电力系统无功优化软件的设计.pdf

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1、“依诺维特”杯机电工程及相关专业研究生学术论文集 地区电网无功优化软件的研究 年 明 张建成 于大海 汪翠英 张晓莉 年 明 女 1978 年生 华北电力大学硕士研究生 研究方向为电力电子在电力系统中的应用 张建成 清华大学博士后流动站 北京市 100084 电话 01062980978 E-mail 摘 要 随着电力系统的不断发展，传统的采用面向过程方法编写的软件已经不能满足越来越复杂的管理、监视、控制系统和日趋庞大的计算分析工作量。面向对象技术的出现不仅为电力系统计算分析软件的编写提供了新的方法，而且使软件具有界面友好、操作简单、更好地抽象现实物理电网、方便的功能扩充及代码重用性等优点。软

2、件采用的是无功补偿容量最优分布数值分析方法，是一种基于潮流计算的无功补偿容量最优分布数值计算方法，计算速度较快，收敛性较好。采用 Borland C+Builder 5 提供的面向对象编程语言和环境进行开发，使软件具有界面友好、操作简单、更好地抽象现实物理电网、方便的功能扩充及代码重用性等优点。关键词 无功补偿 面向对象 最优分布 数据库 中国图书分类法分类号 TM Study on the Software of Reactive Power Optimal Distributing of Region Power System Network Nian Ming Zhang Jianche

3、ng Yu Dahai Wang Cuiying Zhang Xiaoli Nian Ming female Born in 1978 master of North China Electric Power University Research in Application of Power Electronics in Power System Zhang Jiancheng Postdoctor Station Tsinghua University Beijing 100084 Tel 010-62980978 E-mail Abstract With the development

4、 of power system,traditional software programmed with procedure oriented method can not satisfy more and more complex management,monitoring and control system.The appearance of object oriented technique not only provides power system calculating and analysis software with a new method,but also make

5、it have friendly interface,operate simply,abstract real physical network better,extend function better and have code reuse.This software uses the method of Calculating the Optimal Distributing Reactive Supplying Power,which is a numerical analysis in the-1-“依诺维特”杯机电工程及相关专业研究生学术论文集 base of Newton-Rap

6、hson method of solving the load-flow problem.Reactive Power Optimization Analysis calculates faster and has more credible constringency.This software is based on Borland C+Builder 5.5 developing environment,which has many advantages such as better intercommunion interface,easier operation,better sim

7、ulating power system network,facility of add more function and reusage of code.Key words Reactive Power Compensation object-oriented Optimal Distributing database 1 引言 无功功率补偿是电力系统安全经济运行的重要技术措施之一，合理的无功补偿容量分布可以有效地改善系统的运行性能，如减小网损、提高电压质量、加强系统稳定性等。目前已有多种无功优化方法，如线性规划法、非线性规划法，混合整数规划法、牛顿法、灵敏度分析方法等。这些方法在收敛性、

8、全局最优解和计算规模等方面各有优缺点。本软件采用的是一种基于潮流计算的无功补偿容量最优分布数值计算方法，该方法利用成熟的潮流计算模块对每个补偿节点进行多次潮流计算，找出电网有功网损和各节点补偿功率之间近似的数学约束关系。由于该方法基于电力系统潮流计算，系统功率等约束条件自动得到满足，简化了求解过程。因此该方法计算速度较快，收敛性较好，特别适合对大电网进行无功补偿最优分布计算。2 面向对象技术的应用 面向对象技术以其独特的封装性、继承性和多态性为软件开发带来了一场变革，与以前的结构化技术相比，它具有高效率的软件开发、高可靠的软件运行、方便的调试、维护和扩充等优点。面向对象程序设计从所处理的数据入

9、手，以数据为中心来描述系统。它把编程问题视为一个数据集合，数据相对功能而言具有更强的稳定性。由于面向对象技术优越的性能，很快在科研的各个领域得到广泛的应用，电力系统也不例外。面向对象方法特别适合于电力系统这种有明显层次的物理系统。它的全面引入，将使电力系统软件工具的集成成为可能，并可大大缩短开发周期，延长软件寿命，提高代码的重用性和可维护性。面向对象的方法以它无与伦比的优越性，正在渐渐地取代面向过程的方法。本软件采用 Borland C+Builder 5 提供的面向对象编程语言和环境进行开发，以数据库为基础，建立了面向对象的图形编辑的人机界面，使软件的使用更为直观、便捷、易操作。3 无功补偿

10、容量最优分布数值算法简介 设电网在没有无功功率补偿设备时总的有功功率损耗为，当电网在 n 个负荷节点增设总量为 Q 的无功补偿功率时有功功率损耗为 P。无疑，有功功率损耗的变化量是由于无功补偿率 Q 而引起的。根据这种简单的因果关系，定义多元函数：0P0PPP=),.,(21nQQQfP=(1)式中 ,，各补偿节点的补偿容量。1Q2QnQ其最优分布的目标是使网损增量的绝对值达到最大，网损最小。即求取函数式(1)的极值问题。-2-“依诺维特”杯机电工程及相关专业研究生学术论文集 由于该算法是在多次进行电网潮流计算的前提下进行的，所以电网的有功和无功功率平衡方程式自动得到满足，等约束条件只有一个，

11、即补偿功率平衡方程式：nQQQQ+=.21 (2)由拉格朗日条件极值法得到如下关系：=0.2121nnQQQQQPQPQP 式中 补函数的定系数。由于iiiQPQPPQP=+=)(0 所以得到如下关系：=0.2121nnQQQQQPQPQP (3)式(3)称为电力系统负荷无功补偿容量最优分布等网损微增率准则。由于地区电网较大时大部分节电的电压变化不大，有功功率损耗和 j 节点无功补偿容量的关系近似为二次多项式：jQ22100jjjjQKQKPPPP+=+=，其中，接近常数 （4）1 jK2jK利用现成的牛顿拉夫逊潮流计算程序作为一个计算模块，分别计算出 j 补偿节点在补偿容量为、和时的网损、和

12、，可得 j 节点的补偿功率和电网网损之间的二次拉格朗日插值关系式 1 jQ2jQ3jQ1P2P3P323132123212311312132)()()()()()()(PQQQQQQQQPQQQQQQQQPQQQQQQQQQPjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj+=整理可得：2210)(jjjjjQKQKPQP+=相应的网损微增率为：2212)(jjjjjQKKQQP+=（5）由式（3）和（5）可得到数值方程组（6），利用列主元素消去法解方程组（6），即可求出各负荷节点的补偿功率。-3-“依诺维特”杯机电工程及相关专业研究生学术论文集 （6）=+=+=+=+0.22.222221

13、2112,11,133231222212222111211nnnnnnnQQQQQKKQKKQKKQKKQKKQKK计算过程中将数值方程求解结果作为中间插值节点循环进行计算，使每个补偿节点的最优分布容量尽量靠近中间插值节点，从而减小误差。4 软件的实现 应用面向对象的编程技术，电力系统中各类分析计算软件都可以实现在一个统一的电力系统分析计算基本类库中。与传统的分析软件相比，它具有更好的抽象现实物理电网、方便功能扩充，及更好的代码重用性等优点。C+语言中引入了一种新的集合类型链表。链表类能够支持指向基类派生类对象的指针列表，若所有可被集合在一起的对象的类都是从基类派生出来的，那么就可以将这些对象

14、的指针存进链表中，甚至还可以对不同的派生类对象的指针进行混合匹配。系统为每类元件均建立其相应的链表类，有多少种元件，就有多少个链表类。这是一种动态的数据结构。各链表类中的不同对象的数据在主存储器中的位置是允许不连续存放的。创建的每个元件对象都是其对应链表类中的一个结点，前一个对象中的指针存放后一个对象的地址，头尾依次串接起来构成链接参数。这样，添加或删除一个元件时，只需在相应的链表中追加或删去相应的结点并改变相邻结点的指针即可，对数据库的动态操作过程更便捷。地区电网无功优化软件在成熟潮流计算的基础上，通过建立与数据库的接口，将无功补偿优化计算模块与潮流计算程序相连接，来实现无功补偿容量最优分布

15、的数值计算。采用C+Builder编制的无功补偿容量最优计算程序流程简图如图 1所示。5 结论 本文运用 Borland C+Builder 提供的面向对象的编程语言和编程环境编写了电力系统的计算分析软件。面向对象的程序设计按照电力设备的真实属性抽象出电力系统分析计算的基本类库，使软件具有更好的抽象现实物理电网、方便的功能扩充及更好的代码重用性等优点。而电网的无功优化分析采用一种基于潮流计算的无功补偿容量最优分布数值计算方法，无功优化完成后可得出补偿节点以及相应的补偿容量，显示补偿后的系统电压水平。该软件界面友好、操作简单，易学易用，计算速度较快，具有较高的收敛性和稳定性。致谢 在论文的研究过

16、程中，向悉心指导我的导师张建成和给予我帮助的同学们表示衷心的感谢。参考文献 1.张建成，律方程，陈志业等电力系统无功补偿容量最优分布数值算法的研究电工技术学报，1999，14（6）：5254,38 2.朱时银，马承志，杨 飞等C+Builder 5 编程实例与技巧北京：机械工业出版社，2001.3.范文涛，薛禹胜面向对象技术在电力系统中的应用电力系统自动化，1998，22（12）：7276 4.刘 艳，韩肖清面向对象数据库及其在电力系统中的应用电力系统及其自动化学报，2001.13（1）：3537-4-“依诺维特”杯机电工程及相关专业研究生学术论文集 5.E.Z.Zhou,MIEEE EDSA Micro Corp,Object-oriented Programming.C+and Power System Simulation.IEEE Transactions on Power Systems,1996.1(11):206215 将数据从数据库中取出 进行初始状态潮流计算 (1)补偿容量调整(2)补偿节点选择(可由程序按电压从小到大的顺序自动选择，或由用户在屏幕接线图上自由选择)(3)插值节点位置的选择 补偿容量最优分布计算 结果是否满意?将结果返回数据库 结束 图 1-5-