CN105958475B - 一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法 - Google Patents

一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，所述方法包括如下步骤：(1)确定协调配置目标；(2)确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置；(3)制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案；(4)调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围；(5)提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案。本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置问题。

Description

一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法
技术领域
本发明属于电力系统规划领域，具体涉及一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法。
背景技术
20世纪90年代，美国GE公司提出一种基于传统变压器和旋转型移相变压器(rotary phase shifting transformer，简称RPST)的柔性交流输电装置，即旋转潮流控制器(rotary power flow controller，简称RPFC)。2000年，GE公司在日本中部电网的500kV苏南变电所投运了一套RPFC，用于平衡多条回路之间的潮流。RPFC的核心部件为RPST，使得它在调节速度方面不足统一潮流控制器(UPFC)，但RPFC具备控制简单、耐受冲击能力强、损耗小且造价低的特点，具有广阔的推广价值和应用空间。
串联补偿技术的应用始于1928年(33kV)，是一项十分成熟的技术，在电力系统应用已有80多年的历史。目前高压串补装置在全世界已广泛应用，电压等级从220kV发展到1000kV(我国特高压扩建工程)。由于我国能源基地大多远离负荷中心，为充分提升交流通道输送效率，通常采用在长距离输电通道上加装串补。串补通过缩短线路等效电气距离的方式，提升交流通道输电能力效果明显，但在控制灵活性方面存在不足。
一方面，从平衡多回线路潮流分布、提升输电能力角度，RPFC和串补可以共同发挥作用；另一方面，从控制灵活性考虑，RPFC可以弥补串补的不足。作为调控潮流的两类关键设备，如何对两者进行协调配置是核心问题。现有技术仅能单独实现RPFC装置的功能，目前还没有一项技术能够对RPFC和串补进行协调配置。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法。本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，所述方法包括如下步骤：
(1)确定协调配置目标；
(2)确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置；
(3)制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案；
(4)调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围；
(5)提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案。
优选的，所述步骤(1)中，所述确定协调配置目标是将旋转潮流控制器和特高压串补协同配合形成目标函数。
优选的，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补设在同一线路上，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以实现两者所在线路最大输电能力，选择旋转潮流控制器上调所在线路有功潮流的功能。
优选的，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补分别装设于并列线路，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以平衡并列线路潮流，增加特高压串补所在线路潮流比例，选择旋转潮流控制器下调所在线路有功潮流的功能。
优选的，所述步骤(3)包括如下步骤：
步骤3-1、构建旋转潮流控制器参数和串补参数组合方案，所述旋转潮流控制器参数包括设备参数和控制参数，所述设备参数包括串联变压器变比Tse、并联变压器变比Tsh、旋转型移相变压器变比Trpst，所述控制参数包括旋转型移相变压器的电压移相角α1和α2，所述串补参数是串补度；
步骤3-2、求取所述控制参数，未考虑串补作用，计算方法如下：
设控制参数电压移相角为α1和α2，
定义δ＝(α1-α2)/2，
Figure BDA0000977555210000021
则旋转潮流控制器的变比Trpfc为：
Figure BDA0000977555210000022
式中：Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及旋转潮流控制器的变比，
设接入旋转潮流控制器后线路电压的等效变比为Teq∠θ，公式如下：
Figure BDA0000977555210000023
Figure BDA0000977555210000024
设接入旋转潮流控制器后线路输送有功功率和无功功率分别为PL和QL，公式如下：
Figure BDA0000977555210000031
Figure BDA0000977555210000032
式中：U1,U2为线路送端和受端母线电压幅值；θ1,θ2为线路送端和受端母线电压相角；XL为线路电抗；
步骤3-3、筛选满足输电能力控制目标的组合方案，计及串补作用，考虑稳定性约束，计算不同旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流，计算公式如下：
设最大有功潮流为PLmax，则
PLmax＝min{PLmax1,PLmax2,PLmax3,PLmax4} (6)
式中：PLmax1、PLmax2、PLmax3、PLmax4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限；
以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10％的裕度，筛选旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案。
优选的，所述步骤(4)中，通过在指定的旋转潮流控制器设备参数和串补参数下，通过改变所述旋转潮流控制器的控制参数，计算线路有功功率和无功功率的实际变化范围，进而得出旋转潮流控制器实现灵活性的控制范围。
优选的，所述步骤(5)中，所述最佳配置方案是综合输电能力和灵活性控制要求的筛选结果，选取满足二者要求最小的配置方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明解决了大规模能源基地交流外送通道RPFC参数与串补参数的协调配置问题。以通道输电能力为控制目标，兼顾有功/无功功率控制的灵活性要求，提出RPFC设备参数、控制参数与串补参数组合方案。
附图说明
图1是本发明旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，具体步骤如下：
步骤1、确定协调配置目标；
确定协调配置目标，形成RPFC和串补协同配合的目标函数。多数情况下以通道输电能力为目标函数，兼顾灵活性控制需求。
步骤2、确定RPFC和串补安装位置；
对于指定输电通道，RPFC与串补可以装设在同一线路，也可以分别装设于并列线路。前者需要RPFC与串补协同作用以实现两者所在线路最大输电能力，选择RPFC上调所在线路有功潮流的功能。后者需要RPFC与串补协同作用以平衡并列线路潮流，增加特高压串补所在线路潮流比例，选择RPFC下调所在线路有功潮流的功能。
步骤3、实现输电能力控制目标；
步骤3-1：构建RPFC参数和串补参数组合方案。所述的RPFC参数包括设备参数和控制参数。RPFC设备参数包括串联变压器变比Tse、并联变压器变比Tsh、旋转型移相变压器(RPST)变比Trpst等。RPFC控制参数包括RPST的电压移相角α1和α2。所述的串补参数指串补度。
步骤3-2：求取RPFC控制参数。未考虑串补作用，依据线路潮流与RPFC控制参数间的计算公式(公式1～5)，为达到所需线路潮流控制目标，反过来推算相应的RPFC控制参数。
设RPFC控制参数电压移相角为α1和α2，
定义δ＝(α1-α2)/2，
Figure BDA0000977555210000041
则RPFC的变比Trpfc为，
Figure BDA0000977555210000042
式中：Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及RPST变比。
设接入RPFC后线路电压的等效变比为Teq∠θ，有
Figure BDA0000977555210000043
Figure BDA0000977555210000051
设接入RPFC后线路输送有功功率和无功功率分别为PL和QL，有
Figure BDA0000977555210000052
Figure BDA0000977555210000053
式中：U1,U2为线路送端和受端母线电压幅值；θ1,θ2为线路送端和受端母线电压相角；XL为线路电抗。
步骤3-3：筛选满足输电能力控制目标的组合方案。计及串补作用，考虑稳定性约束，计算不同RPFC设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流。
设最大有功潮流为PLmax，则
PLmax＝min{PLmax1,PLmax2,PLmax3,PLmax4} (6)
式中：PLmax1、PLmax2、PLmax3、PLmax4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限。
以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10％的裕度，筛选RPFC设备参数和串补参数组合方案。
步骤4、校验灵活性控制能力
对于满足输电能力控制目标的组合方案，在指定的RPFC设备参数和串补参数下，改变RPFC控制参数α1和α2，计算线路有功功率和无功功率的实际变化范围，筛选符合有功及无功变化范围要求的组合方案。
步骤5提出RPFC和串补协调配置方案。
综合输电能力和灵活性控制要求的筛选结果，选取满足二者要求的最小配置方案。
以“蒙西外送”特高压交流通道为例，应用本发明提供的RPFC与特高压串补协调配置方法，依次实现确定协调配置目标、确定RPFC和串补安装位置、实现输电能力控制目标、校验灵活性控制能力、提出RPFC和串补协调配置方案各个步骤。
1)确定协调配置目标
以交流通道输电能力为主要目标函数，同时考虑有功功率变化{-15％,15％}，无功功率变化{-20％,20％}的灵活性控制能力。
2)确定RPFC和串补安装位置
从设备制造能力、站址预留等方面考虑工程实施可行性，选择RPFC与串补装设在同一段特高压线路上，即晋北-北京西线路。
3)实现输电能力控制目标
构建RPFC参数和串补参数组合方案。RPFC控制参数电压移相角α1和α2取值为-180°～180°，RPFC设备参数和串补参数取值如表1所示。
求取RPFC控制参数。未考虑串补作用，计算得到RPFC控制参数α1＝α2＝0°
筛选RPFC设备参数和串补参数组合方案。考虑串补作用，计及稳定性约束，满足输电能力控制目标的组合方案为表1中的方案3,5,6,7,8,9。
表1RPFC与串补参数组合方案及输电能力评分
Figure BDA0000977555210000061
4)校验灵活性控制能力
令RPFC控制参数α1和α2在-180°～180°范围内变化，计算线路有功功率和无功功率的变化范围，方案6、方案8、方案9能够满足灵活性控制要求。
5)提出RPFC和串补协调配置方案。选取满足输电能力和灵活性控制要求的最小配置方案，方案6能够满足要求。
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)

1.一种旋转潮流控制器与特高压串补协调配置方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)确定协调配置目标；
(2)确定旋转潮流控制器和特高压串补的安装位置；
(3)制定旋转潮流控制器参数和特高压串补参数的初筛方案；
(4)调整旋转潮流控制器控制参数，校验旋转潮流控制器实现灵活性控制范围；
(5)提出旋转潮流控制器和特高压串补协调的最佳配置方案；
所述步骤(3)包括如下步骤：
步骤3-1、构建旋转潮流控制器参数和串补参数组合方案，所述旋转潮流控制器参数包括设备参数和控制参数，所述设备参数包括串联变压器变比Tse、并联变压器变比Tsh、旋转型移相变压器变比Trpst，所述控制参数包括旋转型移相变压器的电压移相角α1和α2，所述串补参数是串补度；
步骤3-2、求取所述控制参数，未考虑串补作用，计算方法如下：
设控制参数电压移相角为α1和α2，
定义δ＝(α1-α2)/2，
Figure FDA0003292931620000011
则旋转潮流控制器的变比Trpfc为：
Figure FDA0003292931620000012
式中：Tse、Tsh、Trpst分别为串联变压器变比、并联变压器变比及旋转潮流控制器的变比，
设接入旋转潮流控制器后线路电压的等效变比为Teq∠θ，公式如下：
Figure FDA0003292931620000021
Figure FDA0003292931620000022
设接入旋转潮流控制器后线路输送有功功率和无功功率分别为PL和QL，公式如下：
Figure FDA0003292931620000023
Figure FDA0003292931620000024
式中：U1,U2为线路送端和受端母线电压幅值；θ1,θ2为线路送端和受端母线电压相角；XL为线路电抗；
步骤3-3、筛选满足输电能力控制目标的组合方案，计及串补作用，考虑稳定性约束，计算不同旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案下的最大有功潮流，计算公式如下：
设最大有功潮流为PLmax，则
PLmax＝min{PLmax1,PLmax2,PLmax3,PLmax4} (6)
式中：PLmax1、PLmax2、PLmax3、PLmax4分别为热稳极限、静稳极限、暂稳极限、动稳极限；
以最大有功潮流满足线路输电能力为目标，兼顾灵活性控制需求预留10％的裕度，筛选旋转潮流控制器设备参数和串补参数组合方案。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述确定协调配置目标是将旋转潮流控制器和特高压串补协同配合形成目标函数。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补设在同一线路上，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以实现两者所在线路最大输电能力，选择旋转潮流控制器上调所在线路有功潮流的功能。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述旋转潮流控制器和特高压串补分别装设于并列线路，需要旋转潮流控制器和特高压串补协同作用以平衡并列线路潮流，增加特高压串补所在线路潮流比例，选择旋转潮流控制器下调所在线路有功潮流的功能。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过在指定的旋转潮流控制器设备参数和串补参数下，通过改变所述旋转潮流控制器的控制参数，计算线路有功功率和无功功率的实际变化范围，进而得出旋转潮流控制器实现灵活性的控制范围。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述最佳配置方案是综合输电能力和灵活性控制要求的筛选结果，选取满足二者要求最小的配置方案。
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