CN109347103A - 一种受端电网外受电能力分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种受端电网外受电能力分析方法，包括以下步骤：根据区域电网内部网架与区外电网联络情况确定外受电的位置，设置外受电联络点；按照电网运行方式，设置节点负荷及外受电功率，确定外受电联络点的初始条件；选择需要校核的电网元件集，逐步调整分区负荷与联络点外受电功率，对所述电网元件集逐一进行静态安全校核，直至暂态稳定校核不通过，此时确定受端电网的外受电能力。本发明提供了一种通用的受端电网外受电能力的分析或评价方法，弥补了现有技术无法科学准确地评价受端电网的外受电能力的缺陷。

Description

一种受端电网外受电能力分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统调度技术领域,具体地说是一种受端电网外受电能力分析方法。

背景技术

一系统两区域间的功率交换能力,是指在满足一定的约束条件下,通过两区域间的所有输电回路,从一个区域向另一个区域可能输送的最大功率。约束条件包括：

(a)在无故障发生的正常方式下，系统中所有设备(包括线路)的负荷及电压水平在其额定范围内；

(b)在系统中单一元件(如输电线、变压器或发电机等)停运的故障条件下，系统应能够吸收动态功率振荡，维持系统的稳定性。

当约束条件b中所描述的事故发生，且系统功率振荡平息后，在调度员进行故障相关的系统运行方式调整之前，所有设备(包括输电线)的功率及电压水平应在给定的紧急事故条件下的额定范围之内。

外受电能力是受端电网接受并消纳外来电力能力的衡量标志，是外部电网能够向受端电网“送得来”多少电力以及受端电网能够“落得下”多少电力的综合指标，是建设坚强受端电网的重要体现。然而，目前尚无一种通用的受端电网外受电能力计算或评价方法，因此无法科学准确地评价受端电网的外受电能力，缺乏对受端电网进一步提升外受电能力和网架优化的理论指导。

发明内容

本发明实施例中提供了一种受端电网外受电能力分析方法，以解决现有技术中无法科学准确地评价受端电网的外受电能力的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明提供了一种受端电网外受电能力分析方法，包括以下步骤：

根据区域电网内部网架与区外电网联络情况确定外受电的位置，设置外受电联络点；

按照电网运行方式，设置节点负荷及外受电功率，确定外受电联络点的初始条件；

选择需要校核的电网元件集，逐步调整分区负荷与联络点外受电功率，对所述电网元件集逐一进行静态安全校核，直至暂态稳定校核不通过，此时确定受端电网的外受电能力。

进一步地，所述外受电联络点按照电压等级由高到低、传输容量由大到小的顺序进行选取设置；设置的外受电联络点包括直流联络点和交流联络点。

进一步地，所述电网运行方式采用丰大典型运行方式，将负荷节点等效为PQ节点，外受电节点等效为PV节点。

进一步地，所述静态安全校验的校验方式包括正常运行方式、线路N—1故障方式、线路同杆并架双回N—2故障方式、主变N—1故障方式和发电机N—1故障方式。

进一步地，所述静态安全校验的校验指标包括潮流过载安全性指标、短路电流安全性指标和暂态稳定指标；对所述校验方式依次进行潮流过载校核、短路电流校核和暂态稳定校核。

进一步地，所述潮流过载校核具体为：

式中P_i为第i条线路或变压器的实际功率；P_Ni为第i条线或变压器的额定功率；当γ小于零时，系统在某正常或故障运行方式下会出现过载，视为潮流校核不通过，计算结束；当γ等于或大于零时，潮流校核通过，继续对该运行方式进行短路校核。

进一步地，所述短路电流校核具体为：

式中I_i为第i条母线的短路电流；I_Ni为第i条母线断路器对应的额定遮断电流；当η小于零时，存在短路电流超标现象，视为短路电流校核不通过，计算结束；当η等于或大于零时，短路电流校核通过，继续对该运行方式进行暂态稳定校核。

进一步地，所述暂态稳定校核包括校核线路单相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、三相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、同塔并架双回线路相间故障双回跳开后受端电网的暂态稳定情况，以及故障后是否会发生功角失稳问题。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

需根据区域电网内部网架与区外电网联络情况确定外受电的位置等因素选择设区域电网外受电点，并确定各点的受电的初始值，同时进行潮流校核，短路校核及暂态稳定校核。若满足安全标准，则逐步调整区域内负荷水平，协同提高外受电交换功率直至刚好不满足安全要求，从而确定受端电网的外受电能力。同时结合电网实例，对上述分析方法的可行性进行了验证。同时，根据分析过程，对应对大功率区外手电的改进措施进行完善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

现阶段，影响受端电网受电能力的因素包括受端系统安全稳定的影响、外送通道电网结构的影响、受端电网主网架结构的影响和受端电网短路容量限制的影响。

受端系统安全稳定的影响：随着电网规模的不断发展，受端电网复杂程度增加，安全稳定性问题日益突出。如果受端电网受电比例过高，外部电源送入过分集中，容易发生频率稳定问题，如果电网缺乏足够的电压支撑，容易引起电压不稳定，甚至出现电压崩溃，造成大面积停电等严重后果。因此，如何有效提高受端系统稳定性是提高受电量的关键。

外送通道电网结构的影响：一方面，外送通道达到极限时，如果系统发生故障，将导致送端机组加速而受端机组减速，此时由于通道已经达到送电功率极限，进一步增加功率只会加剧系统稳定性破坏，无法有效抑制送、受端机组之间功角差的扩大，使系统更易发生功角稳定破坏。另一方面，受端受电比例提高后，由于受端系统主要依靠变电站常规低压无功补偿装置来提高稳态时电压水平，使得故障时系统电压稳定性下降。两方面原因导致系统安全稳定性下降，制约受电比例的提高。

受端电网主网架结构的影响：环形结构网架有利于从多方向受入电力。通过环网通道实现功率的再分配及事故时相互支援，但对控制短路电流不利。如果环网较小，虽然系统稳定水平可能较高，但系统的短路电流水平往往也偏高，并且随着周边负荷的发展可能趋向小环外套大环的布局，导致电网结构不够清晰，将给电网安全防御体系构建带来很大困难。因此受端环网可考虑适当增大面积，在负荷持续增长和短路电流面临超标问题时提前做好解环规划。

受端电网短路容量限制的影响：构建坚强受端电网所带来的短路电流超标问题一直困扰着受端电网的发展。电网发展到一定规模时，必将遇到构筑坚强电网结构与短路电流超标之间的矛盾。从抑制受端短路电流水平的角度，虽然提高受电比例可能有利于控制受端系统短路电流，但同时也给受端乃至整个系统带来新的稳定性问题，需要对整体网架结构进行量化分析和评估。

提高电网外受电能力的措施包括：

(1)受端电网机组励磁系统的增加、定值倍数及励磁机时间常数是机组无功、电压支撑能力关键，适当配置系统的PSS(power system stabilizer，电力系统静态稳定器)，改善系统阻尼和加强电网动态无功、电压支撑能力，有利于提高电网受电能力。

(2)适当增加电网机组无功出力，使机组Eq’加大，可提高系统稳定水平；对受端系统电压支撑薄弱点进行无功补偿，可有效提高受端安全水平。

(3)增加网内装机容量，不但可满足电力需求增长的需要，而且可提高受电能力。

(4)交直流系统发生故障，利用直流系统短时或持续过载能力可提高系统的稳定性。

本发明实施例是根据受端电网的线路参数、负荷大小、电源参数以及各个交直流外输电通道的输送功率，分析受端电网在正常负荷和高负荷方式下电网不同受电比例情况下的稳定情况，根据计算结果提出了电网合理的外受电力，即计及网架结构强弱下电网外受电力的上限值。若外受电规模超过该水平，与外受电相关的规划网架将出现安全性问题，无法通过电网静态安全水平校核，此时需加强网架建设或减小外受电増加本地机组出力保证电网可靠运行。

在进行受端电网外受电能力分析前，先确定适用于外受电扥洗的系统模型，包括发电机组模型、负荷模型和外受电模型。

发电机组模型：应国家对电网调度节能减排的要求，在外受电分析中应将火电等污染物排放水平较髙的机组关停或调节到最小开机方式以供备用，水电等可再生能源机组应调整到最大开机方式。同时，上述开机方式应在整个外受电计算调整中保持不变，一般可采用电网丰大典型运行方式作为常规发电机组的开机方式。

负荷模型：分析中一般将负荷节点等效为PQ节点，并不再进一步考虑其不确定性，而各节点的负荷水平将在外受电计算调整中不断提高。负荷水平调整方式采取分区调整方式，将整个区域电网按照地理位置、负荷大小、电压结构等分为若干个区域，对每个分区分别按比例同步调整。分区愈多负荷调整愈细致，计算结果精度愈高，通过控制一定的分区数减少计算量的同时也能保证计算精度，具有较强的可操作性。

外受电模型：依据区域电网与区外电网的联络情况设置外联络点，根据负荷水平的变化同步调整所设置的外联络点功率输入调整外受电规模，因而外受电节点可等效为一个PV节点。由于区域电网各个电压等级的联络情况较为复杂，联络点一般按照电压等级由髙到低、传输容量由大到小的顺序原则进行选择设置。

如图1所示，受端电网外受电能力分析方法包括以下步骤：

S1,根据区域电网内部网架与区外电网联络情况确定外受电的位置，设置外受电联络点；

根据电压等级、联络线线容量、对侧电网容量等因素选择设置区域电网外受电联络点。外受电联络点按照电压等级由高到低、传输容量由大到小的顺序进行选取设置；设置的外受电联络点包括直流联络点和交流联络点

S2,按照电网运行方式，设置节点负荷及外受电功率，确定外受电联络点的初始条件；

电网运行方式采用丰大典型运行方式，同时将负荷节点等效为PQ节点，外受电节点等效为PV节点。

S3,选择需要校核的电网元件集，逐步调整分区负荷与联络点外受电功率，对所述电网元件集逐一进行静态安全校核，直至暂态稳定校核不通过，此时确定受端电网的外受电能力。

静态安全校验的校验方式包括正常运行方式、线路N—1故障方式、线路同杆并架双回N—2故障方式、主变N—1故障方式和发电机N—1故障方式。静态安全校验的校验指标包括潮流过载安全性指标、短路电流安全性指标和暂态稳定指标。对上述校验方式依次进行潮流过载校核、短路电流校核和暂态稳定校核。

利用电力系统仿真软件，进行讲台安全校验的计算。电力系统仿真软件可选用EMTP、NETOMAC和PSB等。

潮流过载校核具体为：

式中P_i为第i条线路或变压器的实际功率；P_Ni为第i条线或变压器的额定功率；当γ小于零时，系统在某正常或故障运行方式下会出现过载，视为潮流校核不通过，计算结束；当γ等于或大于零时，潮流校核通过，继续对该运行方式进行短路校核。

短路电流校核具体为：

式中I_i为第i条母线的短路电流；I_Ni为第i条母线断路器对应的额定遮断电流；当η小于零时，存在短路电流超标现象，视为短路电流校核不通过，计算结束；当η等于或大于零时，短路电流校核通过，继续对该运行方式进行暂态稳定校核。

暂态稳定校核包括校核线路单相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、三相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、同塔并架双回线路相间故障双回跳开后受端电网的暂态稳定情况，以及故障后是否会发生功角失稳问题。若暂态稳定校核不通过，计算结束；若暂态稳定校核通过，则逐步调整区域内负荷水平，协同提高外受电交换功率继续进行外受电规模计算。，直至，暂态稳定校核不通过，此时外受电交换功率为外受电能力。

下面结合具体的电网实例，应用实施例的分析方法进行受端电网外受电能力的分析。

以山东电网2020年规划方案为外受电分析实例，计算山东最大可接受外电能力。由于电网规模较大，计算过程十分复杂，时间较长，因而联络线选取主要考虑±660KV及上电压等级的直流联络线路，及500kV以上的交流联络线路。系统规模如表5-1所示，由表可知，有功缺口(有功负荷-有功出力)为36410MW。

表5-1系统规模

按照区外受电规划，2020年山东接受外电总规模达37500MW，其中交流受电13500MW、直流受电24000MW，具体数据如表5-2所示。

表5-2山东区外受电规划 单位：MW

根据规划电网架构方案和电网规划方案中系统规模的分析，按照电压等级由高到低、容量由大到小＂的原则设置外联络点，设置完成后完成如下计算分析步骤。

(1)负荷调整结果

以系统规模为基础，按照0.5％增量梯度百分数调整负荷水平，与此同时，协同调整相应联络设置点的功率交换，并逐次进行暂态稳定校核，直至确定电网最大可接受外电能力，计算结果如表5-3所示。

表5-3负荷调整结果 单位：MW

(2)最大可接受外电结果

根据计算，2020年山东电网最大可接受外电为50469.2MW。基于规划数据，2020年山东电网最大可接受外电能力为50469.2MW，目前外受电水平为9500MW，有较大增量裕量，且满足电网静态安全约束条件，既保证了电网的充裕度，又保证电网运行安全性。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，包括以下步骤：

根据区域电网内部网架与区外电网联络情况确定外受电的位置，设置外受电联络点；

按照电网运行方式，设置节点负荷及外受电功率，确定外受电联络点的初始条件；

选择需要校核的电网元件集，逐步调整分区负荷与联络点外受电功率，对所述电网元件集逐一进行静态安全校核，直至暂态稳定校核不通过，此时确定受端电网的外受电能力。

2.根据权利要求1所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述外受电联络点按照电压等级由高到低、传输容量由大到小的顺序进行选取设置；设置的外受电联络点包括直流联络点和交流联络点。

3.根据权利要求1所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述电网运行方式采用丰大典型运行方式，将负荷节点等效为PQ节点，外受电节点等效为PV节点。

4.根据权利要求1所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述静态安全校验的校验方式包括正常运行方式、线路N—1故障方式、线路同杆并架双回N—2故障方式、主变N—1故障方式和发电机N—1故障方式。

5.根据权利要求4所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述静态安全校验的校验指标包括潮流过载安全性指标、短路电流安全性指标和暂态稳定指标；对所述校验方式依次进行潮流过载校核、短路电流校核和暂态稳定校核。

6.根据权利要求5所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述潮流过载校核具体为：

式中P_i为第i条线路或变压器的实际功率；P_Ni为第i条线或变压器的额定功率；当γ小于零时，系统在某正常或故障运行方式下会出现过载，视为潮流校核不通过，计算结束；当γ等于或大于零时，潮流校核通过，继续对该运行方式进行短路校核。

7.根据权利要求6所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述短路电流校核具体为：

式中I_i为第i条母线的短路电流；I_Ni为第i条母线断路器对应的额定遮断电流；当η小于零时，存在短路电流超标现象，视为短路电流校核不通过，计算结束；当η等于或大于零时，短路电流校核通过，继续对该运行方式进行暂态稳定校核。

8.根据权利要求7所述的一种受端电网外受电能力分析方法，其特征是，所述暂态稳定校核包括校核线路单相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、三相短路故障后跳开后受端电网的暂态稳定情况、同塔并架双回线路相间故障双回跳开后受端电网的暂态稳定情况，以及故障后是否会发生功角失稳问题。