CN103427427B - 一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，所述方法包括以下步骤：(1).建立所述电网仿真计算的稳态模型与暂态模型；(2).评估所述电网暂态电压恢复特性；(3).收集发电机及静止补偿电容器数据；(4).确定增强电网暂态无功支撑能力的调节趋势；(5).制定对应不同网源稳态无功出力的稳态调压方案；(6).确定发电机与静止补偿电容器稳态调压优选方案。本发明提供的提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，可以在满足稳态调压的基础上，充分利用发电机组的暂态无功输出能力，改善电网暂态电压恢复特性，提升电网安全稳定运行水平。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法。
背景技术
受负荷用电水平持续攀升、大容量特高压直流接入等因素影响，电网的电压稳定性问题日渐突出，并成为互联电网安全稳定运行的重要威胁。提高电网大扰动后的暂态电压支撑能力，改善电压恢复特性是保障电网安全稳定运行的重要技术措施。
发电机组和静止补偿电容器是电网的重要无功源，是电网稳态运行时电压调整的主要手段，通过发电机无功功率调整或通过静止补偿电容器投切，均可使电网电压运行于合理的水平。然而，当电网遭受大扰动冲击后，由于发电机与静止补偿电容器的暂态无功出力特性存在较大差异，因此稳态运行时发电机与静止补偿电容器不同无功出力容量，将会对暂态电压支撑能力产生显著影响。传统观点认为稳态运行工况下，若系统需要容性无功，则应尽量投入静止补偿电容器，发电机应少发容性无功功率以留作暂态无功备用。该观点并没有充分考虑发电机与电容器的暂态无功出力特性差异，若稳态调压时过多的投入静止补偿电容器进行调压，将会给系统的暂态无功支撑能力和电压恢复特性带来不利影响。
因此，对于大扰动故障冲击后暂态电压恢复特性较差的交流系统，应充分考虑静止补偿电容器不具备暂态无功输出维持能力，输出容量随电网电压跌落呈平方倍下降，而发电机组具有暂态无功维持能力和增大暂态输出容量的特性，综合优化发电机与静止电补偿容器稳态调压方案，从而改善系统的暂态电压恢复特性，提升电网安全稳定水平。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，能够改善重负荷地区电网以及特高压直流送、受端电网的暂态电压支撑能力，提升电网安全稳定运行水平。
为实现上述目的，本发明提供一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：
(1).建立所述电网仿真计算的稳态模型与暂态模型；
(2).评估所述电网暂态电压恢复特性；
(3).收集发电机及静止补偿电容器数据；
(4).确定增强电网暂态无功支撑能力的调节趋势；
(5).制定对应不同网源稳态无功出力的稳态调压方案；
(6).确定发电机与静止补偿电容器稳态调压优选方案。
优选地，所述步骤（1）包括：收集电网数据以建立所述稳态模型和暂态模型；所述电网数据包括：输电线路参数、变压器参数、网络拓扑互联结构以及发电机与负荷的有功功率与无功功率、发电机及其励磁机和调速系统的动态参数、高压直流输电控制系统参数以及交流输电设备动态参数。
优选地，所述步骤（2）包括：利用电力系统机电暂态仿真软件，评估故障扰动后所述电网的局部电网的暂态电压恢复特性；所述故障扰动包括：交流电网单一故障与严重故障以及直流单、双极闭锁故障扰动；所述局部电网包括：重负荷区域、特高压直流送端和受端。
优选地，所述步骤（3）包括：针对所述评估中识别出的所述暂态电压恢复特性较差的局部电网收集所述数据，该数据包括：所述局部电网中电源的分布及装机容量等特征参数，以及各变电站低压补偿电容的安装容量。
优选地，所述步骤（4）包括：基于故障扰动时域仿真结果，比对发电机稳态无功出力水平以及静止补偿电容器稳态运行容量对暂态无功特性的影响差异，以确定所述调节趋势。
优选地，所述步骤（5）包括：逐步增加发电机稳态无功出力并对应减少静止补偿电容器运行容量，对比不同组合方案对暂态电压恢复特性的改善效果，制定所述稳态调压方案；
重复所述步骤（2），对比所述发电机稳态无功出力和静止补偿电容器运行容量的增减对所述恢复特性的改善程度以验证所述优化的效果；
所述步骤（5）以保证局部电网稳态电压控制水平和发电机运行功率因数要求为前提。
优选地，所述步骤（6）包括：针对不同稳态调压方案，选择故障后局部电网电压恢复速度最快的方案作为所述优选方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的方法基于发电机与静止补偿电容器大扰动后暂态无功出力特性差异，优化两者稳态调压无功出力水平，提升电网暂态电压支撑能力，改善电网大扰动冲击下安全稳定运行水平。
附图说明
图1为本发明的方法的流程图。
图2为发电机与电容器两种稳态调压方式下发电机暂态无功出力特性示意图。
图3为发电机与电容器两种稳态调压方式下电容器无力特性示意图。
图4为发电机与电容器两种稳态调压方式下无功源综合无功特性示意图。
图5为不同网源稳态调压方案下特高压直流母线电压恢复特性示意图。
图6为不同网源稳态调压方案下特高压直流功率恢复特性示意图。
具体实施方式
一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，用于制定改善局部电网暂态电压支撑能力的发电机与静止补偿电容器稳态无功出力优化协调方案。
为实现上述目的，本发明提供一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，包括以下步骤：
(1).建立所述电网仿真计算的稳态模型与暂态模型；
(2).评估所述电网暂态电压恢复特性；
(3).收集发电机及静止补偿电容器数据；
(4).确定增强电网暂态无功支撑能力的调节趋势；
(5).制定对应不同网源稳态无功出力的稳态调压方案；
(6).确定发电机与静止补偿电容器稳态调压优选方案。
在所述步骤1中，收集电网数据，建立电网仿真计算的稳态模型和机电暂态模型。相关数据包括：输电线路参数、变压器参数、网络拓扑互联结构以及发电机与负荷的有功功率与无功功率；发电机及其励磁机和调速系统的动态参数、高压直流输电控制系统参数以及交流输电设备动态参数。
在所述步骤2中，利用电力系统机电暂态仿真软件，全面评估交流电网单一与严重故障扰动以及直流单、双极闭锁故障扰动后，电网的暂态电压恢复特性。重点关注重负荷区域、特高压直流送端和受端等电压稳定较为突出的电网。
在所述步骤3中，针对故障扫描中识别出的大扰动后暂态电压恢复特性较差的局部电网，收集整理局部电网中主力电源的分布及装机容量等特征参数，以及各主要变电站低压补偿电容的安装容量。
在所述步骤4中，应用时域仿真法，分析发电机稳态无功出力水平以及静止补偿电容器稳态运行容量对暂态无功特性的影响差异，识别出增强电网暂态无功支撑能力的调节趋势。
在所述步骤5中，依据协调调整策略，在保证局部电网稳态电压控制水平和发电机运行功率因数要求的前提下，逐步增加发电机稳态无功出力并对应减少静止补偿电容器运行容量，制定对应不同网源稳态无功出力的稳态调压方案。
利用电力系统机电暂态仿真软件，针对电压恢复特性相对较差的局部电网，对应发电机与静止补偿电容器不同稳态无功出力的调压方案，计算和对比交流单一故障和严重故障以及直流单、双极闭锁故障冲击下，电压恢复特性的差异，分析发电机稳态无功出力增减和静止补偿电容稳态投入容量，对局部电网电压恢复特性的改善趋势。
在所述步骤6中，针对不同稳态调压方案，选择局部电网电压恢复特性改善程度最佳的方案，作为优选方案。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
(1).建立电网仿真计算的稳态模型与暂态模型
以河南“十二五”特高压规划目标电网为例，收集电网中发电机、负荷等运行数据，以及输电线路、变压器等参数、网架拓扑结构数据；对于已投运的发电机组，其励磁调节器和调速系统采用实测模型及参数，对于规划投运的机组，则采用典型模型及参数。
基于所收集的电网拓扑连接方式及主要元件静态和动态参数，建立电网稳态潮流计算模型和机电暂态仿真计算模型。
(2).评估电网暂态电压恢复特性
利用电力系统机电暂态仿真软件，如PSD-BPA，对电网进行故障特性分析计算，包括交流系统单一和严重故障以及直流单、双极闭锁故障。计算分析表明，呼盟至豫西±800kV/8000MW特高压直流受端电网中，嘉和至汝州双回线路嘉和侧三相永久接地短路双回线路开断故障冲击下，受端电网电压恢复缓慢，特高压直流功率也难以快速恢复。该故障对电网安全稳定运行威胁较大。
(3).针对电压恢复特性较差的局部电网收集发电机及静止补偿电容器数据
电压恢复特性较差的呼盟至豫西特高压直流受端豫西交流电网，主要的发电机组包括孟津电厂2×600MW机组、邙山电厂2×600MW机组和三门峡电厂2×1000MW机组。主要500kV变电站牡丹、嘉和、洛西、三门峡东和陕州电站均配置有240MVar静止补偿电容器。
由于发电机组均直接接入受端500kV电网，因此机组可参与特高压直流受端电网的稳态调压。依据《电力系统电压和无功电力技术导则》所规定的直流近区发电机组运行功率因数不低于0.85的要求，孟津电厂和邙山电厂稳态无功出力可到达740MVar、三门峡电厂稳态无功出力可达到1240MVar。
孟津电厂、邙山电厂和三门峡电厂的稳态无功出力可与牡丹、嘉和、洛西、三门峡东、陕州等电站静止补偿电容器可相互配合调压，满足各电站稳态运行电压要求。
(4).分析发电机组与静止补偿电容器暂态无功出力特性差异
以三门峡电厂和陕州电站为例，在维持陕州电站稳态运行电压相同的条件下，分别考察利用三门峡电厂发电机组稳态无功出力调压，对应陕州电站静止电容器不投入以及三门峡电厂发电机组稳态无功零出力，对应投入陕州电站静止补偿电容器调压两种方式，发电机与补偿静止电容器的暂态无功输出特性，以及机组与电容器组合系统向交流电网注入的容性无功特性。
对应两种调压方式下，发电机组和静止补偿电容器的暂态无功出力特性分别如图2和图3所示，机组与电容器组合系统向交流电网注入的容性无功特性则如图4所示。从仿真结果曲线可以看出，大扰动故障冲击下，发电机组不仅具有维持无功输出的能力，且在电网电压跌落期间还具备大幅度增加无功出力的能力，而静止补偿电容器不具备无功输出维持能力，其无功输出容量随电压跌落大幅减小。
由此可见，正常稳态运行时，增加发电机容性无功功率输出水平，有助于提升交流网源系统暂态无功输出能力，为大扰动后的交流系统电压快速恢复提供暂态无功源。
(5).调整发电机稳态无功出力和静止补偿电容器稳态调压投入容量，对比不同组合方案对暂态电压恢复特性的改善效果
在发电机组可调无功输出范围内调整无功出力，且通过交流变电站静止补偿电容器投切维持局部电网稳态电压基本相同，考察豫西电网发电机组不同稳态无功出力条件下，大扰动后交流电网电压恢复特性差异。
嘉和至汝州双回线路嘉和侧三相永久接地短路双回线路开断故障冲击，对应表1所示不同发电机稳态无功出力方案，呼盟至豫西特高压直流受端电网电压恢复特性对比曲线如图5所示，特高压直流功率恢复对比曲线如图6所示。
表1受端豫西电网主要发电机稳态无功出力方案（单位：MVar）
从仿真结果曲线可以看出，增加发电机稳态无功出力，相应降低电网中静止补偿电容器投入容量，可显著提升交流电网暂态电压支撑能力。
交流电网电压快速提升，有助于直流功率快速恢复，电网稳定运行水平也相应显著改善。
(6).结合不同方案的下暂态电压恢复特性，提出发电机与静止补偿电容器稳态调压优选方案
综合考虑不同稳态调压方案下，大扰动后特高压直流受端电网交流电压恢复特性，可将豫西交流电网中孟津电厂、邙山电厂主力发电机组稳态运行功率因数维持在0.95，三门峡电厂发电机组功率因数维持在0.98，作为发电机组与静止补偿电器稳态调压的优选方案。
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 (6)
1.一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1).建立所述电网仿真计算的稳态模型与暂态模型；
(2).评估所述电网暂态电压恢复特性；
(3).收集发电机及静止补偿电容器数据；
(4).确定增强电网暂态无功支撑能力的调节趋势；
(5).制定对应不同网源稳态无功出力的稳态调压方案；
(6).确定发电机与静止补偿电容器稳态调压优选方案；
所述步骤(3)包括：针对所述评估中识别出的所述暂态电压恢复特性较差的局部电网收集所述数据，该数据包括：所述局部电网中电源的分布及装机容量特征参数，以及各变电站低压补偿电容的安装容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：收集电网数据以建立所述稳态模型和暂态模型；所述电网数据包括：输电线路参数、变压器参数、网络拓扑互联结构以及发电机与负荷的有功功率与无功功率、发电机及其励磁机和调速系统的动态参数、高压直流输电控制系统参数以及交流输电设备动态参数。
3.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：利用电力系统机电暂态仿真软件，评估故障扰动后所述电网的局部电网的暂态电压恢复特性；所述故障扰动包括：交流电网单一故障与严重故障以及直流单、双极闭锁故障扰动；所述局部电网包括：重负荷区域、特高压直流送端和受端。
4.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：基于故障扰动时域仿真结果，比对发电机稳态无功出力水平以及静止补偿电容器稳态运行容量对暂态无功特性的影响差异，以确定所述调节趋势。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：逐步增加发电机稳态无功出力并对应减少静止补偿电容器运行容量，对比不同组合方案对暂态电压恢复特性的改善效果，制定所述稳态调压方案；
重复所述步骤(2)，对比所述发电机稳态无功出力和静止补偿电容器运行容量的增减对所述恢复特性的改善程度以验证所述优化的效果；
所述步骤(5)以保证局部电网稳态电压控制水平和发电机运行功率因数要求为前提。
6.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)包括：针对不同稳态调压方案，选择故障后局部电网电压恢复速度最快的方案作为所述优选方案。
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