CN103580022B - 一种电力系统动态无功储备计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统动态无功储备计算方法，包括步骤1、通过并行计算平台对电网进行在线故障集暂态稳定仿真；步骤2、对电网进行动态无功分析；步骤3、获取有效动态无功设备；步骤4、获取有效动态无功设备的无功储备指标。和现有技术相比，本发明提供的一种电力系统动态无功储备计算方法，能够根据单一元件动态无功储备指标进行统计，达到快速评估局部及整体电网的动态无功储备指标，发现薄弱环节从而在线调整电力系统运行状态。

Description

一种电力系统动态无功储备计算方法

技术领域

本发明涉及一种无功储备计算方法，具体涉及一种电力系统动态无功储备计算方法。

背景技术

电力系统稳定性指给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行平衡状态的能力；且多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类；其中功角稳定包括：静态稳定、暂态稳定和动态稳定；动态无功储备作为电力系统动态稳定性的重要指标通常存在于发电机、静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)和静止同步补偿器(Static Var Generator，SVG)等具有动态电压调节能力的设备中，这些未使用的、作为储备形式存在的无功功率，可以在系统发生扰动、无功平衡被破坏、电压下降的时候，快速提供无功支撑，确保母线电压的稳定性，帮助系统恢复无功平衡和电压稳定，提高电力系统暂态稳定水平。

目前电力系统的无功储备容量至今没有明确的定义和计算公式，主要是因为不同的动态无功电源点所处位置不同，其发出的无功对系统电压稳定的作用不同，因此系统无功储备容量不是对这些电源点无功储备容量的简单叠加。同时稳定仿真算法也只能给出动态无功储备不足的定性结果，无法从仿真过程中直接获得动态无功储备的大小。因此提供一种能够根据单一元件动态无功储备指标进行统计，达到快速评估局部及整体电网的动态无功储备指标，发现薄弱环节从而在线调整电力系统运行状态的动态无功储备计算方法显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种电力系统动态无功储备计算方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1：通过并行计算平台对电网进行在线故障集暂态稳定仿真；

步骤2：对所述电网进行动态无功分析；

步骤3：获取有效动态无功设备；以及

步骤4：获取所述有效动态无功设备的无功储备指标。

优选的，通过所述在线故障集暂态稳定仿真对所述电网进行动态无功判定；所述步骤2中对所述电网进行动态无功分析包括：获取电网电压的电压跌落值V_d和电压跌落时间T_d；若所述电压跌落值V_d的标幺值V_dpu＜0.8，T_d＞1s，则所述电网需要进行动态无功补偿；

优选的，对所述电网进行动态无功补偿时，获取待补偿电网环节的方法包括：

通过所述并计算平台输出的暂态稳定分析曲线，确定最低电压值和最低电压母线为所述待补偿电网环节；

通过预设定关键负荷点的电压设置值，若所述暂态稳定分析曲线中所述关键负荷点的实际电压值低于所述电压设置值，则将该关键负荷点作为所述待补偿电网环节；

优选的，所述步骤3中对动态无功设备进行灵敏度分析从而获得所述有效动态无功设备；将所述动态无功设备按其灵敏度由大到小进行排序；将所述排序中前N个所述动态无功设备作为所述有效动态无功设备接入所述电网进行无功补偿；所述并行计算平台对接入所述有效动态无功设备的电网重新进行所述在线故障集暂态稳定仿真；

所述灵敏度分析采用基于故障拓扑分析的灵敏度计算方法；对故障集中的任一个故障条件下的所述电网进行拓扑分析，并计算所述动态无功设备的灵敏度，从而获取所述有效动态无功设备；

优选的，获取所述无功储备指标包括：

通过所述并行计算平台获取所述有效动态无功设备的无功输出变化曲线，并将N个所述有效动态无功设备的无功输出变化曲线进行叠加，得到待补偿电网环节无功变化曲线；

获取所述待补偿电网环节在故障集中任一个故障条件下的所述待补偿电网环节无功变化曲线；所述无功储备指标Q_reserve为所述待补偿电网环节无功变化曲线的峰值Q_max与初始值Q_in的差值Q_reserve＝Q_max-Q_in；

优选的，所述动态无功设备包括静止无功补偿器和静止同步补偿器；

若所述动态无功设备为静止无功补偿器时，所述无功储备指标其中，所述B_svcmax为所述峰值Q_max对应的等效电纳；所述V_ref为所述静止无功补偿器无功输出值为零时的参考电压；

若所述动态无功设备为静止同步补偿器时，所述无功储备指标 $Q_{\mathrm{reserve}}=\frac{{(V_{\mathrm{iref}}-X_{\mathrm{SL}}{I}_{\min })}^2}{X_{\mathrm{SL}}}-V^{2}B+{\mathrm{VV}}_S(G\sin (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α})-B\cos (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α}));$ 其中，所述V_iref为所述静止同步补偿器为无功输出值为零时的电压值；所述X_SL为电抗；所述V_S为与电网相连的母线电压值；所述δ为所述母线的电压相角；所述V为逆变器输出电压值；所述α为逆变器输出电压的相位；所述I_min为所述静止同步补偿器最大容性无功下的运行电流；

优选的，所述并行计算平台包括管理节点服务器和计算节点服务器；所述并行计算平台以动态无功补偿任务为单位进行计算管理；

所述管理节点服务器用于管理所述动态无功补偿任务，包括所述动态无功补偿任务的生成与调度、数据交互、动态无功设备灵敏度分析、动态无功设备结果汇总；

所述计算节点服务器用于所述动态无功补偿任务的实际任务计算，包括在线故障集暂态稳定仿真计算、动态无功设备无功输出变化曲线的生成和统计以及获取待补偿电网环节。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用并行计算平台能够根据电网实际运行状态，自动完成系统动态无功储备的计算工作；

2、本发明技术方案中，提出动态无功储备指标，并应用于在线系统，给出电网无功安全稳定的量化结果；

3、本发明技术方案中，采用无功薄弱环节的自动分析和预先设定相结合的方式，避免遗漏情况的出现；

4、本发明技术方案中，基于在线故障集开展分析计算，对电网各种主要故障情况都有较好的覆盖；

5、本发明提供的一种电力系统动态无功储备计算方法，对电网的不同运行状态有较好的适应性，能够为在线为电力系统运行状态的快速有效的调整提供可靠依据；

6、本发明提供了一种电力系统动态无功储备计算方法，根据电力系统运行情况，提出基于在线故障集的动态无功储备计算方法，自动给出系统薄弱环节，以及对应的无功储备数值，大大提高了工作效率，拓展了调控人员对于电网状态的分析能力。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种电力系统动态无功储备计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种电力系统动态无功储备计算方法，如图1所示，所述方法包括下述步骤：

（1）通过并行计算平台对电网进行在线故障集暂态稳定仿真；并行计算平台为国家电网公司国家电力调度控制中心采用的高性能电网仿真并行计算平台；通过对电力系统分析计算任务的并行分解管理，提供高性能和高效率的并行计算支持；该并行计算平台采用UDP组播方式（User Datagram Protocol）来实现通信和管理，以及任务并行和任务预分配的调度策略；包括平台启动、潮流下发、触发计算、结果回收等步骤，可实现大型电网的多潮流多任务计算服务；

（2）在线故障集暂态稳定仿真对电网进行动态无功判定，对电网进行动态无功分析；包括：获取电网电压的电压跌落值V_d和电压跌落时间T_d；若电压跌落值V_d的标幺值V_dpu＜0.8，电压跌落时间T_d＞1s，则电网需要进行动态无功补偿；

对电网进行动态无功补偿时，获取待补偿电网环节的方法包括：

通过并计算平台输出的暂态稳定分析曲线，自动确定最低电压值和最低电压母线为待补偿电网环节；

通过预设定关键负荷点的电压设置值，若暂态稳定分析曲线中关键负荷点的实际电压值低于电压设置值，则将该关键负荷点作为待补偿电网环节；本实施例中关键负荷点为辽宁电网的和平变电站和虎石台变电站；

（3）对动态无功设备进行灵敏度分析从而获得有效动态无功设备，灵敏度分析采用基于故障拓扑分析的灵敏度计算方法；对故障集中的任一个故障条件下的电网进行拓扑分析，并计算该动态无功设备的灵敏度，从而获取有效动态无功设备；

将动态无功设备按其灵敏度由大到小进行排序；将排序中前N个动态无功设备作为有效动态无功设备接入电网进行无功补偿；并行计算平台对接入有效动态无功设备的电网重新进行在线故障集暂态稳定仿真；数目N的值依据电力系统实际工况经验设置；

（4）获取有效动态无功设备的无功储备指标，方法为：

通过并行计算平台获取有效动态无功设备的无功输出变化曲线，并将N个有效动态无功设备的无功输出变化曲线进行叠加，得到待补偿电网环节无功变化曲线；

获取待补偿电网环节在故障集中任一个故障条件下的待补偿电网环节无功变化曲线；无功储备指标Q_reserve为待补偿电网环节无功变化曲线的峰值Q_max与初始值Q_in的差值Q_reserve＝Q_max-Q_in；

①：静止无功补偿器的无功储备指标获取方法为：

静止无功补偿器的无功储备指标其中，B_svcmax为待补偿电网环节无功变化曲线的峰值Q_max对应的等效电纳；V_ref为静止无功补偿器无功输出值为零时的参考电压；

②：静止同步补偿器的无功储备指标获取方法为：

静止同步补偿器的无功储备指标 $Q_{\mathrm{reserve}}=\frac{{(V_{\mathrm{iref}}-X_{\mathrm{SL}}{I}_{\min })}^2}{X_{\mathrm{SL}}}-V^{2}B+{\mathrm{VV}}_S(G\sin (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α})-B\cos (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α}));$ 其中，V_iref为静止同步补偿器无功输出值为零时的电压值；X_SL为在线性控制范围内，与静止同步补偿器的电压变化与电流变化的比值等效的电抗；V_S为与电网相连的母线电压值；δ为与电网相连的母电压相角；V为逆变器输出电压值；α为逆变器输出电压相位；I_min为静止同步补偿器最大容性无功下的运行电流；I_max为静止同步补偿器最大感性无功下的运行电流。

并行计算平台包括管理节点服务器和计算节点服务器；并行计算平台以动态无功补偿任务为单位进行计算管理；管理节点服务器用于管理动态无功补偿任务，包括动态无功补偿任务的生成与调度、数据交互、动态无功设备灵敏度分析、动态无功设备结果汇总；计算节点服务器用于动态无功补偿任务的实际任务计算，包括在线故障集暂态稳定仿真计算、动态无功设备无功输出变化曲线的生成和统计以及获取待补偿电网环节。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：通过并行计算平台对电网进行在线故障集暂态稳定仿真；

步骤2：对所述电网进行动态无功分析；

步骤3：获取有效动态无功设备；以及

步骤4：获取所述有效动态无功设备的无功储备指标；

所述步骤3中对动态无功设备进行灵敏度分析从而获得所述有效动态无功设备；将所述动态无功设备按其灵敏度由大到小进行排序；将所述排序中前N个所述动态无功设备作为所述有效动态无功设备接入所述电网进行无功补偿；所述并行计算平台对接入所述有效动态无功设备的电网重新进行所述在线故障集暂态稳定仿真；

所述灵敏度分析采用基于故障拓扑分析的灵敏度计算方法；对故障集中的任一个故障条件下的所述电网进行拓扑分析，并计算所述动态无功设备的灵敏度，从而获取所述有效动态无功设备。

2.如权利要求1所述的一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，通过所述在线故障集暂态稳定仿真对所述电网进行动态无功判定；所述步骤2中对所述电网进行动态无功分析包括：获取电网电压的电压跌落值V_d和电压跌落时间T_d；若所述电压跌落值V_d的标幺值V_dpu＜0.8，T_d＞1s，则所述电网需要进行动态无功补偿。

3.如权利要求2所述的一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，对所述电网进行动态无功补偿时，获取待补偿电网环节的方法包括：

通过所述并行计算平台输出的暂态稳定分析曲线，确定最低电压值和最低电压母线为所述待补偿电网环节；

通过预设定关键负荷点的电压设置值，若所述暂态稳定分析曲线中所述关键负荷点的实际电压值低于所述电压设置值，则将该关键负荷点作为所述待补偿电网环节。

4.如权利要求1所述的一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，获取所述无功储备指标包括：

通过所述并行计算平台获取所述有效动态无功设备的无功输出变化曲线，并将N个所述有效动态无功设备的无功输出变化曲线进行叠加，得到待补偿电网环节无功变化曲线；

获取所述待补偿电网环节在故障集中任一个故障条件下的所述待补偿电网环节无功变化曲线；所述无功储备指标Q_reserve为所述待补偿电网环节无功变化曲线的峰值Q_max与初始值Q_in的差值Q_reserve＝Q_max-Q_in。

5.如权利要求4所述的一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，所述动态无功设备包括静止无功补偿器和静止同步补偿器；

若所述动态无功设备为静止无功补偿器时，所述无功储备指标其中，所述B_svcmax为所述峰值Q_max对应的等效电纳；所述V_ref为所述静止无功补偿器无功输出值为零时的参考电压；

若所述动态无功设备为静止同步补偿器时，所述无功储备指标 $Q_{\mathrm{reserve}}=\frac{{(V_{\mathrm{iref}}-X_{\mathrm{SL}}{O}_{\min })}^2}{X_{\mathrm{SL}}}-V^{2}B+{\mathrm{VV}}_S(G\sin (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α})-B\cos (\mathrm{\δ}-\mathrm{\α}));$ 其中，所述V_iref为所述静止同步补偿器为无功输出值为零时的电压值；所述X_SL为电抗；所述V_S为与电网相连的母线电压值；所述δ为所述母线的电压相角；所述V为逆变器输出电压值；所述α为逆变器输出电压的相位；所述I_min为所述静止同步补偿器最大容性无功下的运行电流。

6.如权利要求1所述的一种电力系统动态无功储备计算方法，其特征在于，所述并行计算平台包括管理节点服务器和计算节点服务器；所述并行计算平台以动态无功补偿任务为单位进行计算管理；

所述管理节点服务器用于管理所述动态无功补偿任务，包括所述动态无功补偿任务的生成与调度、数据交互、动态无功设备灵敏度分析、动态无功设备结果汇总；

所述计算节点服务器用于所述动态无功补偿任务的实际任务计算，包括在线故障集暂态稳定仿真计算、动态无功设备无功输出变化曲线的生成和统计以及获取待补偿电网环节。