CN102118026A - 基于etap的大规模电网的谐波负序潮流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法。基本步骤包括根据网络的结构特点对电网进行分层分区，选择若干电压等级作为建模的主框架，外部和下层网络根据有功潮流的方向采用电源或负荷形式表示，将发电厂和变电站封装成复合网络。本发明可进行大规模电网的谐波和负序分析，并可通过需求数据的不断完善，扩展至其他分析计算。不同于通常ETAP在配电网等小规模网络上的应用，本发明实现了大规模电网的系统的建模，该模型具有向外及向下的扩展性。此外，结合三维数据库的功能，本发明完成了大规模完整电网的谐波和负序分析，相比于以往等效周边网络的简单处理方法，提高了精确度和可信度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真领域，具体地说是介绍一种用新的仿真软件搭建大规模电网模型并进行谐波和负序分析的方法。
背景技术
ETAP（Electrical Transient Analysis Program，电力系统暂态分析程序）是电力系统设计、模拟、运行、监测、控制、优化和自动化最全面的计算机平台，广泛应用于发电、输电、配电等领域的工业系统，比如石油天然气、制造业、钢铁、水泥、采矿、数据中心、核电站等。它可以模拟电力系统中几乎所有的元件，并能进行电力系统中各种仿真计算，而且操作界面直观而友好，方便用户使用。
目前ETAP在我国国内已开拓了一定的市场，但是主要集中在小规模网络的应用上，大规模电网的建模和仿真主要还是使用PSASP等传统的电力系统仿真软件。对于大规模电网的谐波和负序分析，由于网络建模本身的复杂性，以及一些传统电力系统仿真软件功能上的局限性，通常都是对谐波负荷和不平衡负荷的周边网络进行等效处理。这样的方法有失精确度和可信度，不能真实反映谐波和负序对电网产生的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是是充分利用ETAP在各种类型和各种规模电力系统仿真方面的优势，提供一种大规模电网建模的方法，并基于该模型进行谐波分析和负序分析。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照网络的电压等级，将大规模电网划分成由上至下的若干结构层次，根据数据资料和研究对象，选择适合的结构层次作为网络建模的主框架，将向电网输送有功功率的外部网络和内部负荷用等效电网表示，选定结构层次以下电压等级的网络用等效负荷表示，根据实际需要可对网络模型向下扩展；
2）按照分区原则将选定的网络结构层次划分为若干个区域，建模过程按照各个区域分块进行，各个区域内的发电机和负荷均需乘以相应的比例因子；
3）将各变电站、发电厂封装成复合网络，在其内部编辑各个元件，各个复合网络在单线图上用交流传输线连接起来，各个元件编辑器中输入潮流计算、谐波分析、不平衡潮流计算的需求数据；所述各个元件包括母线、双绕组变压器、三绕组变压器、发电机、负荷、电容器、电抗器等；
ETAP中输入的所有数据都是有名值，不同电压等级、不同类型的元件设置不同的颜色和大小，采用不同的命名方法；
母线需要确定母线名称、额定电压、运行状态、区域号；
双绕组变压器需要确定变压器名称、运行状态、额定电压、变压器容量、正序和零序短路阻抗百分比及抗阻比、一二次侧分接头电压、连接组别和接地方式，其命名方法为：“低压侧母线名编号前+T+编号”；
三绕组变压器的需求数据与双绕组变压器相似，其命名方法为：“高压侧母线+T+编号”；
发电机需要确定发电机名称、运行状态、运行模式、额定电压、额定有功、额定容量、Design模式下的运行数据、阻抗、动态模型数据、连接方式，其命名方法为：“发电机出口母线名编号+G+编号”；
等效负荷需要确定名称、运行状态、负荷模型及相应的负荷数据和参数，其命名方法为：“母线名+负荷+D”；
等效电网需要确定名称、运行状态、运行模式、Design模式下的功率、短路数据，其命名方法为：“母线名+电网”；
交流传输线需要确定线路名称、运行状态、长度、用户自定义的阻抗、单位、温度，其命名方法为：“From侧母线名-To 侧母线名/L线路编号”；
对于电抗器，ETAP中没有现成的模块，可以用静态负荷代替，其命名方法为：“母线名+电抗+电抗编号”；
电容器需要确定名称、运行状态、额定电压、额定容量、命名方法为：“母线名+电容+电容编号”。
4）对牵引站内的谐波负荷、不平衡负荷进行建模，利用三维数据库功能设置各种运行状况下的数据版本；
谐波负荷用静态负荷表示，需在谐波库中预先自定义谐波源；
不平衡负荷用等效负荷表示，选择不平衡负荷模型，调整恒功率、恒阻抗、恒电流分量的百分比，在短路属性页中选择接地方式为星形直接接地，A、B、C三相中一相或两相有功功率为负值时，可用一个等效负荷和一个发电机等效处理。
5）各个分区建模完成后调整相对位置进行互联，选择平衡节点，编辑潮流计算、谐波分析、不平衡潮流计算等案例分析，进行相应的仿真计算，最后选择合适的数据报告进行数据分析。
潮流计算分析案例编辑器中需要设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度，谐波计算分析案例编辑器中需要设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长并选择想要绘制图形的设备，不平衡潮流分析案例编辑器中需要设置最大迭代次数、精度。
各种分析计算的分析案例：
潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度。
谐波计算设置：分析案例信息属性页中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长。绘图属性页中选择想要绘制图形的设备。报警属性页中设置Critical值及Marginal值。
不平衡潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置最大迭代次数、精度。Adv报警属性页中设置Marginal值，以将相应不平衡范围内的设备在报告中显示出来。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种对大规模电网进行建模与谐波负序分析的方法。采用分层分区的方法对大规模网络进行层次化、分块化处理，将变电站和发电厂封装成复合网络，变压器、发电机、负荷、电容、电抗等交流设备在其内部编辑，外部用交流传输线进行连接，这样使网络模型层次更加清晰，更能反映网络的拓扑结构，且提高了扩展性。基于该大规模电网模型，还完成了谐波和负序分析。不同于以往等效周边网络的简单处理方法，本发明的谐波负序潮流是基于完整的网络模型的，仿真结果更加精确，能真实反映谐波和负序对电力系统的影响。此外，应用ETAP的三维数据库功能，本发明实现了不同工况下下各数据版本的灵活切换，优化了设计结构。
附图说明
图1是500kV梅里站网络结构图；
图2是500kV利港二厂站网络结构图；
图3是交流传输线接线图；
图4是宝华山牵引站网络结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。
该实例对江苏省网220kV及以上电压等级电网进行建模，220kV以下网络及负荷等效为负荷，连接在220kV母线上。将向电网输送有功功率的省外母线和省内负荷用等效电网表示，ETAP建模的江苏省网共有8个等效电网，分别是：安徽繁昌、安徽马鞍山、滨海风电、大屯、古渡、蓝天燃机付、苏堤、响水风电。根据分区原则，在该结构层次上将江苏电网14个区，建模过程按照各个分区逐个进行。
用复合网络表示220kV变电站、500kV变电站和发电厂，每个复合网络内部建立具体设备如变压器、母线、负荷、电容电抗和发电机等模型，并将母线连接至复合网络对外端子。不同的复合网络使用交流传输线连接起来。
以无锡地区500kV梅里站为例说明变电站的建模方法：
（1）从交流设备编辑器中拖放一个复合网络元件放置在单线图的适合位置，命名为“梅里站”，设置端口数目。
（2）打开“梅里站”复合网络，添加一条母线。命名为“梅里”，设置额定电压和区域号，调整母线的大小。
（3）添加一个三绕组变压器，一次侧连接到母线“梅里”。命名为“梅里T1”，设置一、二、三次侧额定电压及额定容量，并输入给定的正序和零序短路阻抗百分比、抗阻比数据。一、二次侧接地方式均为星形直接接地，三次侧为三角形接线。
（4）添加一条母线，如步骤（2）命名为“梅里1L”，连接到变压器“梅里T1”三次侧，调整母线的大小。
（5）添加一个静态负荷，连接到母线“梅里1L”，模拟电抗器。命名为“梅里1L电抗9134”，设置运行方式和额定容量。
（6）添加一个电容器，连接到母线“梅里1L”。命名为“梅里1L电容9520”，设置额定容量。
（7）根据所给的数据资料，完成该变电站其他部分的建模，如附图1所示。
以500kV利港二厂站为例说明发电厂的建模方法：
（8）在复合网络“利港二厂站”内部添加母线“利港二厂”和“利港二厂#5”。
（9）添加一个双绕组变压器，一二次侧分别连接到母线“利港二厂#5”和“利港二厂”。命名为“利港二厂T#5”，设置其额定容量，输入给定的正序和零序短路阻抗百分比、抗阻比数据。一次侧接地方式为三角形接线，二次侧接地方式为星形直接接地。
（10）添加一个发电机，连接到母线“利港二厂#5”。命名为“利港二厂G#5”，设置其额定有功和额定容量，输入Design模式下的运行数据和阻抗/模型属性页中的需求数据。
（11）添加一个等效负荷，连接到母线“利港二厂”。命名为“利港二厂负荷D”，选择负荷模型为多项式模型，并设置相应参数。
（12）根据所给的数据资料，完成该发电厂其他部分的建模，如附图2所示。
交流传输线的建模方法：
（13）在单线图中的合适位置，添加一条交流传输线，两端分别连接“利港二厂站”和“梅里站”复合网络的外部端口。命名为“利港二厂-梅里/L5221”，设置长度、单位，阻抗属性页输入给定的阻抗数据。用相同的方法添加线路“利港二厂-梅里/L5221”。
以安徽繁昌500站为例说明等效电网的建模方法：
（14）创建一个复合网络“安徽繁昌500站”，添加一个等效电网，连接到母线“安徽繁昌500”。命名为“安徽繁昌500电网”，选择运行模式，输入Design模式下的运行数据，以及三相、单相短路容量、抗阻比、短路电流。
以宝华山牵引站为例说明谐波源和不平衡负荷的建模方法：
（15）在谐波库设置自定义的谐波源。
（16）创建一个复合网络“宝华山牵引站”，添加一条母线，命名为“宝华山牵引站”。添加一个静态负荷，连接到母线“宝华山牵引站”，命名为“L-宝华山-谐波”。输入有功功率和无功功率的额定数值，选择自定义的谐波源。
（17）添加一个等效负荷，类型选择不平衡模型，输入A、B、C三相不平衡功率，选择恒功率、恒阻抗、恒电流分量比例。输入A、B、C每相功率的前提是短路属性页中接地方式选择星形接地。
宝华山牵引站的网络结构如附图4所示。
（18）按照上述各个模块的设计方法，完成江苏省网其他部分的建模。各个分区建模完成后，调整相对位置和大小进行互联。最后，设置扬二厂2号机组为平衡节点。整个网络包括2422条母线，1960条线路，536个负荷及其他设备。
各种分析计算的分析案例：
（19）潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度。
（20）谐波计算设置：分析案例信息属性页中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长。绘图属性页中选择想要绘制图形的设备。报警属性页中设置Critical值及Marginal值。
（21）不平衡潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置最大迭代次数、精度。Adv报警属性页中设置Marginal值，以将相应不平衡范围内的设备在报告中显示出来。
Claims (5)
1.一种基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照网络的电压等级，将大规模电网划分成由上至下的若干结构层次，根据数据资料和研究对象，选择适合的结构层次作为网络建模的主框架，将向电网输送有功功率的外部网络和内部负荷用等效电网表示，选定结构层次以下电压等级的网络用等效负荷表示；
2）按照分区原则将选定的网络结构层次划分为若干个区域，建模过程按照各个区域分块进行，各个区域内的发电机和负荷均需乘以相应的比例因子；
3）将各变电站、发电厂封装成复合网络，在其内部编辑各个元件，各个复合网络在单线图上用交流传输线连接起来，各个元件编辑器中输入潮流计算、谐波分析、不平衡潮流计算的需求数据；
4）对牵引站内的谐波负荷、不平衡负荷进行建模，利用三维数据库功能设置各种运行状况下的数据版本；
5）各个分区建模完成后调整相对位置进行互联，选择平衡节点，编辑潮流计算、谐波分析、不平衡潮流计算等案例分析，进行相应的仿真计算，最后选择合适的数据报告进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于：在所述步骤1）中，根据实际需要对网络模型向下扩展。
3.根据权利要求1所述的基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于：在所述步骤3）中，ETAP中输入的所有数据都是有名值，不同电压等级、不同类型的元件设置不同的颜色和大小，采用不同的命名方法。
4.根据权利要求1所述的基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于：在所述步骤4）中，谐波负荷用静态负荷表示，在谐波库中预先自定义谐波源；
不平衡负荷用等效负荷表示，选择不平衡负荷模型，调整恒功率、恒阻抗、恒电流分量的百分比，在短路属性页中选择接地方式为星形直接接地，A、B、C三相中一相或两相有功功率为负值时，用一个等效负荷和一个发电机等效处理。
5.根据权利要求1所述的基于ETAP的大规模电网的谐波负序潮流方法，其特征在于：在所述步骤5）中，潮流计算分析案例编辑器中设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度，谐波计算分析案例编辑器中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长并选择想要绘制图形的设备，不平衡潮流分析案例编辑器中设置最大迭代次数、精度。
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