CN104466954A - 一种降低upfc工程造价的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低UPFC工程造价的方法，通过固定串补装置提供一个固定的补偿偏置量，通过UPFC提供一个精确可控补偿量，将两个补偿量一起叠加到输电线路上，在保证潮流控制效果相同的前提下可以减少UPFC所需要的安装容量，从而使总的工程造价大大降低。同时本发明给出了一种确定UPFC与固定串补安装容量的方法，在保证电网安全稳定运行的前提下最大限度的降低工程造价。由于固定串补装置只能提供容性的补偿偏置量，本发明适用于通过UPFC实现单方向潮流转移的情况。

Description

一种降低UPFC工程造价的方法
技术领域
本发明属于电力系统柔性输配电技术领域，具体涉及一种降低UPFC(统一潮流控制器)工程造价的方法。
背景技术
电力系统向大型互联电网发展，已经成为世界各国现代电力系统发展的共同趋势，而互联的电网形成使得电网结构日益复杂，运行日益繁重。为迎合电力系统发展需要，柔性交流输电(FACTS)技术急速发展。UPFC作为最新颖、最具有创造性的FACTS设备，可以对有功潮流、无功和电压分别进行控制，对于优化系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼系统的振荡具有显著的作用。
如图1所示，UPFC由两个背靠背的电压源换流器构成，两个背靠背的换流器共用一个直流母线和一个直流电容，二者都通过换流变压器接入系统，其中变流器2的换流变压器以串联形式接入。有功功率可以在两个变流器之间在任一方向自由流动，每个变流器的交流输出端也可独立地产生或吸收无功功率。
UPFC中变流器2的功能是通过串联变压器给线路注入幅值和相角均可控的电压矢量，即可同时或有选择性地调节线路上的电压、阻抗和相角；变流器1的功能是提供或吸收变流器2在公共直流母线上所需要的有功功率，以维持串联注入电压与线路之间的有功功率交换。UPFC中，除了变流器2能与系统进行有功和无功功率的交换外，如有必要变流器1也可同时产生或吸收可控的无功功率，为线路提供独立的并联无功补偿。
对于传统的UPFC工程，在线路上提供双方向的潮流调制是没有必要的。由于实际应用中输电线路潮流一般是单向的，UPFC中变流器2的功能是通过串联变压器给线路注入的电压幅值和相角均在一个较窄的范围内变动，UPFC的调节能力没有得到充分的利用。相比于固定串补工程，在提供相同串联补偿的情况下传统UPFC工程的造价是十分巨大的。
然而UPFC装置也具有固定串补所不具有的优势，UPFC装置可以实现潮流的精确控制同时其转移潮流、提高断面极限的能力更强。在输电通道日趋紧张的今天，为提高已投运设备利用率，提高电网主要送出断面的断面极限，安装UPFC装置是十分必要的。因此如何降低UPFC工程的造价成为我们十分关心的问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种降低UPFC工程造价的方法，在保证相同的潮流控制效果的前提下，利用加装串补装置成本较低而UPFC装置对潮流的控制更加精确，转移潮流、提高断面极限的能力较强的特点，从而使总的工程造价大大降低。
一种降低UPFC工程造价的方法，如下：
在UPFC的被控线路上安装固定串补以提供一个偏置补偿量，该偏置补偿量与UPFC提供的可控补偿量叠加到被控线路上，实现在保证潮流控制效果相同的前提下减少UPFC所需的安装容量。
确定固定串补偏置补偿量的具体方法如下：
1.1确定被控线路所在电力系统实际出现的各种运行工况；
1.2对于任一运行工况，在该运行工况下对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，以寻找确定在满足潮流控制效果和电网安全稳定运行条件下UPFC所需提供的最大补偿度作为该运行工况对应的补偿量S；N为UPFC安装断面上线路的总条数；
1.3取所有运行工况下最大的补偿量S作为固定串补的偏置补偿量。
所述的步骤1.3中，当最大的补偿量S超过固定串补所能提供的额定最大补偿量时，则取该额定最大补偿量作为固定串补的偏置补偿量。
在确定固定串补和UPFC的混合补偿方案后，对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，若所有故障情况下电网均满足安全稳定运行条件，则根据该混合补偿方案确定UPFC和固定串补的安装容量；若存在故障情况下电网不满足安全稳定运行条件，则降低固定串补的偏置补偿量进而确定UPFC的可控补偿量。
确定UPFC可控补偿量的具体方法如下：
2.1在被控线路给定有功功率P的前提下，在满足电网安全稳定运行要求的功率区间内对被控线路的无功功率Q进行扫描搜索，以确定对应功率条件下UPFC的安装容量和补偿量；
2.2取安装容量最小条件下所对应的补偿量作为UPFC的可控补偿量。
为降低总的工程造价，UPFC与固定串补的混合方案应以降低UPFC安装容量为设计目标，本发明将一个固定的补偿偏置量与一个精确可控补偿量一起叠加到线路上，可以减少UPFC所需要的安装容量。在保证潮流控制效果的前提下，固定串补装置提供一个偏置的补偿量，UPFC只需提供固定串补无法提供的补偿量以及实现潮流的精确控制。两个补偿量一起叠加到输电线路上，在保证潮流控制效果相同的前提下可以减少UPFC所需要的安装容量。同时本发明在保证电网安全稳定运行的前提下最大限度地降低工程造价；由于固定串补装置只能提供容性的补偿偏置量，本发明适用于通过UPFC实现单方向潮流转移的情况。
附图说明
图1为UPFC的结构示意图。
图2为某实际电网的简化示意图。
图3(a)为采用传统UPFC方案后当DA线路退出运行后潮流(有功功率)的转移示意图。
图3(b)为采用传统UPFC方案后当DA线路退出运行后潮流(无功功率)的转移示意图。
图4(a)为采用传统UPFC方案后当DA线路退出运行后为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的有功功率示意图。
图4(b)为采用传统UPFC方案后当DA线路退出运行后为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的无功功率示意图。
图5(a)为采用UPFC与固定串补混合方案后当DA线路退出运行后潮流(有功功率)的转移示意图。
图5(b)为采用UPFC与固定串补混合方案后当DA线路退出运行后潮流(无功功率)的转移示意图。
图6(a)为采用UPFC与固定串补混合方案后当DA线路退出运行后为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的有功功率示意图。
图6(b)为采用UPFC与固定串补混合方案后当DA线路退出运行后为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的无功功率示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施实例详细描述本发明的具体实施方式，但本发明不受所述具体实施例所限。
图2为某实际电网简化示意图，区域2通过3条联络线(BA,CA,DA)向区域1供电，供电与负荷中心的分布决定了线路潮流的单向流动性。
本发明采用以下方法确定UPFC与固定串补混合方案的具体方案：
(1)确定实际可能出现的运行工况。
根据电网实际的运行与调度情况，设计UPFC与固定串补混合方案时需要考虑的工况有：
工况1：电网正常运行；
工况2：区域2中1条输电线路检修；
工况3：区域2中1组机组检修；
工况4：区域2中2组机组检修；
工况5：区域2中3组机组检修。
(2)确定UPFC安装断面和安装线路。
本实例选取的UPFC安装断面如图2所示，分析断面上各条线路的潮流可以发现同一断面潮流分布十分不均衡，线路CA上潮流较轻，线路BA、DA上潮流较重。当线路DA因故障退出运行时，大量潮流涌入线路BA造成线路过载。潮流分布严重不均衡限制了断面输送功率的进一步提高，无法满足区域1中负荷增长的需要。
因此，选择线路CA作为UPFC安装线路，通过UPFC将线路BA上的功率转移到CA线路上，从而解决线路BA过载的问题。
(3)在任一运行工况下对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，寻找为满足潮流控制效果和电网安全稳定运行条件UPFC所需提供的最大补偿度。
对步骤(1)中提出的5个工况分别进行UPFC安装断面的N-1扫描，为保证区域1中负荷持续供电和电网安全稳定运行，UPFC需要提供的最大补偿度如表1所示：
表1
串联侧等效补偿度(％)
工况1 75.2
工况2 90.9
工况3 64.3
工况4 52.2
工况5 0
为保证上述所有工况下负荷持续供电和电网安全稳定运行，所需安装的UPFC具体参数如表2所示：
表2
参数 并联变流器 串联变流器
额定直流电压 ±30kV ±30kV
换流变压器额定容量 43MVA 58MVA
换流变压器额定变比 220kV/30kV 50kV/30kV
d轴控制方式 定直流电压控制 定线路有功功率控制
q轴控制方式 定交流电压控制 定线路无功功率控制
直流电压指令值 ±30kV \
安装UPFC装置后当DA线路退出运行后潮流的转移情况如图3所示。为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的有功和无功功率如图4所示(取注入换流站为正)。仿真在需要UPFC容量最大的工况2下进行，具体过程为1秒时DA线路退出运行。
(4)对所有工况，取UPFC所需提供的最大补偿度作为固定串补所需提供补偿量，若此补偿量超过固定串补装置能提供的最大补偿量，则取固定串补所能提供的最大补偿量作为固定串补装置的补偿量。确定固定串补补偿度后，由UPFC提供余下的补偿度，将此串补度确定为UPFC与固定串补混合方案中UPFC和固定串补相应的补偿度。
考虑各个工况下UPFC需要提供的补偿度，应取各个工况下UPFC需要提供的最大补偿度90.9％作为串联补偿装置的补偿度。然而考虑实际工程中固定串补装置能提供的最大补偿度，令串补装置的补偿度为50％，具体参数如表3所示：
表3
串补度 额定容量
固定串补装置 50％ 40Mvar
加装固定串补装置后，UPFC装置只需提供余下的补偿度，所需安装的UPFC具体参数如表4所示：
表4
参数 并联变流器 串联变流器
额定直流电压 ±15kV ±15kV
换流变压器额定容量 23MVA 28MVA
换流变压器额定变比 220kV/15kV 25kV/15kV
d轴控制方式 定直流电压控制 定线路有功功率控制
q轴控制方式 定交流电压控制 定线路无功功率控制
直流电压指令值 ±15kV \
(5)安装UPFC与固定串补混合方案后，在任一运行工况下对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，若所有故障下电网均满足安全稳定运行条件，则进行步骤(6)；若存在故障使电网不满足安全稳定运行条件，则降低固定串补补偿度提高UPFC补偿度，确定新的方案重复步骤(5)。
安装步骤(4)中确定的UPFC与固定串补混合方案后，在任一运行工况下对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，所安装的方案可以保证在所有工况下故障后负荷持续供电和电网安全稳定运行。
采用UPFC与固定串补混合方案后，当DA线路退出运行后潮流的转移情况如图5所示。为达到需要的潮流控制效果，UPFC并联换流器与串联换流器消耗的有功和无功功率如图6所示(取注入换流站为正)。仿真在需要UPFC容量最大的工况2下进行，具体过程为1秒时DA线路退出运行。
(6)给出最终UPFC与固定串补混合方案，确定UPFC与固定串补相应的安装容量。
由步骤(5)分析可知，步骤(4)中提出的UPFC与固定串补混合方案可以满足负荷持续供电和电网安全稳定运行的需求。所需安装的固定串补与UPFC容量为别为40MVA和51MVA(串联变流器28MVA、并联变流器23MVA)，所提出的UPFC与固定串补混合方案与传统UPFC方案的初步经济性比较如表5所示：
表5
方案名称 传统UPFC方案 UPFC与固定串补混合方案
额定直流电压(kV) ±30 ±15
并联换流站容量(MVA) 43 23
串联换流站容量(MVA) 58 28
直流换流站总容量(MVA) 101 51
换流站单位投资(万元/MVA) 85 78
换流站总造价(万元) 8585 3978
串补容量(Mvar) / 40
串补单位投资(万元/Mvar) / 12
串补总造价(万元) / 480
工程总造价(万元) 8585 4458
由经济性分析可以看出，本实施方式的UPFC与混合串补混合方案与传统UPFC方案相比具有较好的经济性。同时，UPFC与混合串补混合方案中串联变压器额定电压值也大大降低，使其设计难度大大降低。
以上列举的仅是本发明的一个具体实施例，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种降低UPFC工程造价的方法，其特征在于：
在UPFC的被控线路上安装固定串补以提供一个偏置补偿量，该偏置补偿量与UPFC提供的可控补偿量叠加到被控线路上，实现在保证潮流控制效果相同的前提下减少UPFC所需的安装容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定固定串补偏置补偿量的具体方法如下：
1.1确定被控线路所在电力系统实际出现的各种运行工况；
1.2对于任一运行工况，在该运行工况下对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，以寻找确定在满足潮流控制效果和电网安全稳定运行条件下UPFC所需提供的最大补偿度作为该运行工况对应的补偿量S；
1.3取所有运行工况下最大的补偿量S作为固定串补的偏置补偿量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的步骤1.3中，当最大的补偿量S超过固定串补所能提供的额定最大补偿量时，则取该额定最大补偿量作为固定串补的偏置补偿量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在确定固定串补和UPFC的混合补偿方案后，对UPFC安装断面进行N-1故障扫描，若所有故障情况下电网均满足安全稳定运行条件，则根据该混合补偿方案确定UPFC和固定串补的安装容量；若存在故障情况下电网不满足安全稳定运行条件，则降低固定串补的偏置补偿量进而确定UPFC的可控补偿量。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：确定UPFC可控补偿量的具体方法如下：
2.1在被控线路给定有功功率P的前提下，在满足电网安全稳定运行要求的功率区间内对被控线路的无功功率Q进行扫描搜索，以确定对应功率条件下UPFC的安装容量和补偿量；
2.2取安装容量最小条件下所对应的补偿量作为UPFC的可控补偿量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过固定串补提供一个固定的补偿量偏置量，通过UPFC提供一个精确可控补偿量，将两个补偿量一起叠加到输电线路上，在保证潮流控制效果相同的前提下减少UPFC所需要的安装容量，从而使总的工程造价大大降低。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在保证潮流控制效果的前提下，固定串补提供一个偏置的补偿量，UPFC只需提供固定串补无法提供的补偿量以及实现潮流的精确控制。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：适用于通过UPFC实现单方向潮流转移的情况。
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