一种特高压接入后的电网电压越限调整方法与流程

文档序号:11137542阅读:1659来源:国知局
一种特高压接入后的电网电压越限调整方法与制造工艺
本发明涉及电力系统控制
技术领域
,尤其涉及一种特高压接入后的电网电压越限调整方法。
背景技术
:在我国,特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示,一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量,相当于现有500千伏直流电网的5到6倍,而且送电距离也是后者的2到3倍,因此效率大大提高。此外,据国家电网公司测算,输送同样功率的电量,如果采用特高压线路输电可以比采用500千伏高压线路节省60%的土地资源。特高压有输电效率高,损耗低,走廊占地少等优点。特高压的接入能有效支撑受端电网的电力供应,也改变了电网的网架结构,对电网的安全稳定有很大的影响。考虑到电网由于外受电力较多,受端电压稳定问题逐渐明显,可能会出现电压越限问题。电压偏高或偏低都会对电网的安全稳定造成严重的危害,因此对越限的电压节点要采取合理的调整方案。电压调整的措施有改变发电机端电压、调整变压器变比、补偿设备等。目前,最优化方法是解决电压越限问题的主要解决方法。这种方法一方面能够满足不等式约束,使系统运行在一个安全可靠的范围内,另一方面通过对目标函数的最优求解,使得该运行点同样运行在系统最经济的运行状态。但是,该方法也存在着下述缺陷:当出现电压越限问题时,最重要的是以最快的速度提高系统的安全性而不是保证系统具有最少的运行费用。现有技术没有对特高压接入后的电网的电压越限问题做出分析,提供调压方案。技术实现要素:本发明要解决的技术问题是研究特高压接入后电网的安全稳定性,并提出电压越限问题的调整方案。为了解决这一种特高压接入后的电网电压越限调整方法,包括如下步骤:S100:运用PSD-BPA软件,建立1000kV交流特高压线路接入后的电网仿真模型,如图2所示;S200:静态安全分析得到:正常状态时或N-1故障状态时,特高压接入后电网内的线路重载或过载情况;S300:暂态稳定分析得到:考虑最严重的故障,先在特高压1000kV交流线路上设置了三相短路故障,通过PSD-BPA稳定程序来分析特高压交流输电线路故障对稳定性的影响。再在特高压落点附近的两条500kV线路设置了三相短路故障,分析电网的暂态稳定性。S400:越限电压节点扫描,设定电压下限0.95,电压上限1.05;S500:计算越限电压节点的灵敏度矩阵:S600:比较灵敏度值,确定并进行无功补偿;;S700:无功补偿后,仍有部分负荷节点电压越限,调整有载调压变压器分接头变比进行调压;S800:再次进行越限电压节点扫描,若还存在电压越限的节点,则回到S500;若不存在,则调整结束。在所述步骤S100中,发电机模型采用带阻尼绕组的次暂态交轴电势Eq"、直轴电势Ed"变化模型,并考虑励磁、PSS和调速系统的作用。负荷模型采用60%恒功率,40%恒阻抗负荷模型。有功、无功频率因子为1.8、-2.0。在所述步骤S500中,具体是:A1:计算负荷节点电压的变化量ΔUD与负荷节点无功补偿ΔQD之间的灵敏度关系时,把ΔQD作为控制变量。当负荷节点增加无功补偿时,假定发电机无功功率输出不变,即ΔQG=0式(1)经化简得:ΔUD=RDDΔQD(2)RDD是ΔUD和ΔQD之间的灵敏度矩阵,它有阻抗的量纲,它是将-B"增广后的矩阵的逆中的负荷节点与无功补偿相关的部分子矩阵。推导可得:其中LDG和LGD为发电机节点与负荷节点之间的互导纳,LGG为发电机节点的自导纳,LDD为B″。A2:研究负荷节点电压的变化量ΔUD与发电机无功功率输出变化量ΔQG之间的灵敏度关系时,把ΔQG作为控制变量。当发电机无功功率输出变化时,假定负荷节点无功补偿(或称无功注入)为0,即ΔQD=0于是可将式(1)变形为:ΔUD=RDGΔQG(4)RDG表示ΔUD与ΔQG之间的灵敏度矩阵,其意义为将-B"矩阵增广后求逆,逆阵中的发电机节点和负荷节点相关的部分子矩阵。推导可得:A3:计算负荷节点电压的变化量ΔUD与变压器变比Δt之间的灵敏度关系时,调节可调变比变压器的分接头可以改变负荷节点的电压。假定变压器变比改变Δt,若此时发电机母线电压不变,负荷节点无功注入也不变,则负荷节点电压将发生变化。由灵敏度关系则有ΔUD=TDtΔt其中,TDt为ΔUD与Δt之间的灵敏度矩阵推导可得:其中,LDD为不包含PV节点的节点导纳矩阵的虚部。在所述步骤S600中,按照灵敏值从小到大的顺序,找出越限电压节点灵敏值最大值,选择最大值所对应的无功补偿量,对参与电压调节的节点进行无功补偿。本发明提出了一种特高压接入后的电网电压越限调整方法。该方法利用PSD-BPA软件建立了1000kV交流特高压线路接入后的电网仿真模型,分析了电网的安全稳定性并运用灵敏度法解决了电压越限问题。首先,对电网进行了潮流分析和500kV及以上线路的N-1静态安全分析。其次,通过设置特高压落点三相短路故障,结合稳定曲线分析工具,对电网进行了暂态稳定分析。然后,以电网的安全稳定分析的结果为基础,分析得出了220kV电网电压越限问题,结合灵敏度分析方法,提出了电压调整方案。最后,计算越限电压节点附近无功补偿的灵敏度值,确定无功补偿的大小,结合负荷节点无功补偿和变压器变比调整的方法进行电压调整。在PSD-BPA软件上进行了仿真,证明了该方案能有效地将越限电压调到合理范围之内。附图说明图1是本发明实例中一种特高压接入后的电网电压越限调整方法的流程图;图2为本发明实例中的仿真模型图。具体实施方式灵敏度分析法是灵敏度分析是一种经典的电力网络分析方法,它基于网络方程的线性化,其优点是简单且计算效率高,主要研究电力系统可控变量与状态变量之间的相互变化关系。通过灵敏度计算得到可控变量与被控节点电压之间的关系的方法可以应用于电压调整之中。本发明能将特高压接入后电网的安全稳定性与电压越限问题结合起来,运用灵敏度分析方法,结合几种调压措施,调整越限的电压节点。下面结合附图,对仿真实例做详细说明。本发明提供了一种特高压接入后的电网电压越限调整方法,包括如下步骤:S100:建立1000kV交流特高压线路接入后的电网仿真模型。建立电网仿真模型,可以由电力公司提供数据,通过PSD-BPA专业软件来实现。如图2所示,2016年规划淮南—南京—上海交流特高压线路接入上海,本发明以规划中的2016年上海夏季高峰运行参数为基准,特高压交流线路苏州至练塘段接入的上海电网为计算网络。发电机模型采用带阻尼绕组的次暂态交轴电势Eq"、直轴电势Ed"变化模型,并考虑励磁、PSS和调速系统的作用。负荷模型采用60%恒功率,40%恒阻抗负荷模型。有功、无功频率因子为1.8、-2.0。上海电网的主网架模型是由上海电网500kV电网和220kV骨干电网模型构成的。建立上海500kV电网模型,包括徐行—杨行—外二厂—顾路—远东—亭卫—南桥—新余—泗泾—黄渡—徐行的500kV双环网,和顾路—远东/杨高—三林以及泗泾—新余—练塘/南桥—亭卫的500kV南半环。顾路站一回线出串运行。同时通过黄渡—苏州双线、徐行—太仓双线、三林—汾湖双线共6回500kV线路分别与江苏、浙江电网相连。通过±500kV宜华直流、±500kV葛南直流、±800kV复奉特高压直流以及±500kV林枫直流与华中电网联络。建立上海220kV电网,是以500kV变电站和大型电厂为中心,形成了220kV杨行、徐行、黄渡、泗泾、南桥、杨高、顾路、远东、亭卫、静安、练塘等11大分区电网。正常情况下各分区电网之间解环运行,各自通过相关的220kV中心站、中间站、终端站向下一级配电网络和用户供电。淮南-南京-上海1000kV交流特高压接入上海电网,上海地区1000kV和500kV电网将采取合环运行方式,并与江苏部分220kV电网构成三级电磁环网。在处理好各个模型之后,将获得的线路参数、变压器参数、负荷功率参数、发电机出力参数等填入BPA分析软件中,进行潮流计算。使用BPA程序进行潮流计算的过程,主要就是对BPA的*.dat文件进行编辑的过程,即填充节点卡、线路卡、变压器卡以及基本控制语句的过程。S200:进行静态安全分析,获知正常状态或N-1故障状态时,特高压接入后电网内的线路重载或过载信息。本发明的一种实现方案是运用PSD-BPA软件进行N-1故障扫描,该专业软件经输入N-1故障扫描的程序后,可自动生成特高压接入后电网内的线路重载或过载信息。还是以图2为例,通过PSD-BPA专业软件进行静态安全分析命令后,系统自动获知以下信息:正常状态时,高压落点附近500kV线路及主变不存在重载或过载问题且500kV电网也不存在电压越限问题,但与练塘站相连220kV线路出现重载问题,线路负载出现了超过额定值70%重载情况。N-1故障状态时,电网500kV及1000kV线路发生一回线断线的情况下,另一回线不会出现过载情况。S300:进行暂态稳定处理,得到电网的暂态稳定信息。步骤S200获知的正常状态或N-1故障状态时,特高压接入后电网内的线路重载或过载信息。先从最严重的故障开始的线路上设置故障暂态稳定评测。利用PSD-BPA专业软件在该线路上选择三相短路故障检测,其软件系统就能分析出具体的稳定信息。然后再对其它的重载或过载的线路上分别利用PSD-BPA专业软件在该线路上选择三相短路故障检测,具体给出其检测结果。比如,还是以图2为实施例,考虑最严重的故障,先在特高压1000kV交流线路国苏特-国练塘上设置了三相短路故障,通过PSD-BPA稳定程序来分析特高压交流输电线路故障对稳定性的影响。再在特高压落点附近的两条500kV线路国苏特-沪黄渡和沪泗泾-沪练塘设置了三相短路故障,分析电网的暂态稳定性。结果如表1所示。表1暂态稳定分析结果故障线路故障端故障回路数暂态功角稳定性暂态电压稳定性国苏特-国练塘练塘1稳定稳定国苏特-国练塘练塘2稳定稳定国苏特-沪黄渡黄渡1稳定稳定国苏特-沪黄渡黄渡2稳定稳定沪泗泾-沪练塘泗泾1稳定稳定沪泗泾-沪练塘泗泾2稳定稳定S400:根据预先设定的电压上下限进行越限电压节点扫描,比如,设定电压下限0.95,电压上限1.05,其可以扫描出满足条件的越限电压节点,越限电压节点可以是一个,也可以是多个,也可以是没有。S500:计算越限电压节点的灵敏度矩阵。在所述步骤S500中,具体是:A1:计算负荷节点电压的变化量ΔUD与负荷节点无功补偿ΔQD之间的灵敏度关系时,把ΔQD作为控制变量。当负荷节点增加无功补偿时,假定发电机无功功率输出不变,即ΔQG=0式(1)经化简得:ΔUD=RDDΔQD(2)RDD是ΔUD和ΔQD之间的灵敏度矩阵,它有阻抗的量纲,它是将-B"增广后的矩阵的逆中的负荷节点与无功补偿相关的部分子矩阵。推导可得:其中LDG和LGD为发电机节点与负荷节点之间的互导纳,LGG为发电机节点的自导纳,LDD为B″。A2:研究负荷节点电压的变化量ΔUD与发电机无功功率输出变化量ΔQG之间的灵敏度关系时,把ΔQG作为控制变量。当发电机无功功率输出变化时,假定负荷节点无功补偿(或称无功注入)为0,即ΔQD=0于是可将式(1)变形为:ΔUD=RDGΔQG(4)RDG表示ΔUD与ΔQG之间的灵敏度矩阵,其意义为将-B"矩阵增广后求逆,逆阵中的发电机节点和负荷节点相关的部分子矩阵。推导可得:A3:计算负荷节点电压的变化量ΔUD与变压器变比Δt之间的灵敏度关系时,调节可调变比变压器的分接头可以改变负荷节点的电压。假定变压器变比改变Δt,若此时发电机母线电压不变,负荷节点无功注入也不变,则负荷节点电压将发生变化。由灵敏度关系则有ΔUD=TDtΔt其中,TDt为ΔUD与Δt之间的灵敏度矩阵推导可得:其中,LDD为不包含PV节点的节点导纳矩阵的虚部。还是以图2为例,按照上述的步骤,计算的结果如表2所示;表2灵敏度计算结果S600:选择调压措施的几个原则:首先采用发电机调压。在无功充足的情况下,优先采用改变变压器分接头调压。在无功不足的情况下,需要采用补偿设备。本发明对电网进行灵敏度分析,得出结论:无功扰动对电压变化影响大,要先补偿无功进行调压,然后采用改变变压器分接头调压。因此,比较各个电压越限节点的灵敏度值,确定并进行无功补偿。灵敏度指标虽然可以确定无功补偿的位置,但却无法确定无功补偿安装点的数量以及补偿量的大小。灵敏度指标只是一个状态指标,它仅能反映系统某一点的运行状态。因而,不能仅仅用灵敏度指标来确定无功补偿的位置,还需考虑系统的动态特性和非线性,并与实际工程相结合,从而确定无功补偿的位置以及大小。步骤S600的一种实现方案可以为:按照灵敏值从小到大的顺序,找出该越限电压节点灵敏值最大值,选择最大值所对应的无功补偿量,对参与电压调节的节点进行无功补偿,投切并联电容器等无功补偿装置。并联电容器可以根据需要连接成组,可以分组集中使用,可以分散安装,就地提供无功,从而减少线路功率损耗和电压损耗;电容器还可以做到随电压波动分组投切,再加上电容器运行损耗小,投资费用低,因此,电容器仍是目前电网中应用最普遍的无功补偿设备。然而,在低负荷时,应当切除节点上的部分乃至全部电容器。S700:无功补偿后,如果仍有部分负荷节点电压越限,调整负荷节点所在母线对应的主变压器分接头变比进行调压,选择能使该负荷节点电压回到限值之内的分解头档位。比如还是以图2为例的一种实施方式为:结果如表3所示;表3有载变压器调整结果S800:再次进行越限电压节点扫描,若还存在电压越限的节点,则回到S500;若不存在,则调整结束。从原理上分析为什么运用灵敏度分析方法,结合调压措施,调整越限的电压节点。灵敏度是利用系统中某些物理量的微分关系,来获得变量间敏感程度的方法。根据灵敏度指标采取相应措施能够改善系统安全性,提高系统的稳定性与经济性。而且该方法无需迭代,不存在收敛性的问题,操作实施比较方便。因此灵敏度分析方法在电力系统中具有重要的研究价值,并在电力系统诸多领域中得到了广泛的应用。灵敏度指标在电压稳定研究里得到了较为广泛的应用。可以用灵敏度指标来判断系统的电压稳定性;判断薄弱节点;确定无功补偿位置,从而为安装无功补偿装置提供依据。确定电压越限的方法即利用灵敏度指标的大小来判定薄弱母线。此种方法首先确定某种灵敏度指标作为衡量标准,并计算各个负荷节点对应的灵敏度值,然后按照其绝对值的大小进行排序,最大值所对应的母线就是薄弱母线。然后针对电压越限节点进行无功补偿调整电压,因为无功补偿对提高系统电网安全、稳定运行有着重要的作用。无功补偿装置安放地点和补偿量为多少最佳,也就是既要经济又要最大限度地提高系统的电压稳定性,这方面的研究对于电力系统有着重要意义。在所有负荷节点处安装无功补偿装置虽然可以大幅度的提高安全性,但显然是既不经济,也没有必要的。因而,一些学者提出了应用灵敏度指标来确定无功补偿装置的安放地点。实际上,这种思想与用灵敏度指标判断薄弱区域与薄弱母线的思想异曲同工。那些薄弱环节往往就是安装无功补偿装置的首选地点。灵敏度指标虽然可以确定无功补偿的位置,但却无法确定无功补偿安装点的数量以及补偿量的大小。灵敏度指标只是一个状态指标,它仅能反映系统某一点的运行状态。因而,不能仅仅用灵敏度指标来确定无功补偿的位置,还需考虑系统的动态特性和非线性,并与实际工程相结合,从而确定无功补偿的位置以及大小。本发明仿真案例只是用于帮助阐述本发明。仿真案例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属
技术领域
技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。当前第1页1 2 3 
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