CN107359618A - 一种电网电压支撑评价系统 - Google Patents

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孙东磊
王艳
赵龙
牟宏
汪湲
张友泉
贾善杰
刘晓明
杨金洪
蒋佳音
张�杰
杨思
曹相阳
王轶群
付木
付一木
李沐
田鑫
杨斌
王男
薄其滨
高效海
张丽娜
魏鑫
魏佳
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    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明涉及一种电网电压支撑评价系统，包括量测单元，量测单元获取电网实时数据来源传输至能量管理系统，能量管理系统为拓扑分析模块、状态分析模块、潮流计算模块、无功优化模块的计算分析准备数据，电压支撑评价计算模块根据电网拓扑分析结果得到的电网拓扑结构连接关系，能量管理系统提供的电网设备结构参数，以及由PMU、潮流计算或状态估计亦或无功优化得到的电网全景电压状态相量，根据电压支撑评价指标计算出对应节点的电压支撑情况。本发明可对电网各负荷节点的电压支撑水平进行度量，进而明确电网电压支撑薄弱节点，对电网无功补偿配置具有重要作用，具有良好的实际应用前景。

Description

一种电网电压支撑评价系统
技术领域：
本发明涉及一种电网电压支撑评价系统，属于电气工程领域。
背景技术：
电网在发电与负荷平衡过程中起着重要的支撑作用。随着互联电网规模的不断扩大，伴随着出现了功率传输的电压支撑问题。电压水平是衡量电网运行水平的重要指标，其与发电机的电压调节能力、发电机-负荷节点相对位置，以及电网结构参数相关。电压支撑情况不仅仅体现在电压水平上，还与伴随着负荷等不确定性的扰动带来的电压稳定情况有关，为此电压支撑评价具有一定的复杂性。传统的基于无功电压灵敏度、P-V曲线法等的电网电压支撑评价系统具有计算复杂度高、计算量差、鲁棒性差等不足，难以满足新形势下新型互联大电网的电压支撑评价计算需求。此外，传统的电网电压支撑评价系统与电网无功优化模块并无关联起来，无法对无功优化前后的电压支撑水平效果进行量化对比。
发明内容：
本发明要提供一种只需来自能量管理系统的潮流状态数据或量测数据，计算方便，可靠性高的电网电压支撑评价系统。
本发明所提供的电网电压支撑评价系统，其特征是，包括量测单元，量测单元获取电网实时数据来源传输至能量管理系统，能量管理系统为拓扑分析模块、状态分析模块、潮流计算模块、无功优化模块的计算分析准备数据，电压支撑评价计算模块根据电网拓扑分析结果得到的电网拓扑结构连接关系，能量管理系统提供的电网设备结构参数，以及由PMU、潮流计算或状态估计亦或无功优化得到的电网全景电压状态相量，根据电压支撑评价指标计算出对应节点的电压支撑情况。
所述的电压支撑评价指标中负荷节点的指标，其表达式为
式中，Γi表示负荷节点i的电压支撑指标，Γi∈[1,2)，越大表示节点电压支撑水平越差；Vi和θi分别为节点i的电压幅值、电压相角；NG为发电机节点集合；ND为负荷节点集合；为矩阵RLG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；为矩阵ILG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；矩阵RLG和矩阵ILG分别为复数矩阵FLG的实部、虚部，其中矩阵FLG对应着节点导纳矩阵中消去负荷节点后负荷节点和发电机节点之间的关联矩阵，各列对应发电机节点，各行对应负荷节点，其给出了发电机节点和负荷节点之间的网络拓扑关系，其将被支撑的负荷节点电压与主动可调节的发电机节点电压联系起来，相关表达式为
其中，IG＝[I1,…,Ig]T为发电机节点注入电流向量；IL＝[Ig+1,…,In]T为负荷节点注入电流向量；VG＝[V1,…,Vg]T为发电机节点电压向量；VL＝[Vg+1,…,Vn]T为负荷节点电压向量；YGG，YGL，YLG和YLL为区分发电机节点和负荷节点后节点导纳矩阵Y的各子阵。
本发明的有益效果是：
可对电网各负荷节点的电压支撑水平进行度量，进而明确电网电压支撑薄弱节点，对电网无功补偿配置具有重要作用，具有良好的实际应用前景。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明实施例提供的一种电网电压支撑评价系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电网电压支撑评价系统的部署示意图。
具体实施例：
如图1电网电压支撑评价系统，该电网电压支撑评价系统包括：
量测单元。量测单元涵盖远程终端装置(RTU)、数据传输单元(DTU)、相量量测单元(PMU)等，是获得电网实时数据的来源；
能量管理系统。能量管理系统(EMS)与数据采集与监视控制系统(SCADA)一起完成对终端量测数据预处理，以为拓扑分析模块、状态估计模块、潮流计算模块、无功优化模块的计算分析准备数据；
拓扑分析模块。拓扑分析模块对电网的拓扑连接关系进行计算，对系统连接关系进行甄别，以明确电网各节点与支路的连接关系；
状态估计模块。状态估计模块融入量测数据容错机制，确定系统的全景状态；
潮流计算模块。潮流计算模块基于已知的量测数据确定未知的电压相量等状态变量值；
无功优化模块。无功优化模块通过对发电机励磁、无功补偿装置以及有载调压变压器控制量进行优化以提升电网的电压水平，引入该模块的目的是对无功优化前后的电压支撑水平进行对比；
电压支撑评价计算模块。电压支撑评价计算模块是根据电网拓扑分析结果得到的电网拓扑结构连接关系，能量管理系统提供的电网设备结构参数，以及由PMU、潮流计算或状态估计亦或无功优化得到的电网全景电压状态相量，根据电压支撑评价指标计算出对应节点的电压支撑情况。其中电压支撑评价指标主要是指负荷节点的指标，其表达式为
式中，Γi表示负荷节点i的电压支撑指标，Γi∈[1,2)，越大表示节点电压支撑水平越差；Vi和θi分别为节点i的电压幅值、电压相角；NG为发电机节点集合；ND为负荷节点集合；为矩阵RLG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；为矩阵ILG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；矩阵RLG和矩阵ILG分别为复数矩阵FLG的实部、虚部，其中矩阵FLG对应着节点导纳矩阵中消去负荷节点后负荷节点和发电机节点之间的关联矩阵，各列对应发电机节点，各行对应负荷节点，其给出了发电机节点和负荷节点之间的网络拓扑关系，其将被支撑的负荷节点电压与主动可调节的发电机节点电压联系起来，相关表达式为
其中，IG＝[I1,…,Ig]T为发电机节点注入电流向量；IL＝[Ig+1,…,In]T为负荷节点注入电流向量；VG＝[V1,…,Vg]T为发电机节点电压向量；VL＝[Vg+1,…,Vn]T为负荷节点电压向量；YGG，YGL，YLG和YLL为区分发电机节点和负荷节点后节点导纳矩阵Y的各子阵。
如图2所示，一种电网电压支撑评价系统的部署结构图，虚线框内即为所述电网电压支撑评价系统的部署架构，由电压支撑评价计算服务器、电压支撑评价监视工作站，以及与其接口的SCADA/EMS系统构成，总体部署于安全Ⅰ区。SCADA/EMS系统通过通信通道与RTU/PMU终端互联。所述电网电压支撑评价系统通过物理隔离连接于WEB服务器，通过TCP/IP、B/S架构与客户端相连，由此实现在内网内相关技术人员或运行人员可以随时查看电网的电压支撑情况。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
上述实施案例仅是为清楚本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种电网电压支撑评价系统，其特征是，包括量测单元，量测单元获取电网实时数据来源传输至能量管理系统，能量管理系统为拓扑分析模块、状态分析模块、潮流计算模块、无功优化模块的计算分析准备数据，电压支撑评价计算模块根据电网拓扑分析结果得到的电网拓扑结构连接关系，能量管理系统提供的电网设备结构参数，以及由PMU、潮流计算或状态估计亦或无功优化得到的电网全景电压状态相量，根据电压支撑评价指标计算出对应节点的电压支撑情况。
2.根据权利要求1所述的一种电网电压支撑评价系统，其特征是，所述的电压支撑评价指标中负荷节点的指标，其表达式为
<mrow> <msub> <mi>&amp;Gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>G</mi> </msub> </mrow> </munder> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>G</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msubsup> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>G</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msubsup> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>D</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Γi表示负荷节点i的电压支撑指标，Γi∈[1,2)，越大表示节点电压支撑水平越差；Vi和θi分别为节点i的电压幅值、电压相角；NG为发电机节点集合；ND为负荷节点集合；为矩阵RLG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；为矩阵ILG中与负荷节点i、发电机节点j相对应的元素；矩阵RLG和矩阵ILG分别为复数矩阵FLG的实部、虚部，其中矩阵FLG对应着节点导纳矩阵中消去负荷节点后负荷节点和发电机节点之间的关联矩阵，各列对应发电机节点，各行对应负荷节点，其给出了发电机节点和负荷节点之间的网络拓扑关系，其将被支撑的负荷节点电压与主动可调节的发电机节点电压联系起来，相关表达式为
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>G</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>G</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中，IG＝[I1,…,Ig]T为发电机节点注入电流向量；IL＝[Ig+1,…,In]T为负荷节点注入电流向量；VG＝[V1,…,Vg]T为发电机节点电压向量；VL＝[Vg+1,…,Vn]T为负荷节点电压向量；YGG，YGL，YLG和YLL为区分发电机节点和负荷节点后节点导纳矩阵Y的各子阵。
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