CN112865107B - 一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,属于电力系统电压无功预报技术领域。该方法获取第二天的系统负荷预测数据及历史参考日全天每个时刻的断面数据,得到各断面的可承担系统负荷改变的负荷集合以及可调节的机组集合;然后将对应时刻负荷预测数据按比例进行分解,更新各负荷的有功和无功功率以及各机组的有功功率,进而更新各断面的潮流计算结果并作为日前对第二天所有时刻的无功电压预报结果。本发明结合地区电网的特点,能够利用地区电网的日前系统负荷预测,结合参考日的电网结构以及潮流计算结果,进行地区电网的日前潮流预报计算,求解得到地区电网的电压无功日前预报潮流结果。
Description
技术领域
本发明属于电力系统电压无功预报技术领域,特别涉及一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法。
背景技术
在电力系统运行中,为了便于提前安排电网运行方式,调度方式人员需要每日提前对即将到来的明日进行电网运行方案的编制,即编制日前运行计划。日前运行计划是电网调度的重要依据,合理的日前调度运行计划关系到系统未来的安全经济运行。随着电网规模的扩大和运行方式复杂化,以往基于直流潮流的日前计划安全校核已无法满足实际需求,要求对日前计划进行包括静态安全、动态稳定和暂态稳定等方面的全面安全校核,为此,需要生成满足日前计划的合理交流潮流,这就是日前潮流预报需要完成的工作。一般日前潮流预报就是指根据日前电厂有功发电计划、日前检修计划及日前母线负荷预测数据,生成日前交流潮流解,由于日前电厂发电计划和母线负荷预测数据一般为15分钟间隔的96点数据,因此日前潮流预报也要生成对应的96个交流潮流解。传统潮流预报做法为在直流潮流基础上凭经验给出发电机机端电压,然后进行交流潮流计算,其收敛性差,且结果往往不合理,影响了安全校核的正确性。
在我国的电网系统中电压是电能质量的重要指标,并且合理的电压无功控制不仅可以提高电网的电压合格水平,还能够较好的减少电网的整体损耗。无功电压预报的意义在于可以预先全面了解电网在节假日等特殊情况下的无功和电压变化趋势,针对性地制定未来时段母线电压限值等控制策略,合理规划电网中各种无功资源的调节时序,实现对电压的预防控制,有效抑制电压波动,提高电网电压的稳定性。
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态,一般给定的运行条件包括发电机机端电压、有功、无功以及负荷有功、无功,计算得的系统运行状态包括各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。
林毅、孙宏斌在《日前计划安全校核中计划潮流自动生成技术》(电力系统自动化,2012年10月第36卷第20期,pp.68-73)中提出了一种新的日前计划编制中的潮流预报方法,可以对电网的次日计划潮流进行计算,通过计划潮流评估次日的电网运行状态和安全情况。该计划潮流方法将原问题分解为有功调整子问题和无功电压分布子问题分步求解。通过求解有功调整优化子问题协调多种计划数据之间的不一致,通过求解无功电压分布子问题来确定合理的发电机机端电压,避免了使用典型机端电压带来的收敛性问题。采用基于预测-校正步的现代内点法求解上述优化子问题,具有良好的收敛性。该方法目前已经在国内一些大区电网调度中心和省级电网调度中心得到应用。
而在地区电网,与省级及以上电网在电力结构和职能专业配置上有一定的差别。首先地区电网的电力供应主要来源于外部电网,比如部分与地区电网有连接关系的500kV变电站主变中压侧的下网电量作为该地区电网的主要电力供应来源;同时地区电网内部可调度的实际发电机组较少,这些机组的电力输出,一般是不足以满足该地区电网的电力负荷消耗的;并且在地区电网常常也不像省级及以上电网中配备专门的计划编制专业编制母线负荷预测、机组发电计划等细分的计划预测类数据,一般也仅能提供本地区电网全天15分钟间隔的96时间点数据的系统负荷预测。因此已有的地区电网电压无功日前预报方法中,没有有效的处理地区电网中仅有系统负荷预测,并且在地区电网中由于数据质量往往不是太完善,只是应用内点法求解优化子问题往往会导致收敛性不高。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处,提出一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法。本发明结合地区电网的特点,能够利用地区电网的日前系统负荷预测,结合参考日的电网结构以及潮流计算结果,进行地区电网的日前潮流预报计算,求解得到地区电网的电压无功日前预报潮流结果。
本发明提出一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)预先设定每日进行预报计算的时刻T;
2)在每日时刻T来临时,按照15分钟间隔读取第二天的系统负荷预测数据,共获得第二天96个时刻的负荷预测数据组成日前系统负荷预测数据集Upld=(Pd1,Pd2,…,Pd96),其中Pdx代表日前系统负荷预测数据集Upld中第x个时刻的系统负荷预测值,x=1,2,3,…,96;
3)从电网能量管理系统EMS读取历史参考日全天96个时刻的断面,每个时刻的断面包括对应的电网模型和潮流计算结果,其中令Mx代表历史参考日第x个时刻的断面;
4)设定x=1;
5)读取第x个时刻的断面Mx对应的电网模型和潮流计算结果,根据该断面的潮流计算结果得到该断面对应的可承担系统负荷改变的负荷集合以及可调节的机组集合,具体方法如下:
5.1)剔除在Mx对应的电网模型中定义为负荷并且潮流计算结果中有功功率为负值的负荷,只保留潮流计算结果中有功功率为正的负荷组成断面Mx对应的可承担系统负荷改变的负荷集合为其中代表断面Mx中可承担系统负荷改变的第n个负荷,n为断面Mx中可承担系统负荷改变的负荷总数;
5.2)剔除在Mx对应的电网模型中定义为机组并且潮流计算中有功功率为负值的机组;然后剔除电网模型中定义为PQ节点的机组,只保留PV节点的机组,最终得到断面Mx对应的可调节机组集合其中代表断面Mx中可调节机组的第m个机组,m为断面Mx中可调节机组的总数;
8)将步骤7)得到的更新的负荷有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组有功功率,作为断面Mx的潮流计算的输入数据再次进行潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果作为日前对第二天第x个时刻无功电压预报结果;具体步骤如下:
8.3)以更新后的负荷的有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组的有功功率作为的输入值,进行新一轮的潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果,并将该结果作为日前对第二天第x个时刻的无功电压预报结果;其中,该结果包括:
9)令x=x+1,然后重新返回步骤5),直至得到日前对第二天所有96个时刻的无功电压预报结果,进入步骤10);
本发明的特点和有益效果在于:
本发明在地区电网中采用系统负荷预测,基于电网运行方式和拓扑结构,计算分解出各个负荷的有功预测数据,并计算出对应的无功预测数据。分解计算的结果作为潮流计算的输入数据计算得到日前交流潮流解,进而得到日前无功电压预报结果。方法简单,计算结果准确,有很高的应用价值。
附图说明
图1为本发明中地区电网示意图。
图2是本发明方法的整体流程图。
图3是本发明实施例变电站连接关系示意图。
具体实施方式
本发明提出一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,涉及到500kV-220kV-110kV-35kV的电网运行区域,目前我国电网调度运行中,这个结构的电网一般属于地区电网的结构。其中的500kV变电站的调度管理职责一般属于地区电网的上级电网,在此列出主要说明地区电网的主要电力来源。220kV及以下电压等级的变电站则属于地区电网调度范围,其中的220kV变电站的电力来源,一般来自500kV的主变中压侧的下网电力。500kV变电站的电力来源主要来自500kV侧与200kV侧的线路注入,这些电力的注入来源并不属于本区域电网,这些来自外网的电力注入源被称为外网等值机组(EQUN);同时从500kV变电站的主变500kV侧与200kV侧也有电力输出,电力输出的受端电网不属于本区域电网,这部分外网在本区域被称为外网等值负荷(EQLD)。区域中多个220kV的变电站通过一定的方式会连接在一起,形成环形电网,而每个220kV变电站所带的下级110kV/35kV变电站则形成独立的子区域,在子区域内互相联系,不同的220kV所带的下级子区域之间没有电气联系。这种区域典型的示意图如附图1所示。
本发明提出的一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,该方法总体流程如图2所示,具体包括如下步骤:
1)预先设定每日进行预报计算的时刻T(T通常为每日23时);
2)在每日时刻T来临时,读取第二天的系统负荷预测数据,其中,按照15分钟间隔读取数据,共获得第二天96个时刻的负荷预测数据组成日前系统负荷预测数据集Upld=(Pd1,Pd2,…,Pd96),其中Pdx代表日前系统负荷预测数据集Upld中第x个时刻的系统负荷预测值,x=1,2,3,…,96;
3)从电网能量管理系统(EMS)读取历史参考日全天96个时刻的断面,每个时刻的断面包括对应的电网模型和潮流计算结果,每相邻两个时刻的间隔也是15分钟,针对每个时刻的断面结合步骤2)得到的该时刻对应的系统负荷预测数据进行该时刻无功电压预报计算,其中令Mx代表历史参考日第x个时刻的断面;
其中,历史参考日可以选取昨日,也可以选择上周、上个月或者往年等相似日。
4)设定x=1,从第x个时刻开始进行计算。
5)读取第x个时刻的断面Mx对应的电网模型和潮流计算结果,根据该断面的潮流计算结果得到该断面对应的可承担系统负荷改变的负荷集合以及可调节的机组集合,具体方法如下:
5.1)根据Mx对应的潮流计算结果选择可承担系统负荷改变的负荷。剔除在Mx对应的电网模型中定义为负荷并且潮流计算结果中有功功率为负值的负荷,只保留潮流计算结果中有功功率为正的负荷组成断面Mx对应的可承担系统负荷改变的负荷集合为 其中代表断面Mx中可承担系统负荷改变的第n个负荷,n为断面Mx中可承担系统负荷改变的负荷总数;
5.2)根据Mx对应的潮流计算结果选择出可调节的机组。首先剔除在Mx对应的电网模型中定义为机组并且潮流计算中有功功率为负值的机组;然后剔除电网模型中定义为PQ节点的机组,只保留PV节点的机组,最终得到断面Mx对应的可调节机组集合 其中代表断面Mx中可调节机组的第m个机组,m为断面Mx中可调节机组的总数。
在地区电网中,区域内的电厂的机组远不能满足本区域的负荷消耗,而电力供应主要来自500kV变电站主变中压侧的下网有功,而500kV变电站的电力来源主要来源于外网等值机组,则需要指定系统中的外网等值机组为可调节的PV节点机组,区域中的实际机组设定为不可调节的PQ节点。
其中,PQ节点是已知节点注入有功功率P和无功功率Q的节点,待求的未知量是节点电压值U和相位角δ,一般未接发电设备的变电所母线和出力固定的发电厂母线可作为PQ节点。
PV节点是已知节点注入有功功率P和电压值U的节点,待求的未知量是节点注入无功Q和电压的相位角δ,这类节点一般为无功储备充足的发电厂母线和有一定无功功率电源的变电所母线。
7.2)按照中每个负荷在断面Mx对应的有功功率值与的比值对ΔPdx进行分配并相应叠加到到集合中的各个负荷上。记为集合中的第i个负荷,该负荷在断面Mx对应的有功功率记为PLix,则ΔPdx分配到该负荷上的有功功率为叠加负荷的有功功率PLix后,得到负荷在断面Mx对应的更新的负荷有功功率
7.4)在断面Mx中,设定所有机组的厂用电率(本实施例取值为0.0004),网损率(本实施例取值为0.005)。根据发电负荷的平衡关系:总发电=总负荷+厂用电+网损,可以根据ΔPdx计算出集合中所有机组有功累加总量
7.5)按照中每个机组在断面Mx对应的有功功率值与的比值对ΔPunx进行分配并叠加到集合中的各个机组上。记为集合中的第j个机组,该机组的在断面Mx对应的有功功率记为则ΔPunx分配到该机组上的功率值为叠加机组的有功功率后,得到机组在断面Mx对应的更新的机组有功功率
8)将步骤7)得到的更新的负荷有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组有功功率,作为断面Mx的潮流计算的输入数据再次进行潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果作为第二天第x个时刻无功电压预报结果;具体步骤如下:
8.3)以更新的负荷的有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组的有功功率作为的输入值,进行新一轮的潮流计算,得到断面Mx更新的更新的潮流计算结果,并将该结果作为日前对第二天第x个时刻的无功电压预报结果;其中,该结果包括:
9)令x=x+1,然后重新返回步骤5),直至得到日前对第二天所有96个时刻的无功电压预报结果,进入步骤10);
实施例
本实施例为对一个典型的500kV-220kV-110k/35kV区域内的发电负荷进行分析计算,本实施例变电站连接关系如图3所示,该分区内包含1个500kV变电站、1个220kV变电站、1个110kV变电站、1个110kV电厂和3个35kV变电站,负荷L1、L2、L3、L4、L5、L6,机组G1、G2、G3、G4,主变TR1、TR2,母线BS1、BS2;
本实施例提出的一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,包括以下步骤:
1)预先设定每日进行预报计算的时刻T(T通常为每日23时);
2)在每日时刻T来临时,读取第二天的系统负荷预测数据,其中,按照15分钟间隔读取数据,共获得96个时刻的负荷预测数据组成日前系统负荷预测数据集Upld=(Pd1,Pd2,…,Pd96),Pdx代表日前系统负荷预测数据集Upld中第x个时刻的系统负荷预测值,x=1,2,3,…,96;
本实施例中读取到的日前系统负荷预测数据如下表所示:
表1本实施例日前系统负荷预测数据表
3)从电网能量管理系统(EMS)读取历史参考日全天96个时刻的断面,每个时刻的断面包括对应的电网模型和潮流计算结果,每相邻两个时刻的间隔也是15分钟,针对每个时刻的断面结合步骤2)得到的该时刻对应的系统负荷预测数据进行该时刻无功电压预报计算,其中令Mx代表历史参考日第x时刻的断面;
其中,历史参考日可以选取昨日,也可以选择上周、上个月或者往年等相似日。4)设定x=1,从第x个时刻开始进行计算。
5)读取第x个时刻的断面Mx对应的电网模型和潮流计算结果,根据该断面的潮流计算结果得到该断面对应的可承担系统负荷改变的负荷集合以及可调节的机组集合,具体生成方法如下:
5.1)根据Mx对应的潮流计算结果选择可承担系统负荷改变的负荷。剔除在Mx对应的电网模型中定义为负荷并且潮流计算结果中有功功率为负值的负荷,只保留潮流计算结果中有功功率为正的负荷组成断面Mx对应的可承担系统负荷改变的负荷集合为 其中n为断面Mx中可承担系统负荷改变的负荷总数;
在本实施例中,在断面M1中,所有负荷的有功和无功功率值如下表所示:
表2本实施例在断面M1中所有负荷的有功和无功功率值表
负荷名 | 有功功率(单位:MW) | 无功功率(单位:MVar) |
L1 | 196 | 50 |
L2 | 124 | 35 |
L3 | 48 | 12 |
L4 | 36 | 8 |
L5 | 29 | 6 |
L6 | 34 | 8 |
5.2)根据Mx对应的潮流计算结果选择出可调节的机组。首先剔除在Mx对应的电网模型中定义为机组并且潮流计算中有功功率为负值的机组;然后剔除电网模型中定义为PQ节点的机组,只保留PV节点的机组。最终得到断面Mx对应的可调节机组集合其中m为断面Mx中可调节机组的总数。
在本实施例中,在断面M1中,所有机组的有功功率值如下表所示:
表3本实施例中断面M1中所有机组的有功功率值表
机组名 | 有功功率(单位:MW) |
G1 | 236 |
G2 | 158 |
G3 | 40 |
G4 | 41 |
7.2)按照中每个负荷在断面Mx对应的有功功率值与的比值对ΔPdx进行分配并相应叠加到到集合中的各个负荷上。记为集合中的第i个负荷,该负荷在断面Mx对应的有功功率记为PLix,则ΔPdx分配到该负荷上的有功功率为叠加负荷的有功功率PLix后,得到负荷在断面Mx对应的更新的负荷有功功率
根据步骤5)、6)、7)的数据可以得到各个负荷在第1时刻更新的负荷有功功率值;
表4本实施例中更新的负荷有功功率表
根据以上步骤,可以得出各个负荷的更新的无功功率如下表所示:(有功功率单位:
MW;无功功率单位:MVar)
表5本实施例中更新的负荷无功功率表
7.4)在断面Mx中,设定所有机组的厂用电率(本实施例取值为0.0004),网损率(本实施例取值为0.005)。根据发电负荷的平衡关系:总发电=总负荷+厂用电+网损,可以根据ΔPdx计算出集合中所有机组有功累加总量
7.5)按照中每个机组在断面Mx对应的有功功率值与的比值对ΔPunx进行分配并叠加到集合中的各个机组上。记为集合中的第j个机组,该机组的在断面Mx对应的有功功率记为则分配到该机组上的功率值为叠加机组的有功功率后,得到机组在断面Mx对应的更新的机组有功功率
根据上述步骤的数据可得到各个机组可分配的有功功率,如下表所示:(单位:MW)
表6本实施例中更新的机组有功功率表
8)将步骤7)得到的更新的负荷有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组有功功率,作为断面Mx的潮流计算的输入数据再次进行潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果作为第二天第x个时刻无功电压预报结果;具体方法如下:
8.3)以更新的负荷的有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组的有功功率作为的输入值,进行新一轮的潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果,并将该结果作为日前对第二天第x个时刻的无功电压预报结果;其中,该结果包括:
计算得到断面M1的母线基态电压和优化电压的对比,如下表所示:(单位kV)
表7本实施例中断面M1的母线基态电压和优化电压表
母线编号 | 母线名 | 基态电压值 | 优化电压值 |
1 | BS1 | 223.5 | 222.8 |
2 | BS2 | 115.8 | 114.9 |
计算断面M1的主变基态无功功率和优化无功功率的对比,如下表所示:(单位MVar)
表8本实施例中断面M1的主变基态无功功率和优化无功功率表
主变编号 | 主变名 | 基态无功 | 优化无功 |
1 | TR1 | 46.7 | 48.9 |
2 | TR2 | 23.2 | 25.9 |
计算断面M1的主变基态有功功率和优化有功功率的对比,如下表所示:(单位MW)
表9本实施例中断面M1的主变基态有功功率和优化有功功率表
主变编号 | 主变名 | 基态有功 | 优化有功 |
1 | TR1 | 129.4 | 133.2 |
2 | TR2 | 36.8 | 39.2 |
9)令x=x+1,然后重新返回步骤5),直至得到日前对第二天所有96个时刻的无功电压预报结果,进入步骤10);
Claims (1)
1.一种基于负荷预测的地区电网电压无功日前预报方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)预先设定每日进行预报计算的时刻T;
2)在每日时刻T来临时,按照15分钟间隔读取第二天的系统负荷预测数据,共获得第二天96个时刻的负荷预测数据组成日前系统负荷预测数据集Upld=Pd1,Pd2,…,Pd96),其中Pdx代表日前系统负荷预测数据集Upld中第x个时刻的系统负荷预测值,x=1,2,3,…,96;
3)从电网能量管理系统EMS读取历史参考日全天96个时刻的断面,每个时刻的断面包括对应的电网模型和潮流计算结果,其中令Mx代表历史参考日第x个时刻的断面;
4)设定x=1;
5)读取第x个时刻的断面Mx对应的电网模型和潮流计算结果,根据该断面的潮流计算结果得到该断面对应的可承担系统负荷改变的负荷集合以及可调节的机组集合,具体方法如下:
5.1)剔除在Mx对应的电网模型中定义为负荷并且潮流计算结果中有功功率为负值的负荷,只保留潮流计算结果中有功功率为正的负荷组成断面Mx对应的可承担系统负荷改变的负荷集合为其中代表断面Mx中可承担系统负荷改变的第n个负荷,n为断面Mx中可承担系统负荷改变的负荷总数;
5.2)剔除在Mx对应的电网模型中定义为机组并且潮流计算中有功功率为负值的机组;然后剔除电网模型中定义为PQ节点的机组,只保留PV节点的机组,最终得到断面Mx对应的可调节机组集合其中代表断面Mx中可调节机组的第m个机组,m为断面Mx中可调节机组的总数;
8)将步骤7)得到的更新的负荷有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组有功功率,作为断面Mx的潮流计算的输入数据再次进行潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果作为日前对第二天第x个时刻无功电压预报结果;具体步骤如下:
8.3)以更新后的负荷的有功功率和更新的负荷无功功率以及更新的机组的有功功率作为的输入值,进行新一轮的潮流计算,得到断面Mx更新的潮流计算结果,并将该结果作为日前对第二天第x个时刻的无功电压预报结果;其中,该结果包括:
9)令x=x+1,然后重新返回步骤5),直至得到日前对第二天所有96个时刻的无功电压预报结果,进入步骤10);
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CN102623988A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-08-01 | 清华大学 | 一种电网中日前计划潮流的自动生成方法 |
CN103633649A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-03-12 | 国家电网公司 | 一种电网未来态交流潮流生成方法 |
CN103812103A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-21 | 福州大学 | 一种采用区间潮流迭代的用户电压波动预评估方法 |
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CN109103898A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-28 | 国网湖南省电力有限公司 | 基于风电功率超短期预测误差的电力系统电压控制方法 |
CN109524979A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-26 | 重庆大学 | 一种含vsc-mtdc的交直流互联电网连续潮流模型 |
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2021
- 2021-01-11 CN CN202110032731.4A patent/CN112865107B/zh active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN112865107A (zh) | 2021-05-28 |
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