CN103269079B - 一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，所述方法包括以下步骤：确定水平年方式数据；进行无功分层分区平衡分析；进行静态电压稳定分析；进行暂态电压稳定校核；确定无功补偿配置。本发明通过无功分层分区平衡分析、静态电压稳定分析和暂态电压稳定校核的综合优化，提出合理的无功补偿最终配置。本发明可以大大提高无功补偿配置的准确性和有效性，避免不必要的投资，减少浪费，同时大大提高了电网抵抗电压失稳风险的能力，提高了电网安全稳定高效经济运行水平。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法。
背景技术
在保证电网安全稳定运行的基础上，为提高电网运行经济效益，减少有功损耗和投资，改善电能质量，需要合理地配置无功补偿装置，并合理控制其投切，努力实现“无功电力分层分区平衡”的目标。无功功率不足或不平衡，一方面导致系统电压降低，电网稳定特性受到威胁，可能诱发电压崩溃等严重故障；另一方面可能危害设备自身安全，且造成不必要的投资浪费。
目前，无功补偿配置方法基本可归纳为两大类方法：
（1）依据相关电压无功电力导则和设计规程，可参照变压器额定容量按照一定比例配置无功补偿设备；如《电力系统电压和无功电力技术导则》规定“220kV及以下电压等级的变电所中，应根据需要配置无功补偿设备，其容量可按主变压器容量的0.10～0.30确定”；这种方法的优势在于物理意义简单明确，指标清晰，易于操作，是目前无功补偿规划的常用方法；该方法的缺点是用简单的比例指标进行无功补偿配置，难以反映电网实际无功补偿需求，得到的无功补偿配置容量相对较大，在工程上略有投资浪费；
（2）为较为准确地得到无功补偿配置，各种无功优化算法得到了极大发展。无功优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题，其控制变量既有连续变量如发电机机端电压，又有离散变量如电容器/电抗器投切、变压器分接头调整等，其数值求解的收敛可靠性及计算速度是其能否实用化的关键。但是，互联电力系统规模的不断扩大及电压等级的不断提升，特别是特高压大电网投运后，电网覆盖地域广大，节点数目众多，无功优化传统算法和人工智能算法均存在内存不足、收敛速度等维数灾难问题，且难以寻得全局最优解。此类算法在工程实际应用上尚存在一定问题。
此外，随着电网规模和输电容量的不断扩大，以及新型输电技术的大量采用，如大规模电力电子器件的采用和灵活交流输电技术（FACTS）的发展，使得机组与系统的控制状态日趋复杂，许多新的稳定性问题也就随之而来。国外大互联系统中发生的数起典型的电压崩溃性事故给了我们深刻的警示。各国学者对电压崩溃性事故的机理做进一步的探索和研究，从规划阶段考虑电压稳定性的约束，完善无功补偿配置，建立起更完善的电压稳定性评价体系和预防性措施，是预防电压崩溃风险的重要手段。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，通过无功分层分区平衡分析、静态电压稳定分析和暂态电压稳定校核的综合优化，提出合理的无功补偿最终配置。本发明可以大大提高无功补偿配置的准确性和有效性，避免不必要的投资，减少浪费，同时大大提高了电网抵抗电压失稳风险的能力，提高了电网安全稳定高效经济运行水平。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定水平年方式数据；
步骤2：进行无功分层分区平衡分析；
步骤3：进行静态电压稳定分析；
步骤4：进行暂态电压稳定校核；
步骤5：确定无功补偿配置。
所述水平年方式数据包括最大负荷方式数据和最小负荷方式数据。
所述步骤2中，根据无功分层分区平衡分析约束条件对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行无功分层分区平衡分析，从而确定无功补偿初步配置。
所述无功分层分区平衡分析约束条件包括220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，且最小负载情况下下注功率因数不高于0.95。
所述步骤3中，根据静态电压稳定分析约束条件对所述最大负荷方式数据进行静态电压稳定分析，从而修正无功补偿初步配置。
所述静态电压稳定分析约束条件包括：
（1） 正常及检修方式下，受端电网区域功率储备系数不低于8%；
（3） N-1事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于5%；
（3） N-2事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于2%。
所述步骤4中，根据暂态电压稳定校核约束条件对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行暂态电压稳定校核，进一步修正无功补偿初步配置。
所述暂态电压稳定校核约束条件包括不发生电压失稳故障，所述电压失稳故障包括线路三永N-1/N-2故障、主变压器三永N-1/N-2故障、发电厂全停故障和发电机失磁故障。
所述步骤5中，整理同时满足无功分层分区平衡分析约束条件、静态电压稳定分析约束条件和暂态电压稳定校核约束条件的无功补偿配置，从而确定无功补偿最终配置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，在常规按比例配置无功补偿方法的基础上综合考虑了静态和暂态电压稳定约束条件，大大提高了无功补偿配置方法的准确性和有效性，避免不必要的投资，减少浪费，同时大大提高了电网抵抗电压失稳风险的能力，提高了电网安全稳定高效经济运行水平。
附图说明
图1是基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法流程图；
图2是本发明实例计算中的贵州电网某水平年潮流示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法流程图。
以贵州电网某水平年无功补偿配置研究为例，有如下实施例：
（1） 搭建贵州电网水平年方式数据，包括最大负荷方式数据和最小负荷方式数据；最大负荷方式潮流示意图如图2所示；
（2） 根据无功分层分区平衡分析约束条件（无功分层分区平衡分析约束条件包括220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，且最小负载情况下下注功率因数不高于0.95）对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行无功分层分区平衡分析，从而确定无功补偿初步配置；主变压器在最大负载情况下下注功率因数统计如表1所示；
表1
| 主变名称 | 有功下注（MW） | 无功下注（Mvar） | Q/P（％） | 下注功率因数 |
| 青岩＃1变 | 406 | 70.5 | 17% | 0.99 |
| 青岩＃2变 | 406.3 | 66.2 | 16% | 0.99 |
| 安顺＃1变 | 390.5 | 36.1 | 9% | 1.00 |
| 安顺＃2变 | 390.5 | 36.1 | 9% | 0.99 |
| 贵阳＃1变 | 186.8 | 0.2 | 0% | 0.99 |
| 贵阳＃2变 | 281.4 | 0.5 | 0% | 0.99 |
| 息峰＃1变 | 274.2 | 90.2 | 33% | 0.95 |
| 主变名称 | 有功下注（MW） | 无功下注（Mvar） | Q/P（％） | 下注功率因数 |
| 息峰＃2变 | 274.2 | 90.2 | 33% | 0.95 |
| 鸭溪＃1变 | 371.3 | 69.5 | 19% | 0.98 |
| 鸭溪＃2变 | 371.3 | 69.5 | 19% | 0.98 |
| 鸭溪＃3变 | 371.3 | 69.5 | 19% | 0.98 |
| 福泉＃1变 | 156.4 | 34.4 | 22% | 0.98 |
| 福泉＃2变 | 156.4 | 34.4 | 22% | 0.98 |
| 铜仁＃1变 | 373.1 | 101.9 | 27% | 0.96 |
| 铜仁＃2变 | 373.1 | -36.1 | -10% | 1.00 |
| 诗乡＃1变 | 118 | 112.3 | 95% | 0.72 |
| 松桃＃1变 | 292 | 52.5 | 18% | 0.98 |
| 松桃＃2变 | 292 | 52.5 | 18% | 0.98 |
| 奢香＃1变 | 505.7 | 32.9 | 7% | 0.99 |
| 醒狮＃1变 | 448.9 | 67.1 | 15% | 0.99 |
| 醒狮＃2变 | 448.7 | 70.1 | 16% | 0.99 |
| 施秉＃1变 | 467.8 | 73.5 | 16% | 0.99 |
| 独山＃1变 | 351.5 | 6.5 | 2% | 0.99 |
| 黎平＃1变 | 172.9 | 9.6 | 6% | 1.00 |
| 黎平＃2变 | 172.8 | 75 | 43% | 0.92 |
| 金州＃1变 | 175.6 | 16.1 | 9% | 0.99 |
| 金州＃2变 | 175.6 | 16.1 | 9% | 0.99 |
（3） 在（2）确定的无功补偿初步配置基础上，根据静态电压稳定分析约束条件（静态电压稳定分析约束条件包括：正常及检修方式下，受端电网区域功率储备系数不低于8%；N-1事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于5%；N-2事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于2%。）对所述最大负荷方式数据进行静态电压稳定分析，从而修正无功补偿初步配置；表2为贵州电网某水平年正常方式、N-1故障后方式和N-2故障后方式静态电压稳定计算结果表，可以看出，在步骤（2）确定的无功补偿配置方案基础上贵州电网可以满足静态电压稳定指标的要求，不需要对无功补偿配置方案进行调整；
表2
（4） 在（2）、（3）确定的无功补偿配置基础上，根据暂态电压稳定校核约束条件（暂态电压稳定校核约束条件包括不发生电压失稳故障，所述电压失稳故障包括线路三永N-1/N-2故障、主变压器三永N-1/N-2故障、发电厂全停故障和发电机失磁故障）对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行暂态电压稳定校核，进一步修正无功补偿初步配置。计算结果表明，绝大多数故障情况下系统保持稳定，不发生电压失稳事故，个别故障下存在故障后母线电压偏低问题，需要调整无功补偿配置方案，具体调整措施见表3。
表3
通过上述无功平衡分析、静态电压稳定分析和暂态电压稳定校核，提出了适应贵州电网某水平年的无功补偿配置方案，可以满足电网电压灵活控制要求，提高电压无功控制能力，减少投资，提升电网抵御电压失稳风险的能力。
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。
Claims (4)
1.一种基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定水平年方式数据；
步骤2：进行无功分层分区平衡分析；
步骤3：进行静态电压稳定分析；
步骤4：进行暂态电压稳定校核；
步骤5：确定无功补偿配置；
所述水平年方式数据包括最大负荷方式数据和最小负荷方式数据；
所述步骤2中，根据无功分层分区平衡分析约束条件对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行无功分层分区平衡分析，从而确定无功补偿初步配置；
所述步骤3中，根据静态电压稳定分析约束条件对所述最大负荷方式数据进行静态电压稳定分析，从而修正无功补偿初步配置；
所述步骤4中，根据暂态电压稳定校核约束条件对所述最大负荷方式数据和最小负荷方式数据分别进行暂态电压稳定校核，进一步修正无功补偿初步配置；
所述步骤5中，整理同时满足无功分层分区平衡分析约束条件、静态电压稳定分析约束条件和暂态电压稳定校核约束条件的无功补偿配置，从而确定无功补偿最终配置。
2.根据权利要求1所述的基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，其特征在于：所述无功分层分区平衡分析约束条件包括220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，且最小负载情况下下注功率因数不高于0.95。
3.根据权利要求1所述的基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，其特征在于：所述静态电压稳定分析约束条件包括：
(1)正常及检修方式下，受端电网区域功率储备系数不低于8％；
(2)N‐1事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于5％；
(3)N‐2事故后方式下，受端电网区域功率储备系数不低于2％。
4.根据权利要求1所述的基于静态、暂态电压稳定约束的无功补偿配置方法，其特征在于：所述暂态电压稳定校核约束条件包括不发生电压失稳故障，所述电压失稳故障包括线路三永N‐1/N‐2故障、主变压器三永N‐1/N‐2故障、发电厂全停故障和发电机失磁故障。
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