一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法
【专利摘要】本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，所述方法包括如下步骤：(1)确定协调配置目标；(2)确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置；(3)制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案；(4)调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围；(5)提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案。本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置问题。
【专利说明】
一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统规划领域，具体涉及一种旋转潮流控制器与特高压串补协调 配置方法。
【背景技术】
[0002] 20世纪90年代，美国GE公司提出一种基于传统变压器和旋转型移相变压器 (rotary phase shifting transformer，简称RPST)的柔性交流输电装置，即旋转潮流控制 器（rotary power flow controller，简称RPFOdOOO年，GE公司在日本中部电网的500kV 苏南变电所投运了一套RPFC，用于平衡多条回路之间的潮流。RPFC的核心部件为RPST，使得 它在调节速度方面不足统一潮流控制器(UPFC)，但RPFC具备控制简单、耐受冲击能力强、损 耗小且造价低的特点，具有广阔的推广价值和应用空间。
[0003] 串联补偿技术的应用始于1928年(33kV)，是一项十分成熟的技术，在电力系统应 用已有80多年的历史。目前高压串补装置在全世界已广泛应用，电压等级从220kV发展到 1000kV(我国特高压扩建工程）。由于我国能源基地大多远离负荷中心，为充分提升交流通 道输送效率，通常采用在长距离输电通道上加装串补。串补通过缩短线路等效电气距离的 方式，提升交流通道输电能力效果明显，但在控制灵活性方面存在不足。
[0004] -方面，从平衡多回线路潮流分布、提升输电能力角度，RPFC和串补可以共同发挥 作用；另一方面，从控制灵活性考虑，RPFC可以弥补串补的不足。作为调控潮流的两类关键 设备，如何对两者进行协调配置是核心问题。现有技术仅能单独实现RPFC装置的功能，目前 还没有一项技术能够对RPFC和串补进行协调配置。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协 调配置方法。本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置 问题。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] -种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] (1)确定协调配置目标；
[0009 ] (2)确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置；
[0010] (3)制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案；
[0011] (4)调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围；
[0012] (5)提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案。
[0013] 优选的，所述步骤(1)中，所述确定协调配置目标是将旋转潮流控制器和特高压串 补协同配合形成目标函数。
[0014] 优选的，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补设在同一线路上，需 要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以实现两者所在线路最大输电能力，选择旋转潮 流控制器上调所在线路有功潮流的功能。
[0015] 优选的，所述步骤（2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补分别装设于并列线 路，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以平衡并列线路潮流，增加特高压串补所 在线路潮流比例，选择旋转潮流控制器下调所在线路有功潮流的功能。
[0016] 优选的，所述步骤(3)包括如下步骤：
[0017] 步骤3-1、构建旋转潮流控制器参数和串补参数组合方案，所述旋转潮流控制器参 数包括设备参数和控制参数，所述设备参数包括串联变压器变比T se、并联变压器变比Tsh、 旋转型移相变压器变比Trpst，所述控制参数包括旋转型移相变压器的电压移相角^和以，所 述串补参数是串补度；
[0018] 步骤3-2、求取所述控制参数，未考虑串补作用，计算方法如下：
[0019] 设控制参数电压移相角为ajpa2，
[0020] 定义6 = ((11-€[2)/2,9 = (?丨+0!)/2，
[0021 ]则旋转潮流控制器的变比Trpfc为：
(])
[0023] 式中：Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及旋转潮流控制器的 变比，
[0024] 设接入旋转潮流控制器后线路电压的等效变比为TeqZ0，公式如下：
[0027]设接入旋转潮流控制器后线路输送有功功率和无功功率分别为Pl和Ql，公式如下： (2) (3)
(4) (5)
[0030] 式中：山，1]2为线路送端和受端母线电压幅值;0^02为线路送端和受端母线电压相 角;Xt为线路电抗；
[0031] 步骤3-3、筛选满足输电能力控制目标的组合方案，计及串补作用，考虑稳定性约 束，计算不同旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流，计算公式 如下：
[0032]设最大有功潮流为PLmax，则
[0033] PLmax - mill {PLmaxl，PLmax2，PLmax3，PLmax4：} ( 6 )
[0034] 式中:？1^1、?1^2、?1^3、?1^4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限；
[0035] 以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10%的裕 度，筛选旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案。
[0036] 优选的，所述步骤(4)中，通过在指定的旋转潮流控制器设备参数和串补参数下， 通过改变所述旋转潮流控制器的控制参数，计算线路有功功率和无功功率的实际变化范 围，进而得出旋转潮流控制器实现灵活性的控制范围。
[0037] 优选的，所述步骤(5)中，所述最佳配置方案是综合输电能力和灵活性控制要求的 筛选结果，选取满足二者要求最小的配置方案。
[0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039] 本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置问 题。以通道输电能力为控制目标，兼顾有功/无功功率控制的灵活性要求，提出RPFC设备参 数、控制参数与串补参数组合方案。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法流程图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0042] 如图1所示，本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，具体步 骤如下：
[0043] 步骤1、确定协调配置目标；
[0044] 确定协调配置目标，形成RPFC和串补协同配合的目标函数。多数情况下以通道输 电能力为目标函数，兼顾灵活性控制需求。
[0045] 步骤2、确定RPFC和串补安装位置；
[0046] 对于指定输电通道，RPFC与串补可以装设在同一线路，也可以分别装设于并列线 路。前者需要RPFC与串补协同作用以实现两者所在线路最大输电能力，选择RPFC上调所在 线路有功潮流的功能。后者需要RPFC与串补协同作用以平衡并列线路潮流，增加特高压串 补所在线路潮流比例，选择RPFC下调所在线路有功潮流的功能。
[0047]步骤3、实现输电能力控制目标；
[0048] 步骤3-1:构建RPFC参数和串补参数组合方案。所述的RPFC参数包括设备参数和控 制参数。RPFC设备参数包括串联变压器变比Tse、并联变压器变比Tsh、旋转型移相变压器 (RPST)变比Trpst等。RPFC控制参数包括RPST的电压移相角(^和^。所述的串补参数指串补 度。
[0049]步骤3-2:求取RPFC控制参数。未考虑串补作用，依据线路潮流与RPFC控制参数间 的计算公式(公式1~5)，为达到所需线路潮流控制目标，反过来推算相应的RPFC控制参数。 [0050] 设RPFC控制参数电压移相角为ajpa2，
[0051 ]定义S = (ai-a2)/2，炉=沐 + %)/ 2，
[0052]则 RPFC 的变比 Trpfc为，
(1)
[0054] 式中：Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及RPST变比。
[0055]设接入RPFC后线路电压的等效变比为TeqZ0，有 (2) (3)
[0058] 设接入RPFC后线路输送有功功率和无功功率分别为Pl和Ql，有
⑷ (5)
[0061] 式中：山，!^为线路送端和受端母线电压幅值;0^02为线路送端和受端母线电压相 角;Xt为线路电抗。
[0062] 步骤3-3:筛选满足输电能力控制目标的组合方案。计及串补作用，考虑稳定性约 束，计算不同RPFC设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流。
[0063] 设最大有功潮流为Pbmx，则
[0064] PLmax - mill {PLmaxl，PLmax2，PLmax3，PLmax4：} ( 6 )
[0065] 式中:？1^1、?1^2、?1^3、?1^4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限。
[0066] 以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10%的裕 度，筛选RPFC设备参数和串补参数组合方案。
[0067]步骤4、校验灵活性控制能力
[0068]对于满足输电能力控制目标的组合方案，在指定的RPFC设备参数和串补参数下， 改变RPFC控制参数^和^，计算线路有功功率和无功功率的实际变化范围，筛选符合有功及 无功变化范围要求的组合方案。
[0069] 步骤5提出RPFC和串补协调配置方案。
[0070]综合输电能力和灵活性控制要求的筛选结果，选取满足二者要求的最小配置方 案。
[0071]以"蒙西外送"特高压交流通道为例，应用本发明提供的RPFC与特高压串补协调配 置方法，依次实现确定协调配置目标、确定RPFC和串补安装位置、实现输电能力控制目标、 校验灵活性控制能力、提出RPFC和串补协调配置方案各个步骤。
[0072] 1)确定协调配置目标
[0073]以交流通道输电能力为主要目标函数，同时考虑有功功率变化{-15%，15%}，无 功功率变化{-20 %，20 % }的灵活性控制能力。
[0074] 2)确定RPFC和串补安装位置
[0075]从设备制造能力、站址预留等方面考虑工程实施可行性，选择RPFC与串补装设在 同一段特高压线路上，即晋北-北京西线路。
[0076] 3)实现输电能力控制目标
[0077] 构建RPFC参数和串补参数组合方案。RPFC控制参数电压移相角(^和^取值为-180° ~180°，RPFC设备参数和串补参数取值如表1所示。
[0078] 求取RPFC控制参数。未考虑串补作用，计算得到RPFC控制参数(^ = <12 = 0°
[0079]筛选RPFC设备参数和串补参数组合方案。考虑串补作用，计及稳定性约束，满足输 电能力控制目标的组合方案为表1中的方案3，5，6，7，8，9。
[0080]表1RPFC与串补参数组合方案及输电能力评分
[0082] 4)校验灵活性控制能力
[0083] 令RPFC控制参数ajPa2在-180°~180°范围内变化，计算线路有功功率和无功功率 的变化范围，方案6、方案8、方案9能够满足灵活性控制要求。
[0084] 5)提出RPFC和串补协调配置方案。选取满足输电能力和灵活性控制要求的最小配 置方案，方案6能够满足要求。
[0085] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，其特征在于，所述方法包括如下 步骤： (1) 确定协调配置目标； (2) 确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置； (3) 制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案； (4) 调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围； (5) 提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案。2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤（1)中，所述确定协调配置目标是将 旋转潮流控制器和特高压串补协同配合形成目标函数。3. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高 压串补设在同一线路上，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以实现两者所在线路 最大输电能力，选择旋转潮流控制器上调所在线路有功潮流的功能。4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高 压串补分别装设于并列线路，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以平衡并列线路 潮流，增加特高压串补所在线路潮流比例，选择旋转潮流控制器下调所在线路有功潮流的 功能。5. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下步骤： 步骤3-1、构建旋转潮流控制器参数和串补参数组合方案，所述旋转潮流控制器参数包 括设备参数和控制参数，所述设备参数包括串联变压器变比Tse、并联变压器变比Tsh、旋转 型移相变压器变比T rpst，所述控制参数包括旋转型移相变压器的电压移相角adPa2,所述串 补参数是串补度； 步骤3-2、求取所述控制参数，未考虑串补作用，计算方法如下： 设控制参数电压移相角为αι和α2， 定义δ= (αι_α2)/2淨=私 +?)/2， 则旋转潮流控制器的变比Trpfc为：(1) 式中:Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及旋转潮流控制器的变比，设接入旋转潮流控制器后线路电压的等效变比为TeqZ0，公式如下：设接入旋转潮流控制器后线路输送有功功率和无功功率分别为Pl和Ql，公式如下： m (3) (4) 式中：ΙΛ，U2为线路送端和受端母线电压幅值;θ:，θ2为线路送端和受端母线电压相角也 为线路电抗； 步骤3-3、筛选满足输电能力控制目标的组合方案，计及串补作用，考虑稳定性约束，计 算不同旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流，计算公式如下： 设最大有功潮流为PLmax，则式中:PLmaxl、PLmax2、PLmax3、PLmax4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限； 以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10%的裕度，筛 选旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案。6. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过在指定的旋转潮流控制 器设备参数和串补参数下，通过改变所述旋转潮流控制器的控制参数，计算线路有功功率 和无功功率的实际变化范围，进而得出旋转潮流控制器实现灵活性的控制范围。7. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述最佳配置方案是综合输 电能力和灵活性控制要求的筛选结果，选取满足二者要求最小的配置方案。
【文档编号】H02J3/00GK105958475SQ201610279804
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】赵珊珊, 秦晓辉, 贺海磊, 张玉红
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网湖北省电力公司