CN108512228A - 一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法。包括对风电场并网点电能质量进行背景谐波测试；据电气化铁路和风电场电气特性搭建基于电力系统分析综合程序PSASP的电气化铁路接入区域电网模型；据电气化铁路所接风电场公共连接点短路容量和国标中电网谐波电压含有率限值，计算公共连接点谐波允许值；据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路与风电场公共连接点电能质量及计算电气化铁路在风电场公共连接点所产生的负序电流是否满足要求。简化了风电场内部模型搭建，基于PSASP原有电网仿真模型，准确、快速确定并网点谐波责任主体，为主要谐波源责任方界定提供理论依据。

Description

一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法
技术领域
本发明属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法。
背景技术
电气化铁路是一种随机波动性很大的不平衡负荷，会对牵引供电系统接入点附近电网的供电质量造成影响，从而引起各种电能质量问题；当电气化铁路在风电场附近接入时，它所带来的电能质量问题可能影响并网风电场的安全运行，甚至造成风电场大规模脱网。
目前电气化铁路对风电场影响已有研究，但是大多数需要搭建电铁和风电机组机电暂态模型，由于实际设备参数收资困难，工作量大，不适用于工程实际应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其目的是为了能够快速准确评估电气化铁路负荷接入对风电场并网点电能质量的影响，并结合风电场电能质量背景谐波测试，量化主要谐波污染，为电网非线性负荷入网管理和谐波责任方划分提供理论依据。
本发明实现上述发明目的所采用的技术方案是：
一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：包括：
(1)对风电场并网点电能质量进行背景谐波测试，获取各项电能质量指标测试数据；
(2)依据电气化铁路和风电场电气特性搭建基于电力系统分析综合程序PSASP的电气化铁路接入区域电网模型；
(3)依据电气化铁路所接风电场公共连接点短路容量和国标中电网谐波电压含有率限值，计算公共连接点谐波允许值；
(4)根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路与风电场公共连接点电能质量是否满足GB/T14549-93《电能质量-公共电网谐波》要求，包括电气化铁路投运前和投运后；
(5)根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路在风电场公共连接点所产生的负序电流是否满足GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》要求。
所述电气化铁路采用单相工频50Hz交流制，每座牵引变电站由2路独立、可靠的三相220kV电源供电，互为热备用；牵引变压器采用220kV/27.5kV V/V接线形式，客运专线主要采用交直交传动的电动车组。
所述电气化铁路的牵引站的牵引变压器为单相变压器，忽略空载电流，单相V/v变压器一次侧和二次侧的电流关系为：
于是有：
公式(1)～(2)中，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，a为单位相量算子，在PSASP软件仿真中需要将I'和I”均取作为填写牵引负荷电流参数，包括紧密运行和正常运行两种方式；
电气化铁路接入电网后注入沿途风电场送出线路负序电流电流(I-)的与额定电流(IN)之比不超过规定的数值8％。
所述的一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，包括如下步骤：
第一步，依据电气化铁路与设计院提供的接入方案，分析电气化铁路负荷特性；适用于电气化铁路牵引站的牵引变压器为V/v变压器，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，牵引变电所主变压器采用固定备用方式，一主一备运行，牵引变压器采用220/27.5kV，阻抗电压(％)为10.5；
第二步，确定牵引供电系统相关参数，测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波等是否符合国家标准；确定各牵引站基波平均电流、基波短时最大电流各牵引站低压侧平均电流、短时最大电流、未经滤波的各次谐波平均、短时电流；
第三步，确定牵引供电系统相关参数，计算出牵引站各次谐波的平均电流、短时最大电流；测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波是否符合国家标准；依据牵引站接入方案及牵引站负荷特性，搭建牵引站与周边风电场接网模型，确定风电场并网点电气化铁路引起的谐波及负序电流大小；
第四步，计算风电场并网点谐波电流、谐波电压允许值；根据电气化铁路所接系统变电站、风电场并网点短路容量和国家技术要求《GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波》，按电网小方式运行时，牵引站接入系统站及风电场并网点220kV母线谐波电流允许值；
第五步，基于电气化铁路负荷特性分析，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，计算牵引变压器采用V/v接线方式下一次侧谐波电流，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，在对谐波电流和谐波电压进行分析评估时，考虑牵引站供电臂上流过平均电流和短时最大电流；计算短时最大电流工况下注入系统的各次谐波电流，并将牵引站每相3、5、7次谐波有效值与允许值比较；
第六步，根据计算谐波电压，计算谐波电流引起的谐波电压时，其计算原则同谐波电流，同样以短时最大电流工况为例，确定电气化铁路引起在风电场并网点引起的谐波电压是否小于风电场并网点各次谐波电压允许值；
第七步，基于PSASP搭建电气化铁路与风电场的仿真模型，计算牵引站接入系统后注入风电场联络线的负序电流；电网按小负荷考虑，水电机组停运，火电厂安排一定容量的检修备用，选择风电场并网点作为负序电流的监视点，确定两种工况下牵引站接入系统后注入电厂的负序电流和额定电流的比值。
所述两种工况包括：
(1)两侧紧密运行，两侧供电臂电流均选取短时最大电流计算；
(2)一侧紧密运行，一侧供电臂电流选取短时最大电流、另一侧供电臂电流为零计算。
本发明的优点与积极效果如下：
本发明充分考虑了牵引变电站负荷特性与风电场并网点背景谐波，简化了风电场内部模型搭建，并基于PSASP原有的电网仿真模型，能够准确、快速确定并网点谐波责任主体，为主要谐波源责任方界定提供理论依据。
本方法以快速、准确评估电气化铁路对风电场电能质量影响为目的，依据牵引负荷的负序特性以V/V牵引变压器工作原理，基于PSASP软件的电气化铁路对风电场电能质量影响的工程应用评估方法，能够快速准确评估电气化铁路负荷接入对风电场并网点电能质量的影响，并结合风电场电能质量背景谐波测试，量化主要谐波污染，为电网非线性负荷入网管理和谐波责任方划分提供了理论依据。
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细的说明，但不受本实施例所限。
附图说明
图1是接线牵引变压器工作原理与向量关系；
具体实施方式：
实施例1：
本发明是一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，是一种电气化铁路负荷接入对风电场并网点电能质量评估方法，该方法立足于结合电气化铁路特性，确定电气化铁路对风电场并网点影响指标，即谐波和负序电流，并量化影响指标大小。
一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，包括：
1.对风电场并网点电能质量进行背景谐波测试，获取各项电能质量指标测试数据；
2.依据电气化铁路和风电场电气特性搭建基于电力系统分析综合程序(PSASP)的电气化铁路接入区域电网模型；
3.依据电气化铁路所接风电场公共连接点短路容量和国标中电网谐波电压含有率限值，计算公共连接点谐波允许值；
4.根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路与风电场公共连接点电能质量是否满足GB/T14549-93《电能质量-公共电网谐波》要求(包括电气化铁路投运前和投运后)；
5.根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路在风电场公共连接点所产生的负序电流是否满足GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》要求。
所述电气化铁路采用单相工频50Hz交流制，每座牵引变电站由2路独立、可靠的三相220kV电源供电，互为热备用；牵引变压器采用220kV/27.5kV V/V接线形式，客运专线主要采用交直交传动的电动车组，动车组类型及谐波含量如表1所示：
电气化铁路牵引站的牵引变压器为单相变压器，其工作原理如图1所示，忽略空载电流，单相V/v变压器一次侧和二次侧的电流关系为：
于是有：
公式(1)～(2)中，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，a为单位相量算子，在PSASP软件仿真中需要将I'和I”均取作为填写牵引负荷电流参数，包括紧密运行和正常运行两种方式。
电气化铁路接入电网后注入沿途风电场送出线路负序电流电流(I-)的与额定电流(IN)之比不超过规定的数值8％。
实施例2：
一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，包括如下步骤：
第一步，依据电气化铁路与设计院提供的接入方案，分析电气化铁路负荷特性。本方法适用于电气化铁路牵引站的牵引变压器为V/v变压器，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，见图1所示，牵引变电所主变压器采用固定备用方式，一主一备运行，牵引变压器采用220/27.5kV，阻抗电压(％)为10.5。
第二步，确定牵引供电系统相关参数，测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波等是否符合国家标准。如表2所示，依据表1确定各牵引站基波平均电流、基波短时最大电流各牵引站低压侧平均电流、短时最大电流、未经滤波的各次谐波平均、短时电流，如表3所示，方向1和方向2互为反方向。
第三步，确定牵引供电系统相关参数，计算出牵引站各次谐波的平均电流、短时最大电流；测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波等是否符合国家标准。依据牵引站接入方案及牵引站负荷特性，搭建牵引站与周边风电场接网模型，确定风电场并网点电气化铁路引起的谐波及负序电流大小。
第四步，计算风电场并网点谐波电流、谐波电压允许值。根据电气化铁路所接系统变电站、风电场并网点短路容量和国家技术要求《GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》，按电网小方式运行时，牵引站接入系统站及风电场并网点220kV母线谐波电流允许值。
第五步，基于电气化铁路负荷特性分析，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，计算牵引变压器采用V/v接线方式下一次侧谐波电流，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，在对谐波电流和谐波电压进行分析评估时，考虑牵引站供电臂上流过平均电流和短时最大电流，本方法计算短时最大电流工况下注入系统的各次谐波电流，各谐波关系如公式1-2所示，并将牵引站每相3、5、7次谐波有效值与允许值比较。
第六步，根据计算谐波电压，计算谐波电流引起的谐波电压时，其计算原则同谐波电流，同样以短时最大电流工况为例，确定电气化铁路引起在风电场并网点引起的谐波电压是否小于风电场并网点各次谐波电压允许值。
第七步，基于PSASP搭建电气化铁路与风电场的仿真模型，计算牵引站接入系统后注入风电场联络线的负序电流。电网按小负荷考虑，水电机组停运，火电厂安排一定容量的检修备用，选择风电场并网点作为负序电流的监视点，确定两种工况下牵引站接入系统后注入电厂的负序电流和额定电流的比值。
两种工况包括：
(1)两侧紧密运行，两侧供电臂电流均选取短时最大电流计算；
(2)一侧紧密运行，一侧供电臂电流选取短时最大电流、另一侧供电臂电流为零计算。
表1动车组类型及谐波含量表
表2牵引供电系统相关参数表
表3近期V/v接线牵引站低压侧预测各种电流表

Claims (5)

1.一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：包括：
(1)对风电场并网点电能质量进行背景谐波测试，获取各项电能质量指标测试数据；
(2)依据电气化铁路和风电场电气特性搭建基于电力系统分析综合程序PSASP的电气化铁路接入区域电网模型；
(3)依据电气化铁路所接风电场公共连接点短路容量和国标中电网谐波电压含有率限值，计算公共连接点谐波允许值；
(4)根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路与风电场公共连接点电能质量是否满足GB/T14549-93《电能质量-公共电网谐波》要求，包括电气化铁路投运前和投运后；
(5)根据电气化铁路接入区域电网模型，计算电气化铁路在风电场公共连接点所产生的负序电流是否满足GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》要求。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：所述电气化铁路采用单相工频50Hz交流制，每座牵引变电站由2路独立、可靠的三相220kV电源供电，互为热备用；牵引变压器采用220kV/27.5kV V/V接线形式，客运专线主要采用交直交传动的电动车组。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：所述电气化铁路的牵引站的牵引变压器为单相变压器，忽略空载电流，单相V/v变压器一次侧和二次侧的电流关系为：
于是有：
公式(1)～(2)中，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，a为单位相量算子，在PSASP软件仿真中需要将I'和I”均取作为填写牵引负荷电流参数，包括紧密运行和正常运行两种方式；
电气化铁路接入电网后注入沿途风电场送出线路负序电流电流(I-)的与额定电流(IN)之比不超过规定的数值8％。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
第一步，依据电气化铁路与设计院提供的接入方案，分析电气化铁路负荷特性；适用于电气化铁路牵引站的牵引变压器为V/v变压器，IA、IB、IC为牵引变压器三相电流，I'、I”别为供电臂的负荷电流，K为牵引变压器变比，牵引变电所主变压器采用固定备用方式，一主一备运行，牵引变压器采用220/27.5kV，阻抗电压(％)为10.5；
第二步，确定牵引供电系统相关参数，测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波等是否符合国家标准；确定各牵引站基波平均电流、基波短时最大电流各牵引站低压侧平均电流、短时最大电流、未经滤波的各次谐波平均、短时电流；
第三步，确定牵引供电系统相关参数，计算出牵引站各次谐波的平均电流、短时最大电流；测试风电场并网点电能质量背景谐波，确认背景谐波是否符合国家标准；依据牵引站接入方案及牵引站负荷特性，搭建牵引站与周边风电场接网模型，确定风电场并网点电气化铁路引起的谐波及负序电流大小；
第四步，计算风电场并网点谐波电流、谐波电压允许值；根据电气化铁路所接系统变电站、风电场并网点短路容量和国家技术要求《GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》，按电网小方式运行时，牵引站接入系统站及风电场并网点220kV母线谐波电流允许值；
第五步，基于电气化铁路负荷特性分析，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，计算牵引变压器采用V/v接线方式下一次侧谐波电流，根据铁路负荷特点及谐波叠加特性，在对谐波电流和谐波电压进行分析评估时，考虑牵引站供电臂上流过平均电流和短时最大电流；计算短时最大电流工况下注入系统的各次谐波电流，并将牵引站每相3、5、7次谐波有效值与允许值比较；
第六步，根据计算谐波电压，计算谐波电流引起的谐波电压时，其计算原则同谐波电流，同样以短时最大电流工况为例，确定电气化铁路引起在风电场并网点引起的谐波电压是否小于风电场并网点各次谐波电压允许值；
第七步，基于PSASP搭建电气化铁路与风电场的仿真模型，计算牵引站接入系统后注入风电场联络线的负序电流；电网按小负荷考虑，水电机组停运，火电厂安排一定容量的检修备用，选择风电场并网点作为负序电流的监视点，确定两种工况下牵引站接入系统后注入电厂的负序电流和额定电流的比值。
5.根据权利要求4所述的一种电气化铁路对沿途风电场电能质量影响快速评估方法，其特征是：所述两种工况包括：
(1)两侧紧密运行，两侧供电臂电流均选取短时最大电流计算；
(2)一侧紧密运行，一侧供电臂电流选取短时最大电流、另一侧供电臂电流为零计算。
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Application publication date: 20180907

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