CN108206524A - 一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法 - Google Patents

Abstract

为减小覆冰对电网正常运行的影响,提出了一种输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法。该方法以输电线防覆冰为目标,通过无功补偿控制线路的无功电流,逐步增大可能覆冰线路的工作电流,在不影响电网安全运行的前提下,使其稍大于线路的临界不覆冰电流,用工作电流所产生的线路功率损耗的热量平衡线路覆冰所需的热量,从而破坏覆冰形成的条件,防止覆冰的形成。

Description

一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法

技术领域

本发明涉及输电线路防覆冰以及在线除冰的方法，特别是涉及一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法。

背景技术

由于全球性气候变暖,加之受大气候、微地形、微气象条件的影响,近几年国内电网覆冰灾害不断加剧,覆冰影响范围日益扩大,造成的危害越来越严重。尤其是从2008年1月10日开始,至2008年3月5日为止,南方大部分地区出现了历史上罕见的持续低温、雨雪冰冻极端天气,造成输变电设备设施严重覆冰,输电线路发生倒塔、断线、跳闸,部分地区大面积停电。由于覆冰给电力系统带来的影响、危害极大,对于防覆冰的研究已经越来越受到国内外相关研究机构的重视。融冰的方法有将近30余种,按机理大致可以分为机械振动除冰、介质损耗除冰、短路电磁力除冰、电脉冲除冰、直流融冰、新型导线防覆冰和融冰、热力融冰7类。但目前尚无一种安全、经济、可靠、有效、简单的输电线路防除冰方法。国内对于2008年的冰灾也是主要采取人工敲击的方法,这种方法上手快,无需特殊的技术要求,但需要大量的人力停电操作,时间长,工作量大,操作者的人身安全难以保证。

输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法以防止线路覆冰作为首要目标。通过控制可能覆冰输电线路上的电流,使其达到临界不覆冰条件(即临界不覆冰电流),从机理上破坏覆冰在线路上的形成条件。与传统的热力融冰相比,输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法是在覆冰气象条件下通过优化无功补偿措施,增加易覆冰线路的无功电流,使其线路电流稍大于临界不覆冰电流,从而破坏覆冰形成条件,达到防覆冰的目的,同时使全网的网损最小,减少防覆冰状态的功率消耗。在覆冰气象条件消失后,取消防覆冰措施。

发明内容

本发明提出一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，来解决现有的现有架空输电线路防覆冰难的问题，同时使全网的网损尽可能小, 减少防覆冰状态的功率消耗。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法包括如下步骤：

S1：在线路终端加装并联电抗器。通过并联电抗器调整输电线路上的无功功率,增大线路损耗,使线路电流可以达到临界不覆冰电流。

S2：在线路首端加装并联电容器并通过其向输电线路终端提供无功功率,以避免由于无功不平衡造成电网的某些节点电压下降。

S3：通过线路终端加装的并联电抗器和首端加装的并联电容器使线路的网损增加。

S4：通过对无功电流进行整体优化,实现待防覆冰电流达到该条线路的临界不覆冰电流。

本发明主要针对在给定条件下,通过全网优化无功控制,在不影响电网安全运行的情况下,可以使覆冰区域易覆冰线路满足不覆冰的要求。并且使得无功补偿防覆冰消耗系统网损最少。可控线损防覆冰与传统的融冰手段相比,具有实用性强、防覆冰损失小和安全经济的优点。控制措施可由调度部门和变电站直接控制,可用于不同电压等级的输电系统的防覆冰。

附图说明

图1本发明的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法步骤流程图；

图2是一条独立输电网,无功控制线损防覆冰的工作原理见图

具体实施方式

以下结合附图描述根据本发明实施例的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法。

一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，包括以下步骤：

S1：在终端加装并联电抗器。通过并联电抗器调整输电线路上的无功功率,增大线路损耗,使线路电流可以达到临界不覆冰电流。

在图1中,母线A的输入功率为P₁+jQ₁,母线B所带负荷功率为P₂+jQ₂。线路上的传输功率为P+jQ,导线上流过的电流为：

式中:P＝P₂；Q＝Q₂。

电容器和电抗器投入运行,线路末端的功率变为:P＝P2,Q＝Q2+QL,线路电流变为：

式中:I_C为临界不覆冰电流。

S2：在线路首端加装并联电容器并通过其向输电线路终端提供无功功率,以避免由于无功不平衡造成电网的某些节点电压下降。

为不影响其他线路的正常运行,在线路的首端投入相应容量的电容器, 线路首端的功率变为P1+j(Q1+QC),使

式中:Q_L和Q_C分别为两端需要投入的电感和电容功率。

S3：通过线路终端加装的并联电抗器和首端加装的并联电容器使线路的网损增加。

在终端加装并联电抗器,首端加装并联电容器后，此时的有功网损为：

式中:R_l为线路电阻；I_QL为由电源侧提供的无功电流,亦即并联电感吸收的无功电流。

由于增加了I_QL,线路电流比没有在末端补偿电抗的情况大,适当调节并联电抗值,就可以达到临界不覆冰电流,满足防覆冰条件。

S4：通过对无功电流进行整体优化,实现待防覆冰电流达到该条线路的临界不覆冰电流。

输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法是在保证电网安全运行的前提下,通过优化调节无功功率,使防覆冰线路满足不覆冰条件的系统有功网损较小。步骤S4的无功电流进行整体优化法包括以下：

S401：设置目标函数

基于可控线损防覆冰的无功优化目标为网损最小和单条待防覆冰线路电流大于临界防覆冰电流,如下式：

P_{ij loss}≥P_{ij loss min}i，j∈N

式中:P_{ij loss}为防覆冰线路的网损；P_{ij loss min}为对于单条线路的临界不覆冰网损；N为所有节点的集合,包括PV节点和平衡节点。

将临界不覆冰电流转化为临界不覆冰网损,考虑将单条线路网损大于临界网损作为目标函数中的限制条件,将其写成罚函数的形式,目标函数写成：

F＝f₁+∑λP_{ij loss}

式中:λ为罚函数

S402:建立潮流功率平衡约束条件

在进行潮流计算时,需要满足功率平衡方程：

式中：i∈N；P_is和Q_is分别为各节点的实际有功和无功功率。

S403:建立不等式约束条件

设置变量，进行控制变量的不等式约束优化。对状态变量进行不等式约束：

U_{i min}≤U_i≤U_{i max}

Q_{i min}≤Q_i≤Q_{i max}

式中:U_i为各PQ节点电压；Q_i为各发电机节点的无功出力。

将状态变量按罚函数形式写入目标函数,得

式中:N_q和N_t分别为PQ节点、发电机节点的集合,并有

S404:优化的算法

采用粒子群优化算法对目标函数进行优化。全网优化无功后,待防覆冰线路的网损大于对应的临界不覆冰网损。

Claims (5)

1.一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，其特征在于：

S1：在线路终端加装并联电抗器，通过并联电抗器调整输电线路上的无功功率,增大线路损耗,使线路电流可以达到临界不覆冰电流；

S2：在线路首端加装并联电容器并通过其向输电线路终端提供无功功率,以避免由于无功不平衡造成电网的某些节点电压下降；

S3：通过线路终端加装的并联电抗器和首端加装的并联电容器使线路的网损增加；

S4：通过对无功电流进行整体优化,实现待防覆冰电流达到该条线路的临界不覆冰电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，其特征在于，所述步骤S1在线路终端加装并联电抗器，使负荷处吸收的无功功率增大，进而增大整条线路的无功功率，使得线路电流不小于临界不覆冰电流。

3.根据权利要求1所述的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，其特征在于，所述步骤S2在线路首端加装并联电容器并通过其向输电线路终端提供无功功率，以避免由于无功不平衡造成电网的某些节点电压下降，线路首段并联无功电容器，满足末端电抗器吸收的无功功率，使得整条线路的无功保持平衡，保证电网的节点电压满足在合理的范围之内。

4.根据权利要求1所述的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，其特征在于，所述步骤S3：通过线路终端加装的并联电抗器和首端加装的并联电容器使线路的网损增加，在终端加装并联电抗器,首端加装并联电容器把有功网损增大:

I_QL为线路加装并联电抗器和电容器时增加的电流。

5.根据权利要求1所述的一种基于输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法，其特征在于，所述步骤S4：通过对无功电流进行整体优化；实现待防覆冰电流达到该条线路的临界不覆冰电流，具体包括：

S401：设置目标函数：

使得单条待防覆冰线路电流f₁大于临界防覆冰电流，

P_{ij loss}≥P_{ij loss min} i，j∈N

式中:P_{ij loss}为防覆冰线路的网损；P_{ij loss min}为对于单条线路的临界不覆冰网损；N为所有节点的集合，包括PV节点和平衡节点；

将单条线路网损大于临界网损作为目标函数中的限制条件，将其写成罚函数的形式，目标函数写成：

F＝f₁+∑λP_{ij loss}

式中:λ为罚函数

S402:建立潮流功率平衡约束条件

式中：i∈N；P_is和Q_is分别为各节点的实际有功和无功功率；

S403:建立不等式约束条件

对状态变量进行不等式约束：

U_{i min}≤U_i≤U_{i max}

Q_{i min}≤Q_i≤Q_{i max}

式中：U_i为各PQ节点电压；Q_i为各发电机节点的无功出力；

将状态变量按罚函数形式写入目标函数，得

式中:N_q和N_t分别为PQ节点、发电机节点的集合,并有

S404:优化的算法

采用粒子群优化算法对目标函数进行优化，全网优化无功后,待防覆冰线路的网损大于对应的临界不覆冰网损。