CN113964839A - 基于移相变压器的环网潮流调节方法、装置、设备及介质 - Google Patents

基于移相变压器的环网潮流调节方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN113964839A CN202111216422.9A CN202111216422A CN113964839A CN 113964839 A CN113964839 A CN 113964839A CN 202111216422 A CN202111216422 A CN 202111216422A CN 113964839 A CN113964839 A CN 113964839A
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袁佳歆
杨欣宜
许顺凯
梅佳骏
张伟哲
陈鹤冲
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Abstract

本发明公开了一种基于移相变压器的潮流调节方法、装置、设备及介质，所述方法包括：在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统；根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位；根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。采用本发明实施例，根据所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，调整移相变压器的工作挡位，进而精确、可靠地对环网潮流进行调控。

Description

基于移相变压器的环网潮流调节方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及电网调度运行领域，尤其涉及一种基于移相变压器的环网潮流调节方法、装置、设备及介质。
背景技术
电网互联成为电力系统的发展趋势，但随着电网规模的增大，电网复杂程度不断增加，互联电网中存在潮流分布不合理的现象，降低了输电网络的利用率，增加了功率损耗。为保证电力系统运行安全性和经济性，需要有效的潮流调节和控制手段，解决互联电网中潮流分布不合理的现象，抑制互联电网中的潮流振荡，并提高现有网络的负荷能力和安全水平。
环网的拓扑网架在建成后不便再做较大改造，目前主要通过改变系统注入方式或者网络参数来调控线路传输功率，如调度发电机有功出力来调节系统潮流、采用并联型FACTS(Flexible AC Transmission System,FACTS)设备例如静止同步补偿器用于无功补偿或利用晶闸管控制串联电容器(Thyristor Controlled Series Compensation,TCSC)通过调节输电线路的等效阻抗来调节线路潮流。但调度发电机有功出力只能作为调节系统潮流的辅助手段；FACTS设备调节潮流能力有限；TCSC会向系统注入低次谐波电压，还可能引起次同步振荡。
现有的调节环网潮流分布的方法，如利用统一潮流控制器(UPFC,Unified PowerFlow Controller)控制环网中有功功率和无功功率的分布，未考虑潮流调控设备的内阻抗，使得加入潮流调控设备后环网潮流分布与预期不符，且由于包含大量大功率的电力电子器件，存在可靠性方面的问题，其造价和维护费用也很昂贵。
发明内容
本发明实施例提供一种基于移相变压器的环网潮流调节方法、装置、设备及介质，在接入移相变压器后，根据所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，调整移相变压器的工作挡位，进而精确、可靠地对环网潮流进行调控。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提供了一种基于移相变压器的环网潮流调节方法，所述方法包括：
在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统；
根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位；
根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure BDA0003310819830000021
其中，
Figure BDA0003310819830000022
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
本申请实施例的第二方面提供了一种基于移相变压器的环网潮流调节装置，包括：
接入模块，用于在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统；
计算模块，用于根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位；
调节模块，用于根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure BDA0003310819830000031
其中，
Figure BDA0003310819830000032
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
本申请实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器连接所述处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于移相变压器的潮流调节方法、装置、设备及介质，在对环网进行潮流调节时，当已知初始潮流分布以及预期潮流分布后，即可计算得到由移相变压器引起的附加潮流。根据环网线路的分布，建立所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系。然后结合约束关系选择移相变压器最合适的工作挡位，进而实现环网潮流的精确、可靠的调节。整个调节过程中移相变压器所处挡位对应的输出电压及内阻抗是可以明确得出的，最后调整的结果与预期的结果只会存在不可避免的机械误差，相比起使用大功率电力电子器件进行调节，使用移相变压器的成本会更低、可靠性更高。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种基于HVST等效电路模型的潮流分析方法的流程示意图；
图2是一种常见的双回并联输电线路等效结构图；
图3是本发明一实施例提供的一种接入移相变压器后的双回并联输电线路等效结构图；
图4是本发明一实施例提供的一种接入移相变压器后的环网输电系统等效示意图；
图5是本发明一实施例提供的一种220kV环网潮流分布图；
图6是本发明一实施例提供的一种接入移相变压器后的220kV环网潮流分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明一实施例提供了一种基于移相变压器的环网潮流调节方法，所述方法包括：
S10、在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统。
S12、根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位。
S13、根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
示例性地，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure BDA0003310819830000051
其中，
Figure BDA0003310819830000052
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
移相变压器是一种行之有效的潮流调节设备，能够在避免系统过负荷和欠负荷情况，对输电线路进行有效的潮流调控，可以降低输电成本并提高线路利用率，充分利用现有网架的输配电能力。
请参见图2，图2是在未安装移相变压器之前双回并联输电线路，双回并联输电线路受端的潮流S可表示为两条线路潮流之和：
S＝S1+S2 (1)
其中：
Figure BDA0003310819830000061
Figure BDA0003310819830000062
故可得：
Figure BDA0003310819830000063
Figure BDA0003310819830000064
由式(4)(5)可知，在没有移相变压器时，电流的自然分布取决于线路阻抗的大小。如果平行线路的阻抗X1和X2的大小差别很大，这种电流的自然分布效率很低，就使得潮流在并联线路中的分配很不合理。
为了使潮流在并联线路中的分配趋于合理，在图1中线路1首端安装特殊结构的双芯对称型移相变压器，图2为安装移相变压器后的双回并联输电线路等效结构图。
安装移相变压器后，线路1首端电压变为
Figure BDA0003310819830000065
可表示为：
Figure BDA0003310819830000066
其中移相变压器的输出电压为VPST∠β，由于并联线路首端电压不等，并联线路1与线路2之间产生一个循环电流，令该循环电流为
Figure BDA0003310819830000067
当不考虑双芯对称型移相变压器内阻抗时，
Figure BDA0003310819830000068
可表示为：
Figure BDA0003310819830000069
由叠加原理可得：
Figure BDA0003310819830000071
Figure BDA0003310819830000072
其中
Figure BDA0003310819830000073
为网络的额定电压，假设其相位为零。
Figure BDA0003310819830000074
为移相变压器引起的附加潮流。根据循环电流表达式(7)，及移相变压器输出电压VPST∠β，可计算得
Figure BDA0003310819830000075
的表达式为：
Figure BDA0003310819830000076
其中，β为角度参数，由移相变压器的结构决定。
因此，在并联线路1首端加入移相变压器后，当其输出电压为VPST∠β且不考虑移相变压器内阻抗时，并联线路1改变的有功潮流ΔP1、无功潮流ΔQ1和线路2改变的有功潮流ΔP2、无功潮流ΔQ2可分别表示为：
Figure BDA0003310819830000077
Figure BDA0003310819830000078
Figure BDA0003310819830000079
Figure BDA00033108198300000710
由式(11)～(14)可知，通过调节移相变压器的输出电压VPST∠β，即可调节并联输电线路的传输潮流。
示例性地，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
本发明实施例进一步考虑特殊结构的双芯对称型移相变压器内阻抗随档位的变化，使得潮流分布计算更加精确。
往环网输电线接入双回并联的输电线，当采用的特殊结构的移相变压器在第n档位下的内电抗为Xn时，移相变压器的输出电压产生的循环电流为
Figure BDA0003310819830000081
为：
Figure BDA0003310819830000082
移相变压器产生的循环功率：
Figure BDA0003310819830000083
线路转移的有功潮流为：
Figure BDA0003310819830000084
Figure BDA0003310819830000085
移相变压器内电抗Xn对循环功率的影响为：
Figure BDA0003310819830000086
考虑双芯对称型移相变压器内阻抗影响的并联双回线路潮流分布为：
S″1＝S1+Sc2
S″2＝S2-Sc2 (20)
请参见图3，图3是安装移相变压器后的环网系统等效示意图。
环网输电线分别带给定的负荷SLD1和SLD2，环网的三条线路潮流为S1，S2和S3。图3中
Figure BDA0003310819830000091
表示系统送端电压相量，线路简化为纯感性线路，线路L1，L2和L3的电抗分别为X1，X2和X3。
Figure BDA0003310819830000092
Figure BDA0003310819830000093
式中，D＝n/nmax为线路L2中双芯对称型移相变压器的励磁变压器二次侧绕组接入匝数与整体绕组匝数的比值，NS和NE分别为串联变压器和励磁变压器的变比，XE1、XE2、XS1、XS2分别为励磁变压器和串联变压器一次侧及二次测绕组的漏阻抗的电抗分量。
因此，图4所示环路中线路L1、L2、L3中潮流分别为：
S″1＝S1-Sc
S″2＝S2+Sc
S″3＝S3+Sc (23)
在对环网进行潮流调节时，当已知初始潮流分布以及预期潮流分布后，即可计算得到由移相变压器引起的附加潮流Sc，Sc＝Pc+jQc，Pc、Qc分别为由移相变压器引起的附加有功潮流与无功潮流。由式(22)即可得到为达到预期潮流分布目标移相变压器相关参数需满足的条件，当只考虑环网系统中有功功率的传输时：
Figure BDA0003310819830000094
移相变压器结构决定了VPST、β以及X′d∑并非互相独立，因此根据式(24)以及移相变压器各挡位的输出电压和内阻抗的既定组合选择最合适的挡位，即可实现环网潮流的精确调节。
下面以220kV环网为例，介绍本实施例提供的基于移相变压器的环网潮流调节方法在实际中的应用方式以及应用效果。
在PSAW软件中建立环网模型并进行潮流计算。当发电站发出的有功功率为1205MW时，环网中初始潮流分布如图5所示。
图5所示环网的潮流分布中，bus-2与bus-4间线路、bus-4与bus-3间线路过载。为了通过移相变压器进行潮流调节使得环网中bus-2与bus-3间线路分担更多的有功潮流，因此设定Pc＝250MW，使得环网中bus-2与bus-3间线路上流经的有功潮流约为650MW，bus-2与bus-4间线路以及bus-4与bus-3间线路上有功潮流约为800MW。根据移相变压器各个挡位的输出电压与内阻抗参数，选择合适挡位并接入bus-2与bus-4间线路的首端。
经过加入合适挡位的移相变压器调节后环网潮流分布如图6所示。
由于bus-2与bus-5间移相变压器输出电压与内阻抗使得环网中连接bus-2与bus-3的两条线路两端电压不等，环网中产生环流。由移相变压器引起的附加潮流改变了环网中潮流的原始分布状况。图6所示环网中各条线路上的有功潮流基本符合预期。
示例性地，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
现有技术中常利用统一潮流控制器(UPFC,Unified Power Flow Controller)控制电网中有功功率和无功功率的分布，UPFC主要由串联变压器、并联变压器、MMC(ModularMultilevel Converter,模块化多电平换流)三个主要模块构成，其中MMC由于采用大量电力电子器件，同时要考虑均压均流散热等问题，成本很高。双芯对称型移相变压器主要由串联变压器、励磁变压器、有载调压开关构成，成本低、可靠性高。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于移相变压器的潮流调节方法，在对环网进行潮流调节时，当已知初始潮流分布以及预期潮流分布后，即可计算得到由移相变压器引起的附加潮流。根据环网线路的分布，建立所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系。然后结合约束关系选择移相变压器最合适的工作挡位，进而实现环网潮流的精确、可靠的调节。整个调节过程中移相变压器所处挡位对应的输出电压及内阻抗是可以明确得出的，最后调整的结果与预期的结果只会存在不可避免的机械误差，相比起使用大功率电力电子器件进行调节，使用移相变压器的成本会更低、可靠性更高。
本申请一实施例提供了一种基于移相变压器的环网潮流调节装置，包括接入模块、计算模块和调节模块。
所述接入模块，用于在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统。
所述计算模块，用于根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位。
所述调节模块，用于根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
示例性地，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure BDA0003310819830000111
其中，
Figure BDA0003310819830000112
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
示例性地，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
示例性地，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于移相变压器的潮流调节装置，在对环网进行潮流调节时，当已知初始潮流分布以及预期潮流分布后，即可计算得到由移相变压器引起的附加潮流。根据环网线路的分布，建立所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系。然后结合约束关系选择移相变压器最合适的工作挡位，进而实现环网潮流的精确、可靠的调节。整个调节过程中移相变压器所处挡位对应的输出电压及内阻抗是可以明确得出的，最后调整的结果与预期的结果只会存在不可避免的机械误差，相比起使用大功率电力电子器件进行调节，使用移相变压器的成本会更低、可靠性更高。
本申请一实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器连接所述处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
本申请一实施例的提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序、计算机程序)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于移相变压器的环网潮流调节方法，其特征在于，包括：
在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统；
根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位；
根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
2.如权利要求1所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法，其特征在于，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure FDA0003310819820000011
其中，
Figure FDA0003310819820000012
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
3.如权利要求2所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法，其特征在于，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
4.如权利要求1所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法，其特征在于，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
5.一种基于移相变压器的环网潮流调节装置，其特征在于，包括：
接入模块，用于在双回并联输电线路的首端接入移相变压器后，将所述双回并联输电线路接入环网输电系统；
计算模块，用于根据预估的环网潮流调节量，结合所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系，得出所述移相变压器的目标挡位；
调节模块，用于根据所述目标挡位调节所述移相变压器挡位，使环网潮流达到分布预估。
6.如权利要求5所述基于移相变压器的环网潮流调节装置，其特征在于，所述移相变压器的输出电压及内阻抗的环网约束关系具体为：
Figure FDA0003310819820000021
其中，
Figure FDA0003310819820000022
为所述移相变压器的输出电压，jX′d∑为所述移相变压器内阻抗与所述环网输电系统各支路总阻抗之和，SC为所述移相变压器引起的附加潮流，Vs为所述环网输电系统的送端电压。
7.如权利要求6所述基于移相变压器的环网潮流调节装置，其特征在于，所述移相变压器内阻抗与所述移相变压器所处的工作挡位相关。
8.如权利要求5所述基于移相变压器的环网潮流调节装置，其特征在于，所述移相变压器是一种双芯对称型移相变压器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器连接所述处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1～4任一项所述的基于移相变压器的环网潮流调节方法。
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