CN105207221B - 一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，包括步骤：(1)得到电网外受电比例预测结果；(2)确定电网受电通道方案；(3)通过规划受电通道增加电网的外受电比例，直到预期结果；(4)大比例受电情景下受电通道优化方案的确定；(5)随着外受电比例增加，寻找电网中电压稳定薄弱区域；(6)提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；(7)动态无功补偿装置方案的确定。本发明提出提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，能够寻找到电网电压最低区域即电压稳定性薄弱区域，并提出了动态无功补偿的方法以提高薄弱区域的电压稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电网动态无功配置技术领域，特别是一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法。
背景技术
随着经济的迅猛发展，对于经济发达，人口众多，系统负荷大且增长速度很快的大中城市，城市地区地域狭小，一次能源资源严重匮乏，受端电网规模不断扩大，同时，清洁能源大力发展，外受电比例进一步提高。随着外受电容量日益增大，受端地区机组增加速度放缓，负荷中心地区日益缺乏动态无功支撑，电压稳定性脆弱，因此电压稳定问题越来越受到研究人员的密切关注。国内各大电网都纷纷开展了电压稳定的研究工作，对电网的不同运行方式进行稳态潮流分析、静态电压稳定分析、暂态稳定分析、典型负荷状态下的静态电压稳定性分析，并针对无功补偿变化、运行方式变化、网络结构变化对电压稳定裕度的影响进行敏感性分析，上述这些研究与分析各具特色，使电压稳定问题逐步引向深入。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，包括步骤如下：
(1)对电网受电趋势历史进行分析，并依据负荷预测、电源建设对电网受电发展趋势进行预测，得到电网外受电比例预测结果；
①根据电网年发电量和年电力消费量，计算出各年受电量和受电比例，得到受电比例逐年变化趋势；
②最大负荷的预测，利用小时法、负荷率法预测规划期最大负荷的总体发展水平、分类结构和增长速度；
③得到每年净增机组发电量，根据电源建设项目及规划关停机组，通过差值运算得到每年净增机组发电量；
④结合最大负荷预测结果、电源建设、电源关停进度，对电网进行电力平衡计算，若存 在电力缺额并考虑缺额全部通过外部受电解决，得到电网外受电比例预测结果，得到电网受电发展趋势；
(2)确定电网受电通道方案；
①结合电网现状和电网规划，得到电网与周边电网的电气连接线路，确定电网与周边电网的联络通道，
②根据区外电源的建设进度、关停进度及地理位置，确定区外电网送电组织方式；
③结合上述联络通道和区外送电组织方式确定受电方向、受电通道；
(3)通过规划受电通道增加电网的外受电比例，直到预期结果；
①采取逐渐减少网内220kV电网接入电厂的开机，按照等比例关停的原则在全网内均匀的关停机组，即电厂出力越多，减少的出力也就越多；
②逐步增加电网外受功率，首先从单一受电通道增加电网外受功率；再者采取混合受电，即从多个受电通道增加电网外受功率；
③逐渐减少网内电厂开机、增加电网外受功率，使得电网的外受电比例逐渐增加，直到预测结果；
(4)大比例受电情景下受电通道优化方案的确定；
①受电通道优化方案前提条件的确定，随着外受电比例的增大，电网运行时出现个别线路不满足N-1原则、个别站点母线短路电流超标的可能性增大，因此本方法选取外受电比例最高时电网运行方式为考察对象；
②利用BPA软件对电网进行潮流、稳定和短路电流校验，如果潮流、稳定和短路均能满足规程要求，说明电网运行方式是合理、可行的，否则需要采取措施来满足规程要求；
③若出现个别线路不满足N-1原则，说明此线路或此线路所在输电通道潮流过重，采取新建输电通道，转移潮流以降低此线路或此线路所在输电通道潮流；
④若出现个别站点母线短路电流超标，采取变压器分列运行或者断开某些线路的措施；
⑤采取措施后，需要重新进行潮流、稳定和短路电流校验，直到满足相关规程要求；
(5)随着外受电比例增加，寻找电网中电压稳定薄弱区域；
①外受电比例由某一下限值按照一定步长增长到某一上限值，每次记录下电网内枢纽站高压母线值、中压母线值，并作出电网电压水平与外受电比例关系图；
②利用灵敏度法进行电网电压薄弱区域分析，求取当系统处于临界电压失稳点时刻的灵 敏度值，计算出全网所有站点的dVL/dQL数值，确定整个电网中电压相对薄弱区域；
③采用V—Q曲线法进行电网电压薄弱区域分析，确定整个电网中电压相对薄弱区域；
④采用P—V曲线法进行电网电压薄弱区域分析，绘制站点电压随节点负荷增长发生变化的曲线，确定全网所有站点的功率储备系数Kp，储备系数越小，站点的电压稳定水平越差，以此确定整个电网中电压相对薄弱站点；
(6)提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；
①提高受端系统的运行电压，提高系统的电压稳定性；
②配置低压减载措施，提高受端系统的电压稳定性；
③改变电网结构，提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；
④增加无功补偿装置，提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；
(7)动态无功补偿装置方案的确定；
①故障类型的确定，包括线路单相瞬时故障、三相永久故障、主变压器故障、发电机失磁故障及主变压器低压侧无功设备故障；
②考察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况；
③无功补偿装置安装地点的确定；
④无功补偿装置类型的确定；
⑤无功补偿装置容量的确定；
⑥综上分析，最终得出无功配置方案。
而且，所述步骤(5)中③步的确定整个电网中电压相对薄弱区域的具体方法为：首先绘制站点电压随无功功率变化的关系曲线，运行点到临界稳定点的距离越短、曲线斜率越小，说明站点电压受无功变化影响越大，站点电压稳定水平越差，然后即可以此确定整个电网中电压相对薄弱区域。
而且，所述步骤(5)中④步的功率储备系数Kp为实际运行点的负荷P0与极限功率Pmax的差值，其中，电压随节点负荷变化曲线的拐点为稳定运行的临界点，所对应的负荷Pmax为极限功率。
而且，所述步骤(6)中①步的受端尤其是指末端。
而且，所述步骤(6)中②步的低压减载措施具体方法为：在电压稳定问题突出的受端电网，提高低压减负荷的动作电压，设定动作为0.85p.u.，同时减小低压减负荷的动作时间， 通过减负荷措施来加快系统的电压恢复。
而且，所述步骤(6)中③步的具体方法包括：在电压稳定薄弱区域与主网架之间架设线路通道。
而且，所述步骤(6)中④步的增加无功补偿装置具体为：在500kV变电站加装无功补偿装置。
而且，所述步骤(7)中③步的具体方法为：在电压薄弱站点及其周边站点分别装设同样容量、同样类型的动态无功补偿装置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备制造能力及工程实际情况，确定安装地点。
而且，所述步骤(7)中④步的具体方法为：确定无功补偿装置安装地点之后，在安装地点分别装设同样容量的不同类型的动态无功补偿装置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及工程实际情况，确定装置类型。
而且，所述步骤(7)中⑤步的具体方法为：在安装地点分别装设同样类型不同容量的动态无功补偿装置，不同容量可按照一定容量差值进行配置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及场地扩建情况，确定装置容量大小。
本发明的优点和积极效果是：
本发明提出一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，能够寻找到电网电压最低区域即电压稳定性薄弱区域，并提出了无功补偿装置的方法以提高薄弱区域的电压稳定性。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，所述方法包括下述步骤：
(1)对电网受电趋势历史进行分析，并依据负荷预测、电源建设对电网受电趋势发展进行预测；
①根据近十年来电网年发电量和年电力消费量，计算出各年受电量和受电比例，得到受 电比例逐年变化趋势；
②最大负荷的预测，利用小时法、负荷率法的预测方法，预测规划期最大负荷的总体发展水平、分类结构和增长速度；
③得到每年净增机组发电量，根据电源建设项目及规划关停机组，通过差值运算得到每年净增机组发电量；
④结合最大负荷预测结果、电源建设、电源关停进度，对电网进行电力平衡计算，若存在电力缺额并考虑缺额全部通过外部受电解决，得到电网外受电比例预测结果，得到电网受电发展趋势；
(2)电网受电通道规划方案研究；
①结合电网现状和电网规划，得到电网与周边电网的电气连接线路，确定电网与周边电网的联络通道，
②根据区外电源的建设进度、关停进度及地理位置，综合确定区外电网送电组织方式；
③结合上述联络通道和区外送电组织方式确定受电方向、受电通道；
(3)通过规划受电通道增加电网的外受电比例，直到预期结果；
①采取逐渐减少网内220kV电网接入电厂的开机，按照等比例关停的原则在全网内均匀的关停机组，即电厂出力越多，减少的出力也就越多；
②逐步增加电网外受功率，首先从单一受电通道增加电网外受功率；再者采取混合受电，即从多个受电通道增加电网外受功率；
③逐渐减少网内电厂开机、增加电网外受功率，使得电网的外受电比例逐渐增加，直到预测结果；
(4)大比例受电情景下受电通道优化方案的确定
①受电通道优化方案前提条件的确定，随着外受电比例的增大，电网运行时出现个别线路不满足N-1原则、个别站点母线短路电流超标的可能性增大，因此本方法选取外受电比例最高时电网运行方式为考察对象；
②利用BPA软件对电网进行潮流、稳定和短路电流校验，如果潮流、稳定和短路均能满足规程要求，说明电网运行方式是合理、可行的，否则需要采取措施来满足规程要求；
③若出现个别线路不满足N-1原则，说明此线路或此线路所在输电通道潮流过重，可以采取新建输电通道，转移潮流以降低此线路或此线路所在输电通道潮流；
④若出现个别站点母线短路电流超标，可以采取变压器分列运行或者断开某些线路的措施；
⑤采取措施后，需要重新进行潮流、稳定和短路电流校验，直到满足相关规程要求；
(5)随着外受电比例增加，寻找电网中电压稳定薄弱区域；
①外受电比例由某一下限值按照一定步长增长到某一上限值，每次记录下电网内枢纽站高压、中压母线值，并作出电网电压水平与外受电比例关系图；曲线的斜率越大，说明电压稳定水平越差，据此可以确定整个电网中电压相对薄弱区域；
②利用灵敏度法进行电网电压薄弱区域分析，求取当系统处于临界电压失稳点时刻的灵敏度值，反映系统临近电压失稳时各节点承受扰动的能力，计算出全网所有站点的dVL/dQL数值，确定整个电网中电压相对薄弱区域；灵敏度指标是一个状态指标，反映的是电网某一运行状态下节点承受扰动的能力，属于静态分析方法，灵敏度越小，系统越稳定，但是灵敏度指标存在局限性，系统运行状态或运行时刻不同，灵敏度值不同，且表现为非线性关系，本方法求取当系统处于临界电压失稳点时刻的灵敏度值，反映的是系统临近电压失稳时各节点承受扰动的能力，计算出全网所有站点的dVL/dQL，数值越大，说明站点电压稳定水平越差，确定整个电网中电压相对薄弱区域；
③采用V—Q曲线法进行电网电压薄弱区域分析，确定整个电网中电压相对薄弱区域；首先绘制站点电压随无功功率变化的关系曲线，运行点到临界稳定点的距离与曲线的斜率均可反映该站点的电压稳定水平，运行点到临界稳定点的距离越短、曲线斜率越小，说明站点电压受无功变化影响越大，站点电压稳定水平越差，确定整个电网中电压相对薄弱区域。
④采用P—V曲线法进行电网电压薄弱区域分析，绘制站点电压随节点负荷增长发生变化的曲线，确定全网所有站点的功率储备系数Kp，储备系数越小，站点的电压稳定水平越差，以此确定整个电网中电压相对薄弱站点；电压随节点负荷变化曲线的拐点为稳定运行的临界点，所对应的负荷Pmax为极限功率，实际运行点的负荷P0与极限功率Pmax的差值表示该站点的电压稳定裕度，通常用功率储备系数Kp来反映稳定裕度，得到全网所有站点的功率储备系数，储备系数越小，站点的电压稳定水平越差，可以确定整个电网中电压相对薄弱区域；
(6)提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；
①提高受端系统的运行电压，提高系统的电压稳定性；其中，受端尤其是指末端。
②配置低压减载措施，提高受端系统的电压稳定性；具体方法为：在电压稳定问题比较 突出的受端电网，适当提高低压减负荷的动作电压，设定动作为0.85p.u.，同时减小低压减负荷的动作时间，通过减负荷措施来加快系统的电压恢复；
③改变电网结构，提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性，具体方法包括通过在电压稳定薄弱区域与主网架之间架设线路通道，一方面可以加强电压稳定薄弱区域与主网的联系，另一方可以分散潮流，降低线路无功损耗，从而提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性；
④增加无功补偿装置，提高电压稳定薄弱区域的电压稳定性，其中，增加无功补偿装置具体为：500kV变电站加装无功补偿装置；受端系统存在电压稳定问题的根本原因在于缺乏足够的电源(无功)支撑。在电网规划中应保持受端系统内部合理的电源容量。
受端系统可以动用的无功电源包括500kV变电站无功补偿装置、220kV及以下电网无功补偿装置以及接入220kV电网发电机组。本方法重点论述通过500kV变电站加装无功补偿装置，以提高电压薄弱区域的电压稳定性。
(7)动态无功补偿装置方案的确定
动态无功补偿装置可以在系统故障后迅速注入无功功率提供电压支撑，提高电力系统暂态稳定水平，装置的配置方案对其作用效果有很大的影响。针对无功补偿装置不同安装地点、不同类型及不同容量进行了仿真计算，提出合理无功配置方案。
①故障类型的确定，包括线路单相瞬时故障、三相永久故障、主变压器故障、发电机失磁故障、主变压器低压侧无功设备故障；
②考核内容的确定，考察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况；为反映动态无功补偿装置对电压薄弱站点的电压改善效果，可以考察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况。
③无功补偿装置安装地点的确定，在电压薄弱站点及其周边站点分别装设同样容量、同样类型的动态无功补偿装置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备制造能力及工程实际情况，综合确定安装地点；
④无功补偿装置类型的确定，确定无功补偿装置安装地点之后，在安装地点分别装设同样容量的不同类型的动态无功补偿装置，(例如：SVC、STATCOM),模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及工程实际情况，综合确定装置类型；
⑤无功补偿装置容量的确定，在安装地点分别装设同样类型不同容量的动态无功补偿装 置，不同容量可按照一定容量差值(例如：100MVar、150MVar、2000MVar等)进行配置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及场地扩建情况，综合确定装置容量大小。
⑥综上分析，最终得出无功配置方案。
Claims (10)
1.一种提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)对电网受电趋势历史进行分析，并依据负荷预测、电源建设对电网受电发展趋势进行预测，得到电网外受电比例预测结果；
①根据电网年发电量和年电力消费量，计算出各年受电量和受电比例，得到受电比例逐年变化趋势；
②最大负荷的预测，利用小时法、负荷率法预测规划期最大负荷的总体发展水平、分类结构和增长速度；
③得到每年净增机组发电量，根据电源建设项目及规划关停机组，通过差值运算得到每年净增机组发电量；
④结合最大负荷预测结果、电源建设、电源关停进度，对电网进行电力平衡计算，若存在电力缺额并考虑缺额全部通过外部受电解决，得到电网外受电比例预测结果，得到电网受电发展趋势；
(2)确定电网受电通道方案；
①结合电网现状和电网规划，得到电网与周边电网的电气连接线路，确定电网与周边电网的联络通道；
②根据区外电源的建设进度、关停进度及地理位置，确定区外电网送电组织方式；
③结合上述联络通道和区外电网送电组织方式确定受电方向、受电通道；
(3)通过规划受电通道增加电网的外受电比例，直到预期结果；
①采取逐渐减少网内220kV电网接入电厂的开机，按照等比例关停的原则在全网内均匀的关停机组，即电厂出力越多，减少的出力也就越多；
②逐步增加电网外受功率，首先从单一受电通道增加电网外受功率；再者采取混合受电，即从多个受电通道增加电网外受功率；
③逐渐减少网内电厂开机、增加电网外受功率，使得电网的外受电比例逐渐增加，直到预测结果；
(4)大比例受电情景下受电通道优化方案的确定；
①受电通道优化方案前提条件的确定，随着外受电比例的增大，电网运行时出现个别线路不满足N-1原则、个别站点母线短路电流超标的可能性增大，因此本方法选取外受电比例最高时电网运行方式为考察对象；
②利用BPA软件对电网进行潮流、稳定和短路电流校验，如果潮流、稳定和短路电流均能满足规程要求，说明电网运行方式是合理、可行的，否则需要采取措施来满足规程要求；
③若出现个别线路不满足N-1原则，说明此线路或此线路所在输电通道潮流过重，采取新建输电通道，转移潮流以降低此线路或此线路所在输电通道潮流；
④若出现个别站点母线短路电流超标，采取变压器分列运行或者断开某些线路的措施；
⑤采取措施后，需要重新进行潮流、稳定和短路电流校验，直到满足相关规程要求；
(5)随着外受电比例增加，寻找电网中电压稳定性薄弱区域；
①外受电比例由某一下限值按照一定步长增长到某一上限值，每次记录下电网内枢纽站高压母线值、中压母线值，并作出电网电压水平与外受电比例关系图；
②利用灵敏度法进行电网电压稳定性薄弱区域分析，求取当系统处于临界电压失稳点时刻的灵敏度值，计算出全网所有站点的dVL/dQL数值，确定整个电网中电压稳定性相对薄弱区域；
③采用V—Q曲线法进行电网电压稳定性薄弱区域分析，确定整个电网中电压稳定性相对薄弱区域；
④采用P—V曲线法进行电网电压稳定性薄弱区域分析，绘制站点电压随节点负荷增长发生变化的曲线，确定全网所有站点的功率储备系数Kp，储备系数越小，站点的电压稳定水平越差，以此确定整个电网中电压稳定性相对薄弱站点；
(6)提高电压稳定性薄弱区域的电压稳定性；
①提高受端系统的运行电压，提高系统的电压稳定性；
②配置低压减载措施，提高受端系统的电压稳定性；
③改变电网结构，提高电压稳定性薄弱区域的电压稳定性；
④增加无功补偿装置，提高电压稳定性薄弱区域的电压稳定性；
(7)动态无功补偿装置方案的确定；
①故障类型的确定，包括线路单相瞬时故障、三相永久故障、主变压器故障、发电机失磁故障及主变压器低压侧无功设备故障；
②考察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况；
③无功补偿装置安装地点的确定；
④无功补偿装置类型的确定；
⑤无功补偿装置容量的确定；
⑥综上分析，最终得出无功配置方案。
2.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(5)中③步的确定整个电网中电压稳定性相对薄弱区域的具体方法为：首先绘制站点电压随无功功率变化的关系曲线，运行点到临界稳定点的距离越短、曲线斜率越小，说明站点电压受无功变化影响越大，站点电压稳定水平越差，然后由此确定整个电网中电压稳定性相对薄弱区域。
3.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(5)中④步的功率储备系数Kp为实际运行点的负荷P0与极限功率Pmax的差值，其中，电压随节点负荷变化曲线的拐点为稳定运行的临界点。
4.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(6)中①步的受端是指末端。
5.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(6)中②步的低压减载措施具体方法为：在电压稳定问题突出的受端电网，提高低压减负荷的动作电压，设定动作为0.85p.u.，同时减小低压减负荷的动作时间，通过减负荷措施来加快系统的电压恢复。
6.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(6)中③步的具体方法包括：在电压稳定性薄弱区域与主网架之间架设线路通道。
7.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(6)中④步的增加无功补偿装置具体为：在500kV变电站加装无功补偿装置。
8.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(7)中③步的具体方法为：在电压稳定性薄弱站点及其周边站点分别装设同样容量、同样类型的动态无功补偿装置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备制造能力及工程实际情况，确定安装地点。
9.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(7)中④步的具体方法为：确定无功补偿装置安装地点之后，在安装地点分别装设同样容量的不同类型的动态无功补偿装置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及工程实际情况，确定装置类型。
10.根据权利要求1所述的提高大比例外受电情景下电网电压稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(7)中⑤步的具体方法为：在安装地点分别装设同样类型不同容量的动态无功补偿装置，不同容量可按照一定容量差值进行配置，模拟不同类型故障发生，观察故障后薄弱站点高压侧、中压侧母线电压恢复情况，并结合设备经济造价及场地扩建情况，确定装置容量大小。
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