一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法和系统与流程

1.本发明涉及配电网运维技术领域，尤其涉及一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法和系统。


背景技术：

2.电压偏移量是衡量电能质量的重要指标，在配网侧，各种用电设备按照额定电压进行设计和制造，过大的电压偏移会造成设备损伤甚至损坏，对用户造成影响。因此，精准调节变电站低压母线电压对于配网的运行具有重大意义。
3.现有技术通过附加功率晶体管等电力电子器件实现高效精准交流调压及稳压的目的，如中国专利cn110162129a公开的一种多级高效率线性精准交流调压及稳压装置，虽然实现了高效精准调压，但是对现有的电力变压器的设计结构改动较大，增加了系统运行损耗，且附加电力电子变换装置将会大幅提升配电设备造价。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法和系统，用于解决现有技术通过附加功率晶体管等电力电子器件实现高效精准交流调压及稳压的目的，存在对现有的电力变压器的设计结构改动较大，增加了系统运行损耗，且附加电力电子变换装置将会大幅提升配电设备造价的技术问题。
5.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法，包括以下步骤：
6.s1、采集调度自动化系统中调压前一时刻的主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据；
7.s2、根据主变铭牌上的设备参数计算主变的等值拓扑参数，主变的等值拓扑参数包括主变等值阻抗的电阻和电抗；
8.s3、根据主变的等值拓扑参数、主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据，以及变电站低压母线电压的理想值，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率；
9.s4、根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，判断换流站无功调节容量是否足够，若是，执行步骤s5，否则，执行步骤s6；
10.s5、闭锁变电站自动电压无功控制策略，调节换流站无功功率设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，以使得变电站低压母线电压调节至理想值；
11.s6、指示变电站自动电压无功控制策略动作，在变电站自动电压无功控制策略动作后，返回步骤s1，直至变电站低压母线电压调节至理想值。
12.可选地，步骤s2具体包括：
13.将主变等值为由阻抗和理想变压器组成的等值模型；
14.根据等值模型和主变铭牌上的设备参数，计算主变的等值拓扑参数，其中，计算主变的等值拓扑参数的公式为：
[0015][0016][0017]
其中，r
t
为主变等值阻抗的电阻，x
t
为主变等值阻抗的电抗，δps为主变铭牌上标示的短路损耗，us％为主变铭牌上标示的阻抗电压百分比，sn为主变铭牌上标示的额定容量，un为主变铭牌上标示的额定电压。
[0018]
可选地，步骤s3具体包括：
[0019]
获取变电站低压母线电压的理想值u2；
[0020]
根据由主变分接头位置确定的主变变比k，将变电站低压母线电压的理想值u2折算至高压侧的电压幅值，得到折算至变电站高压侧的电压幅值u'2＝ku2；
[0021]
根据采集到的主变高压侧电压幅值、折算至变电站高压侧的电压幅值u'2、主变的等值拓扑参数和低压母线有功负荷数据，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率q2，计算公式为：
[0022][0023][0024][0025]
其中，p2为低压母线有功负荷数据，u1为采集到的主变高压侧电压幅值。
[0026]
可选地，步骤s4具体包括：
[0027]
根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，计算|q
2-(q
网
+q
阀
)是否满足若是，则判断换流站无功调节容量足够，执行步骤s5，否则，执行步骤s6，其中，p
阀
为换流站换流器交流侧有功功率的设定值，q
阀
为换流站换流器交流侧无功功率的设定值，q
网
为交流变电站低压母线承担的除换流站以外的无功负荷，s
阀n
为换流器的额定容量。
[0028]
本技术第二方面提供了一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压系统，包括以下模块：
[0029]
数据采集模块，用于采集调度自动化系统中调压前一时刻的主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据；
[0030]
主变参数计算模块，用于根据主变铭牌上的设备参数计算主变的等值拓扑参数，主变的等值拓扑参数包括主变等值阻抗的电阻和电抗；
[0031]
无功传输功率计算模块，用于根据主变的等值拓扑参数、主变分接头位置、主变高
压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据，以及变电站低压母线电压的理想值，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率；
[0032]
无功容量判断模块，用于根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，判断换流站无功调节容量是否足够，若是，触发第一动作模块，否则，触发第二动作模块；
[0033]
第一动作模块，用于闭锁变电站自动电压无功控制策略，调节换流站无功功率设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，以使得变电站低压母线电压调节至理想值；
[0034]
第二动作模块，用于指示变电站自动电压无功控制策略动作，在变电站自动电压无功控制策略动作后，重新触发数据采集模块。
[0035]
可选地，主变参数计算模块具体用于：
[0036]
将主变等值为由阻抗和理想变压器组成的等值模型；
[0037]
根据等值模型和主变铭牌上的设备参数，计算主变的等值拓扑参数，其中，计算主变的等值拓扑参数的公式为：
[0038][0039][0040]
其中，r
t
为主变等值阻抗的电阻，x
t
为主变等值阻抗的电抗，δps为主变铭牌上标示的短路损耗，us％为主变铭牌上标示的阻抗电压百分比，sn为主变铭牌上标示的额定容量，un为主变铭牌上标示的额定电压。
[0041]
可选地，无功传输功率计算模块具体用于：
[0042]
获取变电站低压母线电压的理想值u2；
[0043]
根据由主变分接头位置确定的主变变比k，将变电站低压母线电压的理想值u2折算至高压侧的电压幅值，得到折算至变电站高压侧的电压幅值u'2＝ku2；
[0044]
根据采集到的主变高压侧电压幅值、折算至变电站高压侧的电压幅值u'2、主变的等值拓扑参数和低压母线有功负荷数据，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率q2，计算公式为：
[0045][0046][0047][0048]
其中，p2为低压母线有功负荷数据，u1为采集到的主变高压侧电压幅值。
[0049]
可选地，无功容量判断模块具体用于：
[0050]
根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，计算|q
2-(q
网
+q
阀
)|是否满
足若是，则判断换流站无功调节容量足够，执行步骤s5，否则，执行步骤s6，其中，p
阀
为换流站换流器交流侧有功功率的设定值，q
阀
为换流站换流器交流侧无功功率的设定值，q
网
为交流变电站低压母线承担的除换流站以外的无功负荷，s
阀n
为换流器的额定容量。
[0051]
从以上技术方案可以看出，本发明提供的柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法和系统具有以下优点：
[0052]
本发明提供的柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法和系统，量测主变分接头位置、主变高压侧电压幅值以及低压母线有功负荷实时数据，计算主变的等值拓扑参数，根据变电站低压母线电压的理想值计算对应的无功传输理想值，判断换流站无功调节容量是否足够，若换流站无功调节容量足够，则闭锁avc并调节换流器无功设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，若换流站无功调节容量不足则指示avc动作并待avc动作后重复前述步骤，直至低压母线电压调节至理想值，不需要对现有的电力变压器的设计结构进行改动，在不单独增加电力电子器件的情况下实现了柔性交直流混合配电网的连续调压，提升了设备利用率，降低了系统运行成本，解决了现有技术通过附加功率晶体管等电力电子器件实现高效精准交流调压及稳压的目的，存在对现有的电力变压器的设计结构改动较大，增加了系统运行损耗，且附加电力电子变换装置将会大幅提升配电设备造价的技术问题。
[0053]
同时，与现有avc策略相结合，提升了变电站低压母线的大范围连续精准调压能力，解决了因受制于电力电子器件通流能力，导致电力电子连续调压装置调节容量较低的问题，利用有限的换流器无功补偿容量实现了宽范围的经济调压，具有工程应用与推广价值。
附图说明
[0054]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0055]
图1为本发明提供的一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法的流程示意图；
[0056]
图2为本发明提供的典型变电站与换流站连接的柔性交直流混合配电网拓扑结构示意图；
[0057]
图3为本发明提供的变电站主变等值模型示意图；
[0058]
图4为本发明提供的一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压系统的结构示意图。
具体实施方式
[0059]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本
发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]
本发明提供的柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法，是基于如图2所示的典型变电站与换流站连接的柔性交直流混合配电网拓扑结构进行的，该典型拓扑包含交流主网、交流变电站主变、高压母线、低压母线以及换流站。其中，p
网
、q
网
分别代表交流变电站低压母线承担的除换流站以外的有功及无功负荷，p
阀
、q
阀
分别代表换流站换流器交流侧有功及无功功率的设定值，通过调节无功功率设定值q
阀
实现低压母线的电压连续调节。
[0061]
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法的实施例，包括：
[0062]
步骤101、采集调度自动化系统中调压前一时刻的主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据。
[0063]
从调度自动化系统中可直接获取到调压前一时刻的主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据。
[0064]
步骤102、根据主变铭牌上的设备参数计算主变的等值拓扑参数，主变的等值拓扑参数包括主变等值阻抗的电阻和电抗。
[0065]
变电站主变可以等值为如图3所示的由阻抗和理想变压器组成的等值模型，图3中，和分别为变电站主变所连接的高压母线与低压母线的电压向量，s1和s2分别为主变高压侧与低压侧传输的功率值，其正方向为高压侧指向低压侧，k：1为根据当前主变分接头位置计算得到的主变变比，r
t
+jx
t
为主变等值阻抗。
[0066]
根据等值模型和主变铭牌上的设备参数，计算主变的等值拓扑参数，其中，计算主变的等值拓扑参数的公式为：
[0067][0068][0069]
其中，r
t
为主变等值阻抗的电阻，x
t
为主变等值阻抗的电抗，δps为主变铭牌上标示的短路损耗，us％为主变铭牌上标示的阻抗电压百分比，sn为主变铭牌上标示的额定容量，un为主变铭牌上标示的额定电压。
[0070]
步骤103、根据主变的等值拓扑参数、主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据，以及变电站低压母线电压的理想值，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率。
[0071]
变电站低压母线电压理想值可由人工设定，即目标的调压值。假定由人工设定的变电站低压母线电压理想值为u2，根据当前的变压器变比k:1可知u2折算至高压侧的电压幅值u'2为：
[0072]
u'2＝ku2[0073]
根据电力传输的基本概念，可以精确计算出低压母线电压理想值u2对应的无功传输功率q2。具体的计算过程为：
[0074]
首先列写主变等值阻抗上的电压降纵分量δu'2与横分量δu'2的表达式：
[0075][0076]
其中，p2为低压母线有功负荷数据。
[0077]
采集到的主变高压侧电压幅值u1与折算至高压侧的电压幅值u'2之间的关系表示为：
[0078][0079]
因此，可得：
[0080][0081]
由上式中可看出，上式仅包含低压母线电压理想值u2对应的无功传输功率q2这个唯一的未知量，因而可以求出低压母线电压理想值u2对应的无功传输功率q2。
[0082]
步骤104、根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，判断换流站无功调节容量是否足够，若是，执行步骤105，否则，执行步骤106。
[0083]
步骤105、、闭锁变电站自动电压无功控制策略，调节换流站无功功率设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，以使得变电站低压母线电压调节至理想值。
[0084]
步骤106、指示变电站自动电压无功控制策略动作，在变电站自动电压无功控制策略动作后，返回步骤101，直至变电站低压母线电压调节至理想值。
[0085]
具体地，根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，计算下式是否满足：
[0086][0087]
其中，p
阀
为换流站换流器交流侧有功功率的设定值，q
阀
为换流站换流器交流侧无功功率的设定值，q
网
为交流变电站低压母线承担的除换流站以外的无功负荷，s
阀n
为换流器的额定容量。
[0088]
若满足上式，则判断换流站无功调节容量足够，否则，判断换流站无功调节容量不足。
[0089]
若换流站无功调节容量足够，则调节换流站无功功率设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率(q
网
+q
阀
)之差，即调节换流站无功功率设定值为|q
2-(q
网
+q
阀
)|，从而使得变电站低压母线电压达到理想值，结束本次调压。
[0090]
若换流站无功调节容量不足，指示变电站自动电压无功控制策略(automatic voltage control,avc)动作，通过改变变压器变比、投切电容器等措施，对无功装置进行协调优化自动闭环控制，在变电站自动电压无功控制策略动作后，返回步骤101，直至变电站低压母线电压调节至理想值。
[0091]
本发明提供的柔性交直流混合配网变电站低压母线调压方法，量测主变分接头位
置、主变高压侧电压幅值以及低压母线有功负荷实时数据，计算主变的等值拓扑参数，根据变电站低压母线电压的理想值计算对应的无功传输理想值，判断换流站无功调节容量是否足够，若换流站无功调节容量足够，则闭锁avc并调节换流器无功设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，若换流站无功调节容量不足则指示avc动作并待avc动作后重复前述步骤，直至低压母线电压调节至理想值，不需要对现有的电力变压器的设计结构进行改动，在不单独增加电力电子器件的情况下实现了柔性交直流混合配电网的连续调压，提升了设备利用率，降低了系统运行成本，解决了现有技术通过附加功率晶体管等电力电子器件实现高效精准交流调压及稳压的目的，存在对现有的电力变压器的设计结构改动较大，增加了系统运行损耗，且附加电力电子变换装置将会大幅提升配电设备造价的技术问题。
[0092]
同时，与现有avc策略相结合，提升了变电站低压母线的大范围连续精准调压能力，解决了因受制于电力电子器件通流能力，导致电力电子连续调压装置调节容量较低的问题，利用有限的换流器无功补偿容量实现了宽范围的经济调压，具有工程应用与推广价值。
[0093]
为了便于理解，请参阅图4，本发明中提供了一种柔性交直流混合配网变电站低压母线调压系统的实施例，包括以下模块：
[0094]
数据采集模块，用于采集调度自动化系统中调压前一时刻的主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据；
[0095]
主变参数计算模块，用于根据主变铭牌上的设备参数计算主变的等值拓扑参数，主变的等值拓扑参数包括主变等值阻抗的电阻和电抗；
[0096]
无功传输功率计算模块，用于根据主变的等值拓扑参数、主变分接头位置、主变高压侧电压幅值和低压母线有功负荷数据，以及变电站低压母线电压的理想值，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率；
[0097]
无功容量判断模块，用于根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，判断换流站无功调节容量是否足够，若是，触发第一动作模块，否则，触发第二动作模块；
[0098]
第一动作模块，用于闭锁变电站自动电压无功控制策略，调节换流站无功功率设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，以使得变电站低压母线电压调节至理想值；
[0099]
第二动作模块，用于指示变电站自动电压无功控制策略动作，在变电站自动电压无功控制策略动作后，重新触发数据采集模块。
[0100]
主变参数计算模块具体用于：
[0101]
将主变等值为由阻抗和理想变压器组成的等值模型；
[0102]
根据等值模型和主变铭牌上的设备参数，计算主变的等值拓扑参数，其中，计算主变的等值拓扑参数的公式为：
[0103][0104]
[0105]
其中，r
t
为主变等值阻抗的电阻，x
t
为主变等值阻抗的电抗，δps为主变铭牌上标示的短路损耗，us％为主变铭牌上标示的阻抗电压百分比，sn为主变铭牌上标示的额定容量，un为主变铭牌上标示的额定电压。
[0106]
无功传输功率计算模块具体用于：
[0107]
获取变电站低压母线电压的理想值u2；
[0108]
根据由主变分接头位置确定的主变变比k，将变电站低压母线电压的理想值u2折算至高压侧的电压幅值，得到折算至变电站高压侧的电压幅值u'2＝ku2；
[0109]
根据采集到的主变高压侧电压幅值、折算至变电站高压侧的电压幅值u'2、主变的等值拓扑参数和低压母线有功负荷数据，计算变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率q2，计算公式为：
[0110][0111][0112][0113]
其中，p2为低压母线有功负荷数据，u1为采集到的主变高压侧电压幅值。
[0114]
无功容量判断模块具体用于：
[0115]
根据变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率，计算|q
2-(q
网
+q
阀
)是否满足若是，则判断换流站无功调节容量足够，执行步骤s5，否则，执行步骤s6，其中，p
阀
为换流站换流器交流侧有功功率的设定值，q
阀
为换流站换流器交流侧无功功率的设定值，q
网
为交流变电站低压母线承担的除换流站以外的无功负荷，s
阀n
为换流器的额定容量。
[0116]
本发明提供的柔性交直流混合配网变电站低压母线调压系统，量测主变分接头位置、主变高压侧电压幅值以及低压母线有功负荷实时数据，计算主变的等值拓扑参数，根据变电站低压母线电压的理想值计算对应的无功传输理想值，判断换流站无功调节容量是否足够，若换流站无功调节容量足够，则闭锁avc并调节换流器无功设定值为变电站低压母线电压理想值对应的无功传输功率与当前变电站低压母线传输无功功率之差，若换流站无功调节容量不足则指示avc动作并待avc动作后重复前述步骤，直至低压母线电压调节至理想值，不需要对现有的电力变压器的设计结构进行改动，在不单独增加电力电子器件的情况下实现了柔性交直流混合配电网的连续调压，提升了设备利用率，降低了系统运行成本，解决了现有技术通过附加功率晶体管等电力电子器件实现高效精准交流调压及稳压的目的，存在对现有的电力变压器的设计结构改动较大，增加了系统运行损耗，且附加电力电子变换装置将会大幅提升配电设备造价的技术问题。
[0117]
同时，与现有avc策略相结合，提升了变电站低压母线的大范围连续精准调压能力，解决了因受制于电力电子器件通流能力，导致电力电子连续调压装置调节容量较低的
问题，利用有限的换流器无功补偿容量实现了宽范围的经济调压，具有工程应用与推广价值。
[0118]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。