CN113452012A - 一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法 - Google Patents

一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法 Download PDF

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CN113452012A CN202010233658.2A CN202010233658A CN113452012A CN 113452012 A CN113452012 A CN 113452012A CN 202010233658 A CN202010233658 A CN 202010233658A CN 113452012 A CN113452012 A CN 113452012A
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Abstract

本发明公开了一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，包括如下步骤：获取线路周边的气象参数；根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；根据所述气象参数、电网潮流和计算模型计算得到线路参数；根据所述线路参数计算得到极限切除角度。本发明依据气象要素，精确求解线路参数，让暂态稳定分析计算的结果更加可靠。

Description

一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法
技术领域
本发明涉及电网暂态稳定计算方法，尤其涉及一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法。
背景技术
电力系统的暂态稳定性是指电力系统在运行过程中，受到一个大的扰动后经过一个暂态过程能否达到新的稳定运行状态或恢复到原来运行状态(平衡点)的能力，实际计算中，输电线路参数对结果的影响比较大。目前在电力系统分析中，架空输电线路传统上采用单段集中参数模型，默认线路参数是不变的。而实际应用中输电线路的电气参数是随着线路周边的气象因素的变化而改变的，如果没有考虑实际计算中输电线路的电气参数沿线气象因素的影响，会让暂态稳定分析得出的结果不精确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，以解决现有技术中计算精确不高的问题。
为解决上述计算问题，本发明所采用的技术方案是：
一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，包括如下步骤：
获取线路周边的气象参数；
根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
根据所述气象参数、电网潮流和计算模型计算得到线路参数；
根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
进一步的，所述气象参数包括温度、风速、风向角和太阳辐射角。
进一步的，所述计算模型包括首末均值模型、加权均值模型和线路分段模型。
进一步的，所述线路参数的计算公式为：
Figure BDA0002428241260000021
Figure BDA0002428241260000022
其中，Tc为架空线路的导体温度，T为周围环境温度，v为风速，φ为风向角，θ为太阳辐射角；qr为由温差引起的辐射散热，qc为由风速、风向引起的对流散热，qs为日照吸热，m为导体质量，Cp为导体比热容，I为电流值，t为时间，r为在温度Tc下的导体电阻，Qij表示与节点i相连的节点j的无功功率，Pij表示与节点i相连的节点j的有功功率，Vi表示节点i的电压。
进一步的，所述电网潮流的计算公式为：
Figure BDA0002428241260000023
Figure BDA0002428241260000024
其中，PGi为节点i的电源注入有功功率，PLi为节点i输出有功功率，QGi节点i的电源注入无功功率，QLi为节点i输出无功功率，Pij表示与节点i相连的节点j的有功功率，Qij表示与节点i相连的节点j的无功功率，Tc为架空线路的导体温度，Vi表示节点i的电压，Vj表示节点j的电压，δij表示节点i和节点j之间的相角差。
进一步的，所述极限切除角度的计算公式为：
Figure BDA0002428241260000031
其中，PT为输入发电机的机械功率，PII为系统故障时发电机等价输出功率，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，δ为攻角，δ0为系统电磁功率和机械功率相等时的攻角，δc为系统故障后极限切除的攻角，δm为系统故障切除后系统能达到稳定运行的攻角。
进一步的，所述系统故障时发电机等价输出功率的计算公式为：
Figure BDA0002428241260000032
其中，E'为系统电动势，PII为系统故障时发电机等价输出功率，xII为系统发生故障时联系电抗，U为系统电压，δ为攻角；
所述系统切除故障后发电机等价输出功率的计算公式为：
Figure BDA0002428241260000033
其中，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，xIII为系统发生故障时联系电抗。
进一步的，所述线路参数包括系统正常运行时联系电抗、系统发生故障时联系电抗和系统切除故障后联系电抗。
一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算系统，所述系统包括：
获取模块：用于获取线路周边的气象参数；
第一计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第二计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第三计算模块：用于根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
发明通过将线路周边的气象参数带入计算模型，根据气象参数和电网潮流计算得到线路参数，解决了现有技术中默认线路参数是不变的问题，从而提高了线路参数的精度；根据线路的精确线路参数计算可以得到更加精确的极限切除角度，使得电网暂定稳定裕度更加可信。
附图说明
图1为本发明的分析方法步骤流程图；
图2为本发明的输电线路参数迭代计算方法流程图；
图3为本发明总体计算流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，所述步骤如下：(1)线路周边气象要素获取；(2)根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；(3)根据所述气象参数、电网潮流和计算模型计算得到线路参数；(4)根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
通过线路周边气象因素与电力系统中潮流计算相结合，计算出输电线路等价参数，继而获得系统的暂态稳定特性。
本发明根据CIGRE标准热平衡方程，结合电网实时潮流，建立计及气象因素时空分布的线路参数精确求解算法，继而获取电网暂态稳定特性。
步骤(1)格点气象数据获取，根据气象数据参数获得环境温度、风速、风向角、太阳辐射角。
步骤(2)线路分段模型是基于空间纬度提出的，主要包括首末均值模型、加权均值模型、以风速为依据的线路分段模型。
首末均值模型和加权均值模型将线路以单段集中参数处理；以风速为依据的线路分段模型将线路分为多段集中参数，在极限情况下表现为非均匀分布式参数特性，与实际情况最为贴切。
实际计算时根据气象参数不同的特点选择相应的模型。
系统要求计算速度高时，选用首末均值模型；系统要求准确性高时，选择以风速为依据的线路分段模型；兼顾速度和精确度，选用加权均值模型。
步骤(3)中，线路参数计算结合电网实时潮流，结果更加可靠。
步骤(4)中，电网暂态稳定计算中线路参数考虑了环境因素影响，参数值更加接近实际情况，暂态稳定分析计算结果更加可信。
如图2所示，为所述输电线路参数迭代计算方法流程图。主要步骤为：
步骤(3-1)潮流方程初始化，计算线路初始化电流，
步骤(3-2)把初始化电流及此时的风速、环境温度等气象数据输入热平衡方程得出导体阻抗及导体温度数据；
步骤(3-3)把步骤2中的导体阻抗及导体温度重新代入潮流方程，判断是否收敛，若收敛则计算结束；否则进行新一轮的迭代计算，直至收敛。
如图3所示，将气象参数、电网潮流带入架空线路的热平衡方程计算得到线路参数，线路参数包括系统正常运行时联系电抗、系统发生故障时联系电抗和系统发生故障后联系电抗：
其中，架空线路的热平衡方程为：
Figure BDA0002428241260000061
公式(1)中，Tc为架空线路的导体温度，T为周围环境温度，v为风速，φ为风向角，θ为太阳辐射角；qr为由温差引起的辐射散热，qc为由风速、风向引起的对流散热，qs为日照吸热，m为导体质量，Cp为导体比热容，I为电流值，t为时间，r为在温度Tc下的导体电阻。
潮流方程为：
Figure BDA0002428241260000071
Figure BDA0002428241260000072
公式(2)中，PGi为节点i的电源注入有功功率，PLi为节点i输出有功功率，j∈i代表节点j与节点i直接相连，但是不包括节点i，QGi节点i的电源注入无功功率，QLi为节点i输出无功功率，Pij表示与节点i相连的节点j的有功功率，Qij表示与节点i相连的节点j的无功功率，Vi表示节点i的电压，Vj表示节点j的电压，δij表示节点i和节点j之间的相角差。
根据潮流计算结果可以得出线路的电流，求得的电流带入公式(1)进行线路参数计算公式如下：
Figure BDA0002428241260000073
电网暂态稳定计算是指根据公式(1)和公式(2)计算出线路等价阻抗参数后，根据电力系统正常运行时功-角特性为：
Figure BDA0002428241260000074
公式(3)中E'为系统电动势，PI为发电机等价输出功率，U为系统电压，xI为系统正常运行时联系电抗，和输电线路电抗及系统结构密切相关，δ为攻角。
故障期间功-角特性为：
Figure BDA0002428241260000075
公式(4)中E'为系统电动势，PII为系统故障时发电机等价输出功率，U为系统电压，xII为系统发生故障时联系电抗，和输电线路电抗及系统结构密切相关，δ为攻角。
故障后功-角特性为：
Figure BDA0002428241260000081
公式(5)中E'为系统电动势，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，U为系统电压，xIII为系统切除故障后联系电抗，和输电线路电抗及系统结构密切相关，δ为攻角。
根据公式(3)(4)(5)绘制功角特性曲线，然后根据暂定稳定的判据-等面积定则计算极限切除角度：
Figure BDA0002428241260000082
公式(6)中E'为系统电动势，PT为输入发电机的机械功率，PII为系统故障时发电机等价输出功率，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，δ为攻角，δ0为系统电磁功率和机械功率相等时的攻角，δc为系统故障后极限切除的攻角，δm为系统故障切除后系统能达到稳定运行的攻角。
根据公式(6)，即当减速面积等于加速面积时，转子角速度恢复到同步，据此可以计算出极限切除角度，即最大可能的δc。当系统发生故障，若在极限切除角之前切除故障，则系统经自我调整后能恢复稳定，若在极限切除角之后切除故障，则虽然故障切除，但系统仍旧会失去稳定，导致崩溃。
一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算系统，所述系统包括：
获取模块：用于获取线路周边的气象参数；
第一计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第二计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第三计算模块：用于根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取线路周边的气象参数；
根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
根据所述气象参数、电网潮流和计算模型计算得到线路参数；
根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
2.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述气象参数包括温度、风速、风向角和太阳辐射角。
3.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述计算模型包括首末均值模型、加权均值模型和线路分段模型。
4.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述线路参数的计算公式为：
Figure FDA0002428241250000011
Figure FDA0002428241250000012
其中，Tc为架空线路的导体温度，T为周围环境温度，v为风速，φ为风向角，θ为太阳辐射角；qr为由温差引起的辐射散热，qc为由风速、风向引起的对流散热，qs为日照吸热，m为导体质量，Cp为导体比热容，I为电流值，t为时间，r为在温度Tc下的导体电阻，Qij表示与节点i相连的节点j的无功功率，Pij表示与节点i相连的节点j的有功功率，Vi表示节点i的电压。
5.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述电网潮流的计算公式为：
Figure FDA0002428241250000022
其中，PGi为节点i的电源注入有功功率，PLi为节点i输出有功功率，QGi节点i的电源注入无功功率，QLi为节点i输出无功功率，Pij表示与节点i相连的节点j的有功功率，Qij表示与节点i相连的节点j的无功功率，Tc为架空线路的导体温度，Vi表示节点i的电压，Vj表示节点j的电压，δij表示节点i和节点j之间的相角差。
6.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述极限切除角度的计算公式为：
Figure FDA0002428241250000023
其中，PT为输入发电机的机械功率，PII为系统故障时发电机等价输出功率，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，δ为攻角，δ0为系统电磁功率和机械功率相等时的攻角，δc为系统故障后极限切除的攻角，δm为系统故障切除后系统能达到稳定运行的攻角。
7.根据权利要求6所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述系统故障时发电机等价输出功率的计算公式为：
Figure FDA0002428241250000031
其中，E'为系统电动势，PII为系统故障时发电机等价输出功率，xII为系统发生故障时联系电抗，U为系统电压，δ为攻角；
所述系统切除故障后发电机等价输出功率的计算公式为：
Figure FDA0002428241250000032
其中，PIII为系统切除故障后发电机等价输出功率，xIII为系统发生故障时联系电抗。
8.根据权利要求1所述的一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算方法，其特征在于，所述线路参数包括系统正常运行时联系电抗、系统发生故障时联系电抗和系统切除故障后联系电抗。
9.一种计及气象因素的电力系统暂态稳定计算系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块：用于获取线路周边的气象参数；
第一计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第二计算模块：用于根据所述气象参数选择线路参数的计算模型；
第三计算模块：用于根据所述线路参数计算得到极限切除角度。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
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