CN115759532A - 500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，包括获取电网数据和扩建方案；计算现有状态下负载率安全裕度并进行判断；计算短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和下网负荷的标准差；构建评估目标函数并对待评估的主变容量扩建方案进行评估。本发明提供的这种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，从变压器负载率安全裕度、母线短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度和主变压器下网负荷的标准差4个方面对主变容量改扩建方案进行综合评估，不仅实现了更为全面和客观的方案评估，而且可靠性更高，稳定性更好，更加客观科学。

Description

500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

目前，我国电网规模持续扩大，电网负荷持续增加，在维持电网变电容量不变的情况下，电网变电容量与负荷之间的比值将逐年降低。当变电站主变压器发生故障时，该变压器所带负荷将转移至其他变压器；此时，若其他变压器变电容量不足，将导致设备过载或发生停电事故，进而威胁电网的安全稳定运行，导致电网运行控制难度增大。电网容载比问题一直是制约电网安全运行的关键因素，维持电网容载比在一定范围内，将有利于保障用户的安全稳定用电，同时也能够提高电网的供电可靠性。

目前，省级电网之间通常通过500千伏电压等级的联络线进行区域之间的交流互联。当某区域出现电力电量缺额时，可通过500千伏联络线实现区域之间的相互支援，进而提高区域电网的安全稳定运行能力。500千伏变电站作为电力支援的载体，其主变压器容量直接决定了其供带负荷的能力。根据电力系统安全稳定运行规定，当供电区域内某台主变压器出现故障停运时，剩余变压器要求能够保持可靠供电，不出现停电事故。因此，500千伏变电站必须保持足够的供电能力，以适应负荷发展的需求。

但是，随着社会的快速发展，电力系统的用电负荷也快速增加，500千伏变电站的主变压器的供带负荷也快速增加。为了保证500千伏变电站的供带负荷能力，以及保证在主变压器故障情况下其他变压器不出现过载或是出现停电的情况，增加500千伏变电站供带区域的变压器容量就成为了首要任务。针对不同的500千伏变电站供电区域的主变容量改扩建方案，电力系统需要从系统运行安全性和稳定性等方面进行综合评价，从而选择最佳的方案。但是在实际运行中，当前电力系统却仅通过工程经验和专家组的主观判断来评估方案的好坏。这种主观判断的方式，存在着可靠性低、稳定性差的缺陷，而且这种方式科学性不强，也给电力系统带来了一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、稳定性好且客观科学的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法。

本发明提供的这种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，包括如下步骤：

S1.获取500千伏变电站供电区域的电网数据和待评估的主变容量扩建方案；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度；

S3.根据步骤S2得到的剩余主变压器的负载率安全裕度，进行如下判断：

若剩余主变压器的负载率安全裕度满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度不满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤；

S4.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度；

S5.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台500千伏主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值；

S6.根据步骤S1获取的数据，在各个待评估的主变容量扩建方案下，计算500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；

S7.基于计算得到的负载率安全裕度、短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和500千伏主变压器下网负荷的标准差，构建评估目标函数；

S8.根据步骤S7得到的评估目标函数的值，对待评估的主变容量扩建方案进行评估。

步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度：

式中α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；P_load,N,i为第i台主变压器的额定容量；P_load,i为第i台主变压器在供区内任意一台变压器发生故障停运时的负荷；i的取值为1,2,...,n，n为500千伏变电站供电区域内的主变压器的台数；α_i＞0表示主变压器负载率为安全状态，α_i＜0表示主变压器负载率为不安全状态，α_i＝0表示主变压器负载率为临界安全状态。

所述的步骤S3，具体包括如下步骤：

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i＞0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i≤0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤。

步骤S4所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到220千伏母线的短路电流安全裕度：

式中β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；I_N为220千伏断路器的遮断容量；I为220千伏母线三相短路时的短路电流；j的取值为1,2,...,m，m为500千伏变电站内的220千伏母线的数量；短路电流安全裕度β_j越大，表明对短路电流的安全裕度越大，β_j＞0表示短路电流水平为安全状态，β_j＜0表示短路电流水平为不安全状态。

步骤S5所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台500千伏主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η：

式中P_k,line,N为第k条220千伏输电线路极限输电容量；P_k,line为第k条220千伏输电线路实际输送容量。

步骤S6所述的根据步骤S1获取的数据，在各个待评估的主变容量扩建方案下，计算500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差，具体包括如下步骤：

通过潮流计算的方式，计算在各个待评估的主变容量扩建方案下，500千伏变电站供电区域在给定年份和运行方式下500千伏主变压器容量增加后，每台主变压器的下网负荷P_Train,i；

计算500千伏变电站供电区域内，500千伏主变压器下网负荷的平均值P_ave为

其中n₁为采用当前的待评估方案后供电区域内500千伏主变压器的数量；

根据平均值P_ave，计算得到500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差σ为

步骤S7所述的基于计算得到的负载率安全裕度、短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和500千伏主变压器下网负荷的标准差，构建评估目标函数，具体包括如下步骤：

采用如下算式作为评估目标函数：

式中F的目标函数值；β为电流安全裕度最小值且β＝min(β_j)，β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；α为负载率安全裕度最小值且α＝min(α_i)，α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；η为500千伏变电站供电区域内各条220千伏母线在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η；σ为500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；k为变量系数，且取值规则：若α、β和η均大于0则k＝0，否则k＝1。

步骤S8所述的根据步骤S7得到的评估目标函数的值，对待评估的主变容量扩建方案进行评估，具体包括如下步骤：

若评估目标函数的值F＞0，则表示待评估的主变容量扩建方案可行；同时，F的值越大，表明对应的待评估的主变容量扩建方案性能越优秀；

若评估目标函数的值F≤0，则表示待评估的主变容量扩建方案不可行。

本发明提供的这种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，从变压器负载率安全裕度、母线短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度和主变压器下网负荷的标准差4个方面对主变容量改扩建方案进行综合评估，不仅实现了更为全面和客观的方案评估，而且可靠性更高，稳定性更好，更加客观科学。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程示意图。

图2为本发明方法实施例的的供电区域电网地理接线示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，包括如下步骤：

S1.获取500千伏变电站供电区域的电网数据和待评估的主变容量扩建方案；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度；具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度：

式中α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；P_load,N,i为第i台主变压器的额定容量；P_load,i为第i台主变压器在供区内任意一台变压器发生故障停运时的负荷；i的取值为1,2,...,n，n为500千伏变电站供电区域内的主变压器的台数；α_i＞0表示主变压器负载率为安全状态，α_i＜0表示主变压器负载率为不安全状态，α_i＝0表示主变压器负载率为临界安全状态；主变压器负载率小于等于0.2时，表明变压器处于重载状态；

S3.根据步骤S2得到的剩余主变压器的负载率安全裕度，进行如下判断：

若剩余主变压器的负载率安全裕度满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度不满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤；

具体实施时，具体包括如下步骤：

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i＞0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i≤0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤；

S4.S4.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度；具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到220千伏母线的短路电流安全裕度：

式中β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；I_N为220千伏断路器的遮断容量；I为220千伏母线三相短路时的短路电流；j的取值为1,2,...,m，m为500千伏变电站内的220千伏母线的数量；短路电流安全裕度β_j越大，表明对短路电流的安全裕度越大，β_j＞0表示短路电流水平为安全状态，β_j＜0表示短路电流水平为不安全状态；

S5.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台500千伏主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值；具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η：

式中P_k,line,N为第k条220千伏输电线路极限输电容量；P_k,line为第k条220千伏输电线路实际输送容量；

S6.根据步骤S1获取的数据，在各个待评估的主变容量扩建方案下，计算500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；具体包括如下步骤：

通过潮流计算的方式，计算在各个待评估的主变容量扩建方案下，500千伏变电站供电区域在给定年份和运行方式下500千伏主变压器容量增加后，每台主变压器的下网负荷P_Train,i；

计算500千伏变电站供电区域内，500千伏主变压器下网负荷的平均值P_ave为

其中n₁为采用当前的待评估方案后供电区域内500千伏主变压器的数量；

根据平均值P_ave，计算得到500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差σ为

S7.基于计算得到的负载率安全裕度、短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和500千伏主变压器下网负荷的标准差，构建评估目标函数；具体包括如下步骤：

采用如下算式作为评估目标函数：

式中F的目标函数值；β为电流安全裕度最小值且β＝min(β_j)，β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；α为负载率安全裕度最小值且α＝min(α_i)，α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；η为500千伏变电站供电区域内各条220千伏母线在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η；σ为500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；k为变量系数，且取值规则：若α、β和η均大于0则k＝0，否则k＝1；

S8.根据步骤S7得到的评估目标函数的值，对待评估的主变容量扩建方案进行评估；具体包括如下步骤：

若评估目标函数的值F＞0，则表示待评估的主变容量扩建方案可行；同时，F的值越大，表明对应的待评估的主变容量扩建方案性能越优秀；

若评估目标函数的值F≤0，则表示待评估的主变容量扩建方案不可行。

以下结合一个具体实施例，对本发明方法进行进一步说明：

以某500千伏供电区域电网为例，分析该区域电网500千伏主变压器容量增加的必要性，对不同主变压器容量扩建方案进行综合评估。该供电区域电网地理接线图如图2所示；给定年份运行方式下的500千伏供电区域主变压器N-1校核数据如表1所示：

表1给定年份运行方式下500千伏供电区域主变压器N-1校核数据示意表

由表1结果可以看出，当500千伏变电站A和500千伏变电站B主变压器出现故障停运时，500千伏变电站C的主变压器负载率安全裕度小于0，因此，该500千伏变电站供电区域在给定年份的运行方式下需要增加500千伏电压等级的主变压器容量。根据分析得到以下三种解决方案。

方案一、扩建500千伏变电站C一台主变压器(1×100万千伏安)。

方案二、扩建500千伏变电站A一台主变压器(1×100万千伏安)。

方案三、扩建500千伏变电站B一台主变压器(1×100万千伏安)。

对于上述不同方案，可以分别得到不同方案下该供电区域内500千伏变电站主变压器N-1校核表，如表2、表3、表4和表5所示：

表2采取方案一后区域500千伏主变压器N-1校核数据示意表(单位：万千瓦)

表3采取方案二后区域500千伏主变压器N-1校核数据示意表(单位：万千瓦)

表4采取方案三后区域500千伏主变压器N-1校核数据示意表(单位：万千瓦)

表5不同方案500千伏变电站220千伏母线短路电流对比示意表(单位：千安)

母线名	方案一	方案二	方案三
				C站I段母线	37.3	49.3	48.6
C站II段母线	33.0	/	/
				A站II段母线	44.7	48.9	45.8
B站I段母线	42.2	43.9	50.4
				B站II段母线	38.1	38.1	38.12

根据潮流计算结果和表2～表5的数据，可计算得到不同方案下的500千伏变电站供电区域任意一台变压器发生故障停运(N-1)时其他主变压器的负载率的最大值，供区内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度的最小值，供区内220千伏线路在500千伏变电站某一台主变压器故障停运时的最大负载率，供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差，具体数据如表6所示：

表6不同方案参数及目标函数值示意表

综合上述分析，方案一的目标函数值F＝0.033，方案二的目标函数值F＝0.002，而方案三目标函数值小于0。因此方案一和方案二为可行方案，方案三为不可行方案。在可行方案中，方案一的F值更大，因此选择方案一作为该500千伏供电区域主变容量扩建方案。

Claims (8)

1.一种500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，包括如下步骤：

S1.获取500千伏变电站供电区域的电网数据和待评估的主变容量扩建方案；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度；

S3.根据步骤S2得到的剩余主变压器的负载率安全裕度，进行如下判断：

若剩余主变压器的负载率安全裕度满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度不满足设定条件，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤；

S4.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度；

S5.根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台500千伏主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值；

S6.根据步骤S1获取的数据，在各个待评估的主变容量扩建方案下，计算500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；

S7.基于计算得到的负载率安全裕度、短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和500千伏主变压器下网负荷的标准差，构建评估目标函数；

S8.根据步骤S7得到的评估目标函数的值，对待评估的主变容量扩建方案进行评估。

2.根据权利要求1所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到任意一台变压器发生故障停运时，剩余主变压器的负载率安全裕度：

式中α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；P_load,N,i为第i台主变压器的额定容量；P_load,i为第i台主变压器在供区内任意一台变压器发生故障停运时的负荷；i的取值为1,2,...,n，n为500千伏变电站供电区域内的主变压器的台数；α_i＞0表示主变压器负载率为安全状态，α_i＜0表示主变压器负载率为不安全状态，α_i＝0表示主变压器负载率为临界安全状态。

3.根据权利要求2所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于所述的步骤S3，具体包括如下步骤：

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i＞0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域不需要进行主变容量扩建，评估结束；

若剩余主变压器的负载率安全裕度α_i满足α_i≤0.2，则认定当前的500千伏变电站供电区域需要进行主变容量扩建，继续进行后续步骤。

4.根据权利要求3所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S4所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内500千伏变电站内220千伏母线的短路电流安全裕度，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到220千伏母线的短路电流安全裕度：

式中β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；I_N为220千伏断路器的遮断容量；I为220千伏母线三相短路时的短路电流；j的取值为1,2,...,m，m为500千伏变电站内的220千伏母线的数量；短路电流安全裕度β_j越大，表明对短路电流的安全裕度越大，β_j＞0表示短路电流水平为安全状态，β_j＜0表示短路电流水平为不安全状态。

5.根据权利要求4所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S5所述的根据步骤S1获取的数据，计算现有状态下，500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台500千伏主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到500千伏变电站供电区域内各条220千伏输电线路在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η：

式中P_k,line,N为第k条220千伏输电线路极限输电容量；P_k,line为第k条220千伏输电线路实际输送容量。

6.根据权利要求5所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S6所述的根据步骤S1获取的数据，在各个待评估的主变容量扩建方案下，计算500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差，具体包括如下步骤：

通过潮流计算的方式，计算在各个待评估的主变容量扩建方案下，500千伏变电站供电区域在给定年份和运行方式下500千伏主变压器容量增加后，每台主变压器的下网负荷P_Train,i；

计算500千伏变电站供电区域内，500千伏主变压器下网负荷的平均值P_ave为

其中n₁为采用当前的待评估方案后供电区域内500千伏主变压器的数量；

根据平均值P_ave，计算得到500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差σ为

7.根据权利要求6所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S7所述的基于计算得到的负载率安全裕度、短路电流安全裕度、线路极限输送容量安全裕度最小值和500千伏主变压器下网负荷的标准差，构建评估目标函数，具体包括如下步骤：

采用如下算式作为评估目标函数：

式中F的目标函数值；β为电流安全裕度最小值且β＝min(β_j)，β_j为500千伏变电站内第j条220千伏母线的短路电流安全裕度；α为负载率安全裕度最小值且α＝min(α_i)，α_i为第i台主变压器的负载率安全裕度；η为500千伏变电站供电区域内各条220千伏母线在某一台主变压器故障停运时的线路极限输送容量安全裕度最小值η；σ为500千伏变电站供电区域内500千伏主变压器下网负荷的标准差；k为变量系数，且取值规则：若α、β和η均大于0则k＝0，否则k＝1。

8.根据权利要求7所述的500千伏变电站供电区域的主变容量扩建方案评估方法，其特征在于步骤S8所述的根据步骤S7得到的评估目标函数的值，对待评估的主变容量扩建方案进行评估，具体包括如下步骤：

若评估目标函数的值F＞0，则表示待评估的主变容量扩建方案可行；同时，F的值越大，表明对应的待评估的主变容量扩建方案性能越优秀；

若评估目标函数的值F≤0，则表示待评估的主变容量扩建方案不可行。

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