专利名称：一种电力系统无功平衡及其临界潮流快速分析方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种电力系统无功平衡及其临界潮流的快速 分析方法。
背景技术：
电力系统无功平衡对整个电力系统安全稳定运行起着至关重要的作用，电力系统 无功平衡与电力系统电压稳定有着密切的关系，电力系统无功平衡的分析方法是电力系统 无功补偿装置控制的基础，是做到无功和电压综合、达到优化控制目的的基础。电力系统无功平衡的条件为电力系统中的无功功率电源可能发出的无功功率应 该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功功率损耗之和，同时为了保证运行 可靠性和适应无功负荷的增长，系统必须配置一定的无功备用容量。系统无功功率的平衡 关系式为=Qre-QurG^ = Qkes，其中，Qre为无功功率电源，Qui为无功负荷，为电网无功损耗， Qkes为无功功率备用。当Qkes > 0时，表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；当Qkes =0时，表示系统中无功功率刚好平衡；当Qkes < 0时，表示系统中的无功功率不足，应考 虑加设无功补偿装置。无功补偿装置有静止无功补偿装置和动态无功补偿装置两类，前者 包括低压并联电容器、低压并联电抗器以及高压并联电抗器，后者包括同步补偿机(调相 机)、静止型无功动态补偿装置(SVS)以及可控高抗等。其中，可控高抗可用于解决限制过 电压和无功调相调压之间的矛盾。变电站容性无功缺额等于变电站的容性无功需求减去站内的容性无功补偿能力。 当容性无功缺额为正时，代表变电站内容性无功补偿能力不足，从而存在增加额外无功补 偿设备的需求；反之，当容性无功缺额为负时，代表变电站内容性无功补偿能力有盈余，从 而不存在增加额外无功补偿设备的需求。。目前常用的无功平衡分析方法一般只针对链状输电工程，以逐段线路为中心，由 潮流软件计算逐段线路及其两侧变电站主变的无功需求，然后检查两侧变电站主变低压侧 的低压电容(以下简称低容)是否可以提供这些无功需求。这种方法往往导致变电站中低 容的补偿容量被重复计及，因此易得出偏乐观的结论；而且这种方法在处理网状结构时显 得无能为力。
发明内容
为了克服现有方法的不足，本发明提出了一种新的以变电站为中心的电力系统无 功平衡快速分析方法，该方法深入分析并充分利用无功需求和有功传输之间的定量关系， 可仅基于有功电力流，非常适合于电网规划阶段。这种方法可应用到电网额外无功补偿设 备的需求和布点研究中，不仅可以对指定的规划方式进行快速定量分析，还可以给出变电 站临界潮流和变压器负载率之间的关系曲线及其变化趋势，从而增强了研究结论对不同负 载水平和运行方式的适应性。以特高压规划电网为例，阐明本发明的研究思路和发明内容，需要指出的是，本发明方法可以推广应用到其它电压等级的无功平衡及临界潮流分析中。根据2020年全国特高压网架规划方案，大多数特高压变电站都有两个进线通道， 两个出线通道，即“两进两出”型特高压变电站。因此，本发明主要以“两进两出”型特高压 变电站为中心建立无功平衡的模型，计算无功缺额，从而确定是否有对额外无功补偿设备 的需求。具体步骤如下所述1)无功平衡快速分析特高压变电站的容性无功需求主要有三部分构成，即进线线路的容性无功需求， 出线线路的容性无功需求以及变压器的容性无功需求。对每一条进线或出线而言，根据直流潮流方法的假设，在工程上其无功需求近似 为
_3] Qdeffland.! = P2X+Qsh-Qc(1)式中，Qdemanil为此条线路的容性无功需求，P为流经此条线路的有功潮流，X为此 条线路的电抗，Qsh为此条线路两侧并联高抗在额定电压下所消耗的容性无功之和，A为此 条线路沿线电容在额定电压下所产生的容性无功。需要指出，式中各变量均为标么值，文中 以下各变量也均为标么值，不再赘述。对变电站的主变而言，根据直流潮流方法的假设，在工程上其无功需求近似为
demand.t=P2 Xload (2)式中，Qtaanit为变压器的容性无功需求，Pload为主变负载，Xt为主变高中侧等值电 抗。设线路容性无功需求的一半由本侧变电站来提供，另一半由对侧变电站提供(对 侧为开关站则全线无功需求全部由本侧变电站提供)，且特高压变电站的容性无功补偿主 要由变电站低压侧的无功补偿设备提供，则可以得到特高压变电站的容性无功平衡方程式 如下Qdemand. χ/2+Q^., = Qlc(3)Qlc为变电站的最大低压无功补偿容量。式(3)的左边代表此变电站的无功需求，而右边代表此变电站的无功补偿能力， 左边减去右边则代表代表此变电站的容性无功缺额。当容性无功缺额的值为负数时，说明 此站存在容性无功盈余。无功平衡实质上是计算本站的容性无功缺额，如果式(3)的左边小于或等于右 边，即容性无功缺额为负或0，则说明本站的无功补偿满足要求，否则就说明本站的无功补 偿不满足要求，从而需要增加额外的无功补偿设备。至此，无功平衡快速分析结束，以下的步骤为求取临界潮流2)把m进η出型特高压变电站等效成一进一出型特高压变电站。
图1为2020年规划电网中最常见的两进两出型特高压变电站(即有两个进线通 道(不包括就近直接接入变电站特高压层面的大电源接入线)，两个出线通道的特高压变 电站)示意图
对于两进两出型、一进两出型、两进一出型、m(m> 2)进n(n > 2)出型变电站都 需要经过必要的数学变换，步骤如下①、把所有进线通道的潮流求和，得到进线潮流Pin标么值，把所有出线通道的潮 流求和，得到出线潮流P。ut标幺值。②、所有进线通道的两侧高抗和线路电容也分别求和，并折算得到在额定电压下 所有进线通道两侧并联高抗所消耗的容性无功之和Qsh. in标么值，和所有进线通道的线路电 容所产生的容性无功之和0^ 标么值，同理可得到在额定电压下所有出线通道两侧并联高 抗所消耗的容性无功之和Qsh.。ut标么值，和所有出线通道的线路电容所产生的容性无功之 和Q。.。ut标么值，这些量和潮流水平无关。③、难度最大是的对不同长度的进线通道进行合并，得到进线通道的等效电抗)(in 标幺值，使得Pin在Xin上所产生的容性无功损耗可以综合反映一定的Pin在不同进线通道之 间分配时的通道无功损耗总水平。经过推导(详见后面论述)，对于最常见的两进两出型变 电站，当两个进线通道电抗分别为Xa，\时，有Xin= (Xa+Xb)/3。同理可以求得出线通道的 等效电抗X-标幺值。至此，可以得到等效的一进一出型特高压变电站，以减少待求解变量个数，便于写 无功平衡方程，求解临界潮流。等效一进一出型特高压变电站示意图如图2所示特高压变电站的有功潮流平衡如图3所示上图中，PlMd为变电站主变潮流(标么值，下注为正)，Pin_t为就近直接接入特高 压层面的电源注入潮流标么值，如没有电源直接接入，则为0。3)对一进一出型特高压变电站列写有功平衡方程式和无功平衡方程式，求解临界 进线潮流和临界出线潮流。至此，可以得到一进一出型特高压变电站的有功潮流平衡方程式如下Pin+PinJect = Pload+Pout⑷设线路容性无功需求的一半由本侧变电站来提供，另一半由对侧变电站提供(对 侧为开关站则全线无功需求全部由本侧变电站提供)，则可以得到特高压变电站的容性无 功平衡方程式如下
权利要求
1.一种电力系统无功平衡及其临界潮流快速分析方法，其特征在于深入分析并充分 利用无功需求和有功传输之间的定量关系，进行无功平衡快速分析，然后把m进η出型变电 站等效成一进一出型变电站，其中，m，η为自然数，再对一进一出型变电站列写有功平衡方 程式和无功平衡方程式，求解临界进线潮流和临界出线潮流。
2.如权利要求1所述的电力系统无功平衡及其临界潮流快速分析方法，其特征在于， 包括如下步骤1)无功平衡快速分析变电站的容性无功需求包括进线线路的容性无功需求，出线线路的容性无功需求以及 变压器的容性无功需求；对每一条进线或出线而言，根据直流潮流方法的假设，在工程上其无功需求近似为Qdemand. 1 = P2X+Qsh-Qc(1)式中，Qdemand.!为此条线路的容性无功需求，P为流经此条线路的有功潮流，X为此条线 路的电抗，Qsh为此条线路两侧并联高抗在额定电压下所消耗的容性无功之和，仏为此条线 路沿线电容在额定电压下所产生的容性无功，式中各变量均为标么值，以下各变量也均为 标幺值；对变电站的主变而言，根据直流潮流方法的假设，在工程上其无功需求近似为 Q demand.t =P2loadXt(2)式中，Qdeffland.t为变压器的容性无功需求，Pload为主变负载，Xt为主变高中侧等值电抗；设线路容性无功需求的一半由本侧变电站来提供，另一半由对侧变电站提供，若对侧 为开关站，则全线无功需求全部由本侧变电站提供，且变电站的容性无功补偿主要由变电 站低压侧的无功补偿设备提供，则得到变电站的容性无功平衡方程式如下Qdemand. l/2+Qdemand. t = Qlc(3)Qlc为变电站的最大低压无功补偿容量；式(3)的左边代表此变电站的无功需求，而右边代表此变电站的无功补偿能力，左边 减去右边则代表代表此变电站的容性无功缺额，当容性无功缺额的值为负数时，表明此站 存在容性无功盈余；无功平衡实质上是计算本站的容性无功缺额，如果式(3)的左边小于或等于右边，即 容性无功缺额为负或0，则表明本站的无功补偿满足要求，否则就表明本站的无功补偿不满 足要求，从而需要增加额外的无功补偿设备；至此，无功平衡快速分析结束，以下的步骤为求取临界潮流2)把m进η出型变电站等效成一进一出型变电站；对于两进两出型、一进两出型、两进一出型、m进η出型变电站都需要经过必要的数学 变换，其中m> 2，η > 2，步骤如下①、把所有进线通道的潮流求和，得到进线潮流Pin标么值，把所有出线通道的潮流求 和，得到出线潮流P-标幺值；②、所有进线通道的两侧高抗和线路电容也分别求和，并折算得到在额定电压下所有 进线通道两侧并联高抗所消耗的容性无功之和Qsh. in标么值，和所有进线通道的线路电容所 产生的容性无功之和0^ 标么值，同理得到在额定电压下所有出线通道两侧并联高抗所消耗的容性无功之和Qsh.。ut标么值，和所有出线通道的线路电容所产生的容性无功之和Q。.。ut 标幺值，这些量和潮流水平无关；③、对不同长度的进线通道进行合并，得到进线通道的等效电抗)(in标么值，使得Pin在 Xin上所产生的容性无功损耗可以综合反映一定的Pin在不同进线通道之间分配时的通道无 功损耗总水平；对于最常见的两进两出型变电站，当两个进线通道电抗分别为Xa，\时，有 Xin = (Xa+Xb) /3 ；同理可以求得出线通道的等效电抗Xout标幺值；至此，得到等效的一进一出型变电站，以减少待求解变量个数，便于列写无功平衡方 程，求解临界潮流；设PlMd为变电站主变潮流标么值，Pinject为就近直接接入特高压层面的电源注入潮流 标幺值，如没有电源直接接入，则为0 ；3)对一进一出型变电站列写有功平衡方程式和无功平衡方程式，求解临界进线潮流和 临界出线潮流；至此，得到一进一出型特高压变电站的有功潮流平衡方程式如下Pin+Pinject Pload+Pout(4)设线路容性无功需求的一半由本侧变电站提供，另一半由对侧变电站提供，若对侧为 开关站则全线无功需求全部由本侧变电站提供，则可以得到特高压变电站的容性无功平衡 方程式如下(Qdemand. in+Qdemand. out) /2+Qdemand. t 一 Qlc(5)式中，Qd_d.in为所有进线通道的容性无功需求之和，(^mand._为所有出线通道的容性 无功需求之和，Qdemanit为变压器的容性无功需求，Qlc为变电站的最大低压无功补偿容量；根据直流潮流方法的假设，在工程上近似有
3.如权利要求2所述的电力系统无功平衡及其临界潮流快速分析方法，其特征在于， 在所述步骤( 之③中进线通道的等效电抗XinW求取办法的具体步骤如下，出线通道的等 效电抗X-同理求取1)两个通道的等效电抗设进线由两个通道a，b组成，设其电抗分别为Xa，Xb,通过的潮流分别为Pa，Pb,且Pa+Pb =ρτ，即进线潮流为Pt，则进线通道电抗的总无功损耗为
全文摘要
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种电力系统无功平衡及其临界潮流快速分析方法。首先充分利用无功需求和有功传输之间的定量关系，根据无功分层分区平衡的原则，进行无功平衡快速分析。然后开始求取无功平衡的临界潮流，其中首先把m进n出型变电站等效成一进一出型变电站，再对一进一出型变电站列写有功平衡方程式和无功平衡方程式，求解临界进线潮流和临界出线潮流。改变主变负载或高压层面注入潮流，求解临界潮流系列，得到临界潮流随主变负载(或高压层面注入潮流)变化的曲线，增强研究结论的适用性。
文档编号H02J3/18GK102074964SQ20111002805
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者周勤勇, 王丽敏, 申洪, 秦晓辉, 郭强 申请人:中国电力科学研究院