一种特高压交流变电站无功电压优化控制方法和系统与流程

本发明属于电力系统及其自动化
技术领域：
，更准确地说，本发明涉及一种特高压交流变电站无功电压优化控制方法。
背景技术：
：特高压交流输电作为大容量远距离输电的重要桥梁，其稳定可靠运行至关重要。特高压交流的关键技术包括电压控制、绝缘配合、电磁环境研究、特高压设备制造等。无功电压控制是保障电网安全、可靠、经济运行的重要手段，在特高压交流电网中显得尤其重要：一方面，特高压交流电网因为远距离输送大功率，有功损耗很大，合理的无功电压控制可以大大减少有功损耗，为特高压交流电网的运行带来巨大的经济效益；另一方面，特高压交流电网的安全稳定运行十分重要，如果缺乏有效的无功电压控制方法，很可能使设备受到破坏，甚至会引发电压失稳现象，从而导致大范围停电事故。特高压交流线路具有容量大、距离远、充电功率大等特性，负荷波动大带来的电压波动和稳定性问题突出，其无功电压控制需要根据这些特性进行研究。技术实现要素：本发明目的是：为了解决特高压交流变电站无功电压控制的问题，保证特高压电网安全稳定经济运行，提升特高压主变等设备利用率，降低线路有功损耗，避免在无功电压控制过程中出现超调现象，提出一种特高压变电站无功电压优化控制方法。具体地说，本发明是采用以下技术方案实现。一种特高压交流变电站无功电压优化控制方法，包括以下步骤：步骤一：提取各特高压变电站的电气量，根据提取的各电气量计算特高压变电站1000kv侧向500kv侧发出无功交换量q发出和特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功交换量q吸收；步骤二：依次判断全网所有特高压变电站的电压是否在电压限值范围内，如果存在电压越限情况，通过投入或退出越限电压最大的变电站的低压电容器或低压电抗器或通过调节与本站相连500kv变电站或电厂的无功电压对本站电压加以控制，直至所有特高压变电站电压在电压限值范围内；步骤三：如果特高压变电站电压均在电压限值范围内，则根据各特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量是否超过一组低压电容器或一组低压电抗器的容量为依据，对各特高压变电站进行无功电压调节，在调节过程中同步调节各站电压，保证各特高压变电站电压均在电压限值范围内。进一步地，本方法还包括首先将特高压变电站的电压控制在电压限值范围内并且将各变电站1000kv侧与500kv侧的无功交换量控制在一组低压电容器或一组低压电抗器的容量范围内。进一步地，所述步骤二的具体方法为：依次判断各变电站电压是否在电压限值范围内，如果存在电压超出电压限值的变电站，筛选出越限电压绝对值最大的变电站a站，判断a站内是否有可用低压电容器或低压电抗器，如果a站内无可用低压电容器或低压电抗器，则根据a站500kv侧所连的500kv变电站电气距离远近顺序，先投退电气距离近的500kv站可用低压电容器或低压电抗器或调节电厂无功出力，再投退电气距离远的500kv站可用低压电容器或低压电抗器或调节电厂无功出力；如果a站有可用低压电容器或低压电抗器，则投退一组低压电容器或低压电抗器；直至将该特高压变电站电压va控制在电压限值范围内。进一步地，步骤三的具体方法为：如果所有变电站电压均在电压限值范围内，则逐个变电站判断1000kv侧向500kv侧发出无功交换量q发出是否大于一组低压电容器容量qc或特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功交换量q吸收是否大于一组低压电抗器容量ql，如果存在特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量超过一组低压电容器或低压电抗器的容量，步骤继续进行，否则退出；确定所有q发出>qc或q吸收>ql的变电站，将这些变电站的无功交换量绝对值从大到小进行排序，并依次从第一个变电站开始判断其是否符合预设条件，出现不符合预设条件的变电站则根据特该变电站1000kv侧与500kv侧的无功交换情况投入或退出其一组低压电容器或一组低压电抗器；如果所有q发出>qc或q吸收>ql的变电站都符合预设条件则退出。进一步地，所述预设条件为以下三个条件的任意一条：(1)变电站的电压大于电压上限阈值v上限阈值且该站1000kv侧从500kv侧吸收无功，电压上限阈值的表达式如下：v上限阈值＝v上限-1-max(δvl,δvc),其中δvl为投退一组低抗该特高压站母线线电压变化量，δvc投退一组低容该特高压站母线线电压变化量，同时考虑1kv的安全裕度；(2)变电站的电压小于电压下限阈值v下限阈值且该站1000kv侧向500kv侧发出无功，于电压下限阈值v下限阈值的表达式如下：v下限阈值＝v下限+1+max(δvl,δvc),其中δvl为投退一组低抗该特高压站母线线电压变化量，δvc为投退一组低容该特高压站母线线电压变化量，同时考虑1kv的安全裕度；(3)该特高压站无可用低压电容器和低压电抗器。在另一方面，本发明提供了一种特高压交流变电站无功电压优化控制系统，包括：电气量提取模块，用于提取各特高压变电站的电气量，所述电气量包括母线线电压、线电流、低压电容器的总组数mc、低压电抗器的总组数ml、低压电容器的已投入组数nc以及低压电抗器的已投入组数nl；无功交换量计算模块，用于根据提取的各电气量计算特高压变电站1000kv侧向500kv侧发出无功交换量q发出和特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功交换量q吸收；变电站电压调节模块，用于依次判断各变电站电压是否在电压限值范围内，如果存在电压超出电压限值的变电站，则选定电压越限最大的特高压变电站对其电压进行调节；直到所有变电站的电压恢复到电压限值范围内；无功交换量判断及执行模块，用于判断如果所有变电站电压均在电压限值范围内，则逐个变电站判断1000kv侧向500kv侧发出无功交换量q发出是否大于一组低压电容器容量qc以及特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功交换量q吸收是否大于一组低压电抗器容量ql，如果存在特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量超过一组低压电容器或低压电抗器的容量，步骤继续进行，否则退出；确定所有q发出>qc或q吸收>ql的变电站，将这些变电站的无功交换量绝对值从大到小进行排序，并依次从第一个变电站开始判断其是否符合预设条件，出现不符合预设条件的变电站则根据该特高压变电站1000kv侧与500kv侧的无功交换情况投入或退出其一组低压电容器或一组低压电抗器，跳转到第二步迭代执行；如果所有q发出>qc或q吸收>ql的变电站都符合预设条件则退出。本发明所取得有益技术效果：1、本发明从特高压电网全局无功电压控制出发，考虑到在实际特高压变电站无功电压控制过程中各变电站之间存在相互影响，因此在无功电压控制过程中，每次只针对电压越限最大的特高压变电站进行调节，以此避免在无功电压控制过程中出现超调现象；本发明以特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量作为特高压变电站无功电压控制的一项重要依据，以此将特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换控制在一组低容/低抗容量范围内或可接受的较小范围内，在保证电压在限值范围内，最大限度提高变压器等设备的利用率，降低特高压电网线路有功损耗，保证特高压电网的安全稳定经济运行。2、本发明将特高压变电站的电压控制在电压限值范围内并且将变电站1000kv侧与500kv侧的无功交换量控制在一组低压电容器或一组低压电抗器的容量范围内，达到提高特高压主变等设备的利用率及降低网损的目的。附图说明图1本发明具体实施例提供的一种特高压变电站无功电压优化控制方法工作流程图。具体实施方式下面参照附图结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1：本实施例提出了一种特高压交流变电站无功电压优化控制方法。首先判断全网所有特高压交流变电站(以下简称特高压变电站)的电压进行是否在电压上/下限范围内，所述电压上/下限范围采用调度机构发布的特高压变电站母线电压曲线上下限。如果存在电压越限情况，通过投入或退出本站低压电容器或低压电抗器(以下简称低容或低抗)或调节本站相连500kv变电站或电厂电压无功对本站电压加以控制，直至所有特高压变电站电压在上/下限范围内；如果特高压变电站电压均在上/下限范围内，则根据各特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量是否超过一组低容或低抗容量为依据，对各特高压变电站进行无功电压调节，在调节过程中同步调节各站电压，保证各特高压变电站电压均在上/下限范围内。通过上述过程的电压调整，在保证特高压变电站电压在上/下限范围的前提下，最大程度的减少了特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换，提高了主变等设备的利用率，保证了特高压电网的安全稳定经济运行。本实施例的实施过程如图1所示：以2019年冬季华北电网1000kv特高压网架为例，对上述方法的有效性进行验证，2019年华北电网共投运15座特高压变电站，表1为2019年华北电网冬季低谷方式华北电网特高压变电站初始无功电压情况，由表1可见初始方式下有9座特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换量超过一组低容/低抗容量，表2为华北电网特高压电网初始潮流和有功损耗情况，由表2可见华北电网全网特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换绝对值总量3626mvar，特高压线路有功损耗40.1mw。在实际运行中特高压变电站电压上/下限值为1080kv/1020kv，由表1、表2可见各站电压均在该范围内，同时根据各特高压变电站电压上/下限确定各站电压上下限阈值见表3。表1华北电网特高压变电站初始无功电压情况注：“-”表示特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功。表2华北电网特高压电网初始潮流和有功损耗情况线路有功(mw)线路损耗(mw)胜利-锡盟-19842.8锡盟-廊坊-17254.1廊坊-海河8070.5保定-海河10860.7北岳-保定22994鄂尔多斯-北岳12440.8海河-泉城24033.6泉城-昌乐-9370.8昌乐-高乡-120.1高乡-枣庄15960.7枣庄-菏泽-620菏泽-邢台-14311.7邢台-泉城17592.3洪善-邢台317212.5横山-洪善19174.3保定-邢台13821.2注：“-”表示有功功率从末端送向首段。表3华北电网特高压变电站电压上/下限值和阈值运用本发明所提供的特高压变电站无功电压控制方法对上述华北电网方式中特高压变电站无功电压进行调节，以无功电压控制过程中廊坊站为例进行简要说明，廊坊站电压上/下限为1080kv/1020kv，投退一组低抗电压变化5kv，投退一组低容电压变化4kv。因此廊坊站上/下限阈值为1074kv/1026kv。初始方式下，廊坊站1000kv侧向500kv侧发出无功632mvar，超过一组低容容量，廊坊站母线电压1056kv，在上/下限阈值范围内，由表1可知此时廊坊站有可用低容/低抗。退出一组低容，廊坊站1000kv侧向500kv侧发出无功462mvar，超过一组低压电容器容量，此时廊坊站电压1051kv，按照本发明所述步骤继续进行，最终全网无功电压调节完毕后，廊坊站共退出2组低容且投入1组低抗，此时廊坊站1000kv侧向500kv侧发出无功187mvar，小于一组低容/低抗容量，廊坊站电压1046kv，在电压上/下限范围内。有无可用低容/抵抗的判断方法为，如果该特高压变电站电压va小于电压限值下限v下限，且无可投低压电容器或可退低压电抗器，即为无可用低压电容器或低压电抗器；如果该特高压变电站电压va大于电压限值上限v上限，且无可退低压电容器或可投低压电抗器，即为无可用低压电容器或低压电抗器。全网无功电压调节结束后，特高压变电站无功电压控制结果如表4所示，由表4可见，除锡盟1000kv侧和500kv侧无功交换量超过一组低容/低抗容量外(由于锡盟站电压高于上限阈值，如退出一组电抗，锡盟站电压将超过上限)，其余特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换量均未超过一组低容/低抗容量，华北电网全网特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换绝对值总量1714mvar，无功交换量减少约53％。特高压变电站大部分电压均有一定提升，特高压线路有功损耗39.8mw，线路有功损耗较无功电压调节前略有减小。由此可见，经无功电压调节后，特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换大幅减少，主变等设备利用效率得到提升，特高压线路有功损耗略有减少，在一定程度上提高了特高压电网的经济性。本发明方法通过500kv变电站火电厂无功电压调节来辅助控制特高压变电站电压的过程。其中第一级出线站指500kv变电站或电厂通过线路直接与特高压变电站500kv侧相连接。由于第一级出线站离特高压站最近，相同的无功调节量下对特高压变电站电压辅助调节效果最好，第二级及以后的变电站由于离特高压变电站相对较远，且与特高压站的连线中间还有变电站，第二级变电站在相同的无功调节量下，对特高压变电站电压辅助调节效果与第一级相比较效果要差很多，因此在具体实施例中优选地，调节过程仅限第一级出线站。表4华北电网特高压变电站无功电压调节后情况注：“-”表示特高压变电站1000kv侧从500kv侧吸收无功。表5华北电网特高压电网无功电压调节后潮流和有功损耗情况线路有功(mw)线路损耗(mw)胜利-锡盟-19842.8锡盟-廊坊-17254.1廊坊-海河7920.7保定-海河10830.7北岳-保定23004鄂尔多斯-北岳12440.8海河-泉城24283.5泉城-昌乐-9130.7昌乐-高乡-5.60.1高乡-枣庄15860.7枣庄-菏泽-720菏泽-邢台-14471.7邢台-泉城17722.2洪善-邢台317212.4横山-洪善19174.3保定-邢台14001.1注：“-”表示有功功率从末端送向首段。在另一个实施例中，如果存在电压越限情况，通过投入或退出越限电压最大的变电站的低压电容器或退出其低压电抗器或通过调节与本站相连500kv变电站或电厂的无功电压对本站电压加以控制，直至所有特高压变电站电压在电压限值范围内；具体方法为：依次判断各变电站电压是否在电压限值范围内，如果存在电压超出电压限值的变电站，筛选出越限电压绝对值最大的变电站a站，判断a站内是否有可用低压电容器或低压电抗器，如果a站内无可用低压电容器或低压电抗器，则根据a站500kv侧所连的500kv变电站电气距离远近顺序，先投退电气距离近的500kv站可用低压电容器或低压电抗器或调节电厂无功出力，再投退电气距离远的500kv站可用低压电容器或低压电抗器或调节电厂无功出力；如果a站有可用低压电容器或低压电抗器，则投退一组低压电容器或低压电抗器；直至将该特高压变电站电压va控制在电压限值范围内。综上所述，目前特高压变电站无功电压控制均基于各变电站电压偏移上下限程度进行控制，且各特高压变电站无功电压控制均独立控制，未考虑特高压变电站1000kv侧和500kv侧无功交换情况、变压器等设备的利用率情况、以及特高压变电站无功电压调节过程中相互影响情况，本发明通过以特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量作为特高压变电站无功电压控制的一项重要依据，同时从特高压电网全局无功电压控制出发，针对电压越限变电站逐一进行无功电压调节，在保证各特高压变电站电压均运行在电压上下限值范围的前提下，使得特高压变电站1000kv侧和500kv侧的无功交换量最小，以此提高变压器等设备的利用率，降低特高压电网线路有功损耗，保证特高压电网的安全稳定经济运行。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。当前第1页12