CN104009479A - 一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法。其具体步骤为：获取含有220kV发电厂接入电网的片区电网参数信息，建立片区电网模型；单一控制片区电网模型的负载水平及各220kV变电站主变高压侧关口功率因数，对模型进行潮流计算，获得不同负载水平及关口功率因数下发电厂高压母线与枢纽母线的最优电压差值，形成最优电压差值取值区间，最后由该取值区间进行发电厂调度电压曲线优化制定。本发明提出基于与枢纽母线最优电压差值指导发电厂调度电压曲线的制定方法，用其替代目前凭经验进行发电厂调度电压曲线制定的方法，能使发电厂的无功出力与电网的运行需求相匹配，避免不必要的无功潮流穿越电网，使电网更为经济地运行。

Description

一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法。

背景技术

电厂是电网中最基本的无功电源之一，它具有快速连续的无功调节能力。大容量电厂对电网电压的稳定起着非常重要的作用。

目前发电厂侧无功电压控制由省级电网调度直接下达指令，其主要方法为：调度中心根据运行经验，按照高峰、平谷和低谷等不同时段划分母线电压控制范围，按季度向各发电厂下达曲线指标，发电厂则根据曲线要求，实行人工24小时监视盘表，及时调节发电机无功出力，以维持母线电压在合格范围内。

然而，依靠经验给出发电厂电压曲线的制定方法，没有较为明确的优化依据，因此可能反映不了电网的实际运行情况，甚至有可能使得电网运行不利。

因此，为更好地指导工程上的实际应用，需要一种能够定量对发电厂电压曲线优化制定的方法，充分利用发电厂的无功调控能力，指导电网的顺利运行。

发明内容

本发明的目的在于根据不同电网的特性，给出220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，包括以下步骤：

(1)获取含有220kV发电厂接入电网的片区电网参数信息，建立片区电网模型；所述的片区电网参数信息包括电网拓扑结构、各220kV输电线路型号、各220kV变电站的主变台数、容量、型号和220kV发电厂的有功和无功出力限值；所述的片区电网模型包括500kV变电站、各220kV输电线路、各220kV变电站和220kV发电厂；

(2)设置所述片区电网模型的负载水平β的取值范围为β₁～β_N，其中，N为其取值个数，并定义i＝1～N；各220kV变电站主变高压侧关口功率因数的取值范围为M为其取值个数，并定义j＝1～M；220kV发电厂高压母线电压U_G的取值范围为U_G1～U_Gn，n为其取值个数，并定义k＝1～n；且i的初始值为1；

(3)令β值为β_i；

(4)令j＝1；

(5)令值为

(6)令k＝1；

(7)令U_G值为U_Gk，进行潮流计算，获得片区电网模型有功损耗ΔP_k及220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间电压差值ΔV_k，所述的枢纽母线是指500kV变电站220kV中压母线；

(8)检验k是否等于n，若k不等于n，则令k＝k+1，返回步骤(7)；若k等于n，则将ΔP₁～ΔP_n取最小值时对应的电压差值赋值给变量ΔΔV_ij，变量ΔΔV_ij表示在β_i和情况下220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间最优的电压差值；

(9)检验j是否等于M，若j不等于M，则令j＝j+1，返回步骤(5)；若j等于M，则继续以下步骤；

(10)检验i是否等于N，若i不等于N，则令i＝i+1，返回步骤(3)；若i等于N，则继续以下步骤；

(11)对于由以上步骤获得的N×M维数组ΔΔV_ij，取其最大值和最小值ΔΔV形成最优电压差值取值区间并定义ΔΔV_av为ΔΔV和的平均值；

(12)通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ的电压曲线，加上ΔΔV_av即可得到220kV发电厂调度电压曲线。

其中，步骤(2)所述的片区电网模型的负载水平，指的是220kV变电站主变的平均负载率，其通过以下公式计算得到：

$\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\ΣP}}_{\mathrm{Ll}}}{\mathrm{\Σ}{S}_{\mathrm{Tl}}}\×100\%---\left(1\right)$

式中∑P_Ll等于片区电网中各220kV变电站主变的有功负荷总量，∑S_Tl等于片区电网中各220kV变电站主变容量的总和，下标l代表不同的主变序号；各220kV变电站主变的负载率β_l为该主变的有功负荷P_Ll与其容量S_Tl之比。

其中，步骤(2)所述的各220kV变电站主变高压侧关口功率因数可通过以下公式(2)～(3)计算得到，模型中各220kV变电站主变高压侧关口功率因数都按同一个值配置，以此来反映片区电网总的无功需求：

Q_Ll＝P_Ll×tan(arccos(λ_l))    (3)

式(2)～(3)中，变量P_Ll、Q_Ll以及λ_l分别表示各220kV变电站主变的有功负荷、无功负荷和负荷功率因数；R_Tl和X_Tl为各220kV变电站主变归算到高压侧的等值电阻和等值电抗，V_N为高压侧的额定电压，即220kV。

其中，通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ电压曲线，加上ΔΔV_av得到220kV发电厂调度电压曲线；实际工程应用中220kV发电厂调度电压曲线的控制则以所得的调度电压曲线为中值，在的区间范围内控制

与现有技术相比，本发明有以下具有效果：

(1)考虑了实际电网不同的情况，对发电厂调度电压曲线的制定进行了定量的研究，弥补了现有根据人工经验进行发电厂电压曲线制定的缺陷；

(2)提出了发电厂调度电压曲线根据与枢纽母线的最优电压差值进行优化制定的新方法，控制指标简单且不依赖无功优化计算，便于工程的实施应用；

(3)用该方法进行发电厂调度电压曲线的制定，能使发电厂的无功出力与电网的运行需求相匹配，避免不必要的无功潮流穿越电网，使电网更为经济地运行。

附图说明

图1是220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法的流程图。

图2是某含有220kV发电厂接入电网的片区电网模型图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1，一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，包括以下步骤：

(1)获取含有220kV发电厂接入电网的片区电网参数信息，建立片区电网模型；所述的片区电网模型包括500kV变电站、各220kV输电线路、各220kV变电站和220kV发电厂；所述的片区电网参数信息包括电网拓扑结构、各220kV输电线路型号、各220kV变电站的主变台数、容量、型号和220kV发电厂的有功和无功出力限值；

(2)设置片区电网模型的负载水平β的取值范围为β₁～β_N，N为其取值个数，并定义i＝1～N；各220kV变电站主变高压侧关口功率因数的取值范围为M为其取值个数，并定义j＝1～M；220kV发电厂高压母线电压U_G的取值范围为U_G1～U_Gn，n为其取值个数，并定义k＝1～n；且i的初始值为1；

(3)令β值为β_i；

(4)令j＝1；

(5)令值为

(6)令k＝1；

(7)令U_G值为U_Gk，进行潮流计算，获得片区电网模型有功损耗ΔP_k及220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间电压差值ΔV_k，所述的枢纽母线指的是500kV变电站220kV中压母线；

(8)检验k是否等于n，若k不等于n，则令k＝k+1，返回步骤(7)；若k等于n，则将ΔP₁～ΔP_n取最小值时对应的电压差值赋值给变量ΔΔV_ij，变量ΔΔV_ij表示在β_i和情况下220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间最优的电压差值；

(9)检验j是否等于M，若j不等于M，则令j＝j+1，返回步骤(5)；若j等于M，则继续以下步骤；

(10)检验i是否等于N，若i不等于N，则令i＝i+1，返回步骤(3)；若i等于N，则继续以下步骤；

(11)对于由以上步骤获得的N×M维数组ΔΔV_ij，取其最大值和最小值ΔΔV形成最优电压差值取值区间并定义ΔΔV_av为ΔΔV和的平均值；

(12)通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ的电压曲线，加上ΔΔV_av即可得到220kV发电厂调度电压曲线。

本发明中，步骤(1)所述的片区电网模型主要指的是以一座500kV变电站及其所带的220kV变电站组成的、同时含有单个220kV发电厂参与电网调压的片区电网模型；建模时采用以下简化处理，即忽略500kV变电站的变压器建模，而通过系统等值电源及系统等值电抗连接到500kV变电站220kV中压母线上(即枢纽母线)，系统等值电源作为系统平衡节点，其电压U_s反映上层电网施加于该站的电势作用，取平均额定电压230kV；系统等值电抗Xs用来反映该母线短路电流水平，其值可通过式(1)计算得到；模型中电网拓扑结构、各220kV输电线路型号、各220kV变电站的主变台数、容量、型号和220kV发电厂的有功和无功出力限值则按实际需要研究的片区电网的参数取值；

$\mathrm{Xs}=\frac{U_s}{\sqrt{3}{I}_{\mathrm{\δ}}}---\left(1\right)$

式(1)中I_δ为500kV变电站220kV中压母线(即枢纽母线)发生三相短路时的短路电流，U_s为系统等值电源电压。

本发明中，步骤(2)所述的片区电网模型的负载水平，指的是220kV变电站主变的平均负载率，其计算公式为：

$\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\ΣP}}_{\mathrm{Ll}}}{\mathrm{\Σ}{S}_{\mathrm{Tl}}}\×100\%---\left(1\right)$

式中∑P_Ll等于片区电网中各220kV变电站主变的有功负荷总量，∑S_Tl等于片区电网中各220kV变电站主变容量的总和，下标l代表不同的主变序号；同时指出，各220kV变电站主变的负载率β_l亦指该主变的有功负荷P_Ll与其容量S_Tl之比。

本发明中，步骤(2)所述的各220kV变电站主变高压侧关口功率因数可通过式(3)～(4)得到，模型中各220kV变电站主变高压侧关口功率因数都按同一个值配置，以此来反映片区电网总的无功需求：

Q_Ll＝P_Ll×tan(arccos(λ_l))    (4)

式(3)～(4)中，变量P_Ll、Q_Ll以及λ_l分别表示各220kV变电站主变的有功负荷、无功负荷和负荷功率因数；R_Tl和X_Tl为各220kV变电站主变归算到高压侧的等值电阻和等值电抗，V_N为高压侧的额定电压，即220kV。

本发明中，步骤(2)所述的各220kV变电站主变高压侧关口功率因数的取值范围，按照无功功率一般不倒送、且电网实际运行情况中对220kV变电站主变高压侧关口功率因数一般控制在较高区间的原则，在0.99～1.00的范围内取值；220kV发电厂高压母线电压U_G的取值范围则按照电网电压质量控制标准、正常运行方式下电压允许偏差在额定值的0％～+10％范围内的原则，即取值范围为220kV～242kV。

本发明中，通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ电压曲线，加上ΔΔV_av即可得到220kV发电厂调度电压曲线；实际工程应用中220kV发电厂调度电压曲线的控制则以所得的调度电压曲线为中值，在的区间范围内控制。

以下是本发明方法的一个实际算例，以南方电网某含有220kV发电厂接入电网的片区电网为例。其步骤如下：

(1)获取该片区电网参数信息，建立片区电网模型，各变电站和发电厂的参数信息如表1所示，片区电网的模型图及其他参数信息如图2所示。

表1各变电站主变容量及发电厂出力限值

(2)设置片区电网模型的负载水平β、各220kV变电站主变高压侧关口功率因数及220kV发电厂高压母线(单位：kV)取值范围如下：

β＝[10％30％50％70％]；

U_G＝[229.5 230.0 230.5 231.0 231.5 232.0 232.5233.0 233.5 234.0 234.5 235.0 235.5 236.0]

此时N＝4，M＝3，n＝14；则有i＝1～4，j＝1～3，k＝1～14；i的初始值为1；

(3)令β值为β_i；此时β₁＝10％；

(4)令j＝1；初始化变量j的值；

(5)令值为此时

(6)令k＝1；初始化变量k的值；

(7)令U_G值为U_Gk，此时U_G1＝229.5，进行潮流计算，获得片区电网模型的有功损耗ΔP_k(单位：MW)及220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间电压差值ΔV_k(单位：kV)，此时：ΔP₁＝5.19，ΔV₁＝-0.86；

(8)检验k此时的值为1，不等于n，即14；令k＝k+1，返回步骤(7)，继续进行潮流计算，直至k＝n＝14；此时有：

ΔP₁～ΔP₁₄＝[5.19 5.13 5.08 5.05 5.01 5.00 4.994.98 4.97 4.98 4.99 5.00 5.02 5.04]

ΔV₁～ΔV₁₄＝[－0.86 －0.45 －0.04 0.37 0.78 1.18 3.822.00 2.40 2.81 3.22 3.63 4.02 4.45]

将ΔP₁～ΔP₁₄取最小值时对应的电压差值赋值给变量ΔΔV_ij，即ΔΔV₁₁＝2.40；ΔΔV₁₁表示在β₁＝10％和情况下220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间最优的电压差值的最优电压差值；

(9)检验j此时的值为1，不等于M，即3；令j＝j+1，返回步骤(5)，继续循环迭代计算，此处不再赘述，直至j＝M＝3继续以下步骤；

(10)检验i此时值为1，不等于N，即4；令i＝i+1，返回步骤(3)，继续循环迭代计算，此处不再赘述，直至i＝N＝4继续以下步骤；

(11)由以上步骤获得的N×M，即4×3维数组ΔΔV_ij如下：

$\mathrm{\Δ\ΔV}=\left(\begin{array}{ccc}2.40& 2.35& 2.28\\ 1.90& 1.80& 1.71\\ 2.12& 2.01& 1.90\\ 3.27& 3.01& 2.78\end{array}\right)$

该数组中，取其最大值为3.27kV；最小值ΔΔV为1.71kV；形成最优电压差值取值区间[1.71，3.27]，计算ΔΔV和的平均值ΔΔV_av为2.49kV。

(12)通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ电压曲线，加上2.49kV即可得到220kV发电厂调度电压曲线，实际工程应用中220kV发电厂调度电压曲线的控制则以所得的调度电压曲线为中值，在[U_δ+1.71,U_δ+3.27]的区间范围内控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，其特征在于包括以下步骤： 

(1)获取含有220kV发电厂接入电网的片区电网参数信息，建立片区电网模型；所述的片区电网参数信息包括电网拓扑结构、各220kV输电线路型号、各220kV变电站的主变台数、容量、型号和220kV发电厂的有功和无功出力限值；所述的片区电网模型包括500kV变电站、各220kV输电线路、各220kV变电站和220kV发电厂； 

(2)设置所述片区电网模型的负载水平β的取值范围为β₁～β_N，其中，N为其取值个数，并定义i＝1～N；各220kV变电站主变高压侧关口功率因数的取值范围为M为其取值个数，并定义j＝1～M；220kV发电厂高压母线电压U_G的取值范围为U_G1～U_Gn，n为其取值个数，并定义k＝1～n；且i的初始值为1； 

(3)令β值为β_i； 

(4)令j＝1； 

(5)令值为

(6)令k＝1； 

(7)令U_G值为U_Gk，进行潮流计算，获得片区电网模型有功损耗ΔP_k及220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间电压差值ΔV_k，所述的枢纽母线是指500kV变电站220kV中压母线； 

(8)检验k是否等于n，若k不等于n，则令k＝k+1，返回步骤(7)；若k等于n，则将ΔP₁～ΔP_n取最小值时对应的电压差值赋值给变量ΔΔV_ij，变量ΔΔV_ij表示在β_i和情况下220kV发电厂高压母线与枢纽母线之间最优的电压差值； 

(9)检验j是否等于M，若j不等于M，则令j＝j+1，返回步骤(5)；若j等于M，则继续以下步骤； 

(10)检验i是否等于N，若i不等于N，则令i＝i+1，返回步骤(3)；若i等于N，则继续以下步骤； 

(11)对于由以上步骤获得的N×M维数组ΔΔV_ij，取其最大值和最小值ΔΔV形成最优电压差值取值区间并定义ΔΔV_av为ΔΔV和 的平均值； 

(12)通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ的电压曲线，加上ΔΔV_av即可得到220kV发电厂调度电压曲线。 

2.根据权利要求1所述的220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，其特征在于，步骤(2)所述的片区电网模型的负载水平，指的是220kV变电站主变的平均负载率，其通过以下公式计算得到： 

式中∑P_Ll等于片区电网中各220kV变电站主变的有功负荷总量，∑S_Tl等于片区电网中各220kV变电站主变容量的总和，下标l代表不同的主变序号；各220kV变电站主变的负载率β_l为该主变的有功负荷P_Ll与其容量S_Tl之比。 

3.根据权利要求1或2所述的220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，其特征在于，步骤(2)所述的各220kV变电站主变高压侧关口功率因数 可通过以下公式(2)～(3)计算得到，模型中各220kV变电站主变高压侧关口功率因数都按同一个值配置，以此来反映片区电网总的无功需求： 

Q_Ll＝P_Ll×tan(arccos(λ_l))    (3) 

式(2)～(3)中，变量P_Ll、Q_Ll以及λ_l分别表示各220kV变电站主变的有功负荷、无功负荷和负荷功率因数；R_Tl和X_Tl为各220kV变电站主变归算到高压侧的等值电阻和等值电抗，V_N为高压侧的额定电压，即220kV。 

4.根据权利要求3所述的220kV发电厂调度电压曲线优化制定方法，其特征在于：通过日前预测得到的枢纽母线电压U_δ电压曲线，加上ΔΔV_av得到220kV发电厂调度电压曲线；实际工程应用中220kV发电厂调度电压曲线的控制则以所得的调度电压曲线为中值，在的区间范围内控制。