领域的 很多学者都是只在基波情况下对无功补偿进行配置优化,而忽略了谐波对配电网的影响,因此需要研究考虑谐波因素的配电网无功补偿置优化。

3. 将电网中所有节点的电压的总谐波畸变率作为约束条件,建立无功优化规划模型。

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3. 国内外研究现状(文献综述)

一、研究背景介绍

近年来,随着我国经济的飞速发展,电力负荷的数量和种类也日益增多,给配电网的安全稳定运行带来巨大挑战。无功补偿优化配置可以有效地解决配电网无功匮乏问题,既保证了电能质量,又起到节能降损的作用。

电力电子技术的发展,在给电能的发、输、配、用带来便利的同时,其伴生的谐波污染问题也已不容小觑。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰影响方面。可大致概括谐波的危害有以下几方面[1]:1)大大降低电力设备效率,增加电力设备的损耗,使设备过热;2)使电磁式继电器动作失去选择性,造成保护装置误动或拒动;3)干扰通信系统,使通信系统工作不稳定,影响通话的质量;4)对测量和计量仪器仪表产生测量误差,造成计量不准确。

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4. 研究方案

1、谐波因素

1.1、谐波对配电网的影响

谐波是电力系统中的一个污染因素。它的产生是在电网中使用了非线性负荷,当电流经过非线性负荷时其电压和电流不成线性,进而形成非正弦波形,也就产生了谐波。谐波的出现不仅可以引起电力设备的谐波损耗,使设备在使用过程中过热,而且由于高次谐波的注入,谐波电压叠加在基波电压上使系统产生过电压,引起电力系统仪表和电能计量出现较大的误差,进而引起继电保护设备的错误动作,严重影响着电力系统的安全运行。

1.2、谐波潮流计算模型

相对基波潮流计算,谐波潮流计算就更为复杂和困难,其复杂程度体现在如何描述配电网中的各个谐波源。

从图中可看出,由于基波网络和谐波网络不同(基波网络中发电机为电压源,换流器为非线性负荷;谐波网络中发电机为谐波阻抗,换流器为谐波电能源),基波潮流和谐波潮流流向也不相同。此外,基波网络的参数和谐波网络的参数也因频率的不同而有很大的差别。

为了表征谐波源产生谐波电流的特性,需要对谐波源进行建模。总的说来,配电网中的谐波源主要分成两种:一种是含有半导体非线性元件的各种电力电子设备,这种谐波源存在于电力系统中的各个电压等级,电压等级高的有直流输电的整流和逆变装置,电压等级低的如:电视机电源、电池充电器等,它们都是以一定的规律向电网注入谐波电流,其产生的谐波电流通过谐波源的电路结构及参数或控制方式等进行计算;另一种则是含有电弧之类的非线性设备的谐波源,具有代表性的就是电弧炉,当这种设备在稳定的工作状态下,产生的谐波电流可以由供电电压的波形和负荷的伏安特性进行计算求得。

2、建立配电网无功补偿优化模型

目标函数:有功网损最小

等式约束:基波潮流方程、谐波潮流方程

控制变量约束: , 为节点i的电容器安装容量; 为节点i的电容器投入容量

状态变量约束:

为节点i的电压有效值, 、 为其上下限,THDi为节点i的电压谐波畸变率,THDmax为其上限。

3、掌握配电网潮流计算方法:

根据配电网前推回推潮流算法编写相关程序,并在IEEE33节点配电网系统测试。

4、掌握配电网谐波潮流计算方法:

在完成配电网基波潮流算法的基础上,运用同样的思想,提出基于前推回推方法的配电网谐波潮流算法,并在IEEE33节点配电网系统测试。

5、掌握PSO无功优化算法:

通过调节粒子运动的惯性权重ω、加速因子c1和c2平衡粒子的全局探索和局部寻优从而解决PSO算法易陷入局部最优解的问题。

课题拟用改进的PSO潮流算方法,算法流程图为:

粒子速度和位置更新

新粒子速度和位置更新

个体极值和群体极值更新

终止条件

输出优化结构

结束

参数设置

粒子速度和位置初始化

粒子适应度值计算

寻找个体极值和群体极值


6、研究MATLAB建模软件,建立考虑谐波因素的配电网无功优化模型并进行仿真计算。

5. 工作计划

13周:文献调研,准备开题报告;

45周:研究配电网谐波潮流计算方法;

67周:研究配电网无功补优化偿配置模型;

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