一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，所述方法包括以下步驟：(1)建立所述電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型與暫態(tài)模型；(2)評估所述電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性；(3)收集發(fā)電機及靜止補償電容器數(shù)據(jù)；(4)確定增強電網(wǎng)暫態(tài)無功支撐能力的調(diào)節(jié)趨勢；(5)制定對應(yīng)不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)無功出力的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案；(6)確定發(fā)電機與靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)選方案。本發(fā)明提供的提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，可以在滿足穩(wěn)態(tài)調(diào)壓的基礎(chǔ)上，充分利用發(fā)電機組的暫態(tài)無功輸出能力，改善電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。
【專利說明】—種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]受負荷用電水平持續(xù)攀升、大容量特高壓直流接入等因素影響，電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性問題日漸突出，并成為互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要威脅。提高電網(wǎng)大擾動后的暫態(tài)電壓支撐能力，改善電壓恢復(fù)特性是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要技術(shù)措施。
[0003]發(fā)電機組和靜止補償電容器是電網(wǎng)的重要無功源，是電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時電壓調(diào)整的主要手段，通過發(fā)電機無功功率調(diào)整或通過靜止補償電容器投切，均可使電網(wǎng)電壓運行于合理的水平。然而，當(dāng)電網(wǎng)遭受大擾動沖擊后，由于發(fā)電機與靜止補償電容器的暫態(tài)無功出力特性存在較大差異，因此穩(wěn)態(tài)運行時發(fā)電機與靜止補償電容器不同無功出力容量，將會對暫態(tài)電壓支撐能力產(chǎn)生顯著影響。傳統(tǒng)觀點認為穩(wěn)態(tài)運行工況下，若系統(tǒng)需要容性無功，則應(yīng)盡量投入靜止補償電容器，發(fā)電機應(yīng)少發(fā)容性無功功率以留作暫態(tài)無功備用。該觀點并沒有充分考慮發(fā)電機與電容器的暫態(tài)無功出力特性差異，若穩(wěn)態(tài)調(diào)壓時過多的投入靜止補償電容器進行調(diào)壓，將會給系統(tǒng)的暫態(tài)無功支撐能力和電壓恢復(fù)特性帶來不利影響。
[0004]因此，對于大擾動故障沖擊后暫態(tài)電壓恢復(fù)特性較差的交流系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮靜止補償電容器不具備暫態(tài)無功輸出維持能力，輸出容量隨電網(wǎng)電壓跌落呈平方倍下降，而發(fā)電機組具有暫態(tài)無功維持能力和增大暫態(tài)輸出容量的特性，綜合優(yōu)化發(fā)電機與靜止電補償容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案，從而改善系統(tǒng)的暫態(tài)電壓恢復(fù)特性，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，能夠改善重負荷地區(qū)電網(wǎng)以及特高壓直流送、受端電網(wǎng)的暫態(tài)電壓支撐能力，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，其改進之處在于，所述方法包括以下步驟:
[0007](I).建立所述電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型與暫態(tài)模型；
[0008](2).評估所述電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性；
[0009](3).收集發(fā)電機及靜止補償電容器數(shù)據(jù)；
[0010](4).確定增強電網(wǎng)暫態(tài)無功支撐能力的調(diào)節(jié)趨勢；
[0011](5).制定對應(yīng)不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)無功出力的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案；
[0012](6).確定發(fā)電機與靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)選方案。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(I)包括:收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)以建立所述穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型；所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)包括:輸電線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲互聯(lián)結(jié)構(gòu)以及發(fā)電機與負荷的有功功率與無功功率、發(fā)電機及其勵磁機和調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)、高壓直流輸電控制系統(tǒng)參數(shù)以及交流輸電設(shè)備動態(tài)參數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(2)包括:利用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，評估故障擾動后所述電網(wǎng)的局部電網(wǎng)的暫態(tài)電壓恢復(fù)特性；所述故障擾動包括:交流電網(wǎng)單一故障與嚴(yán)重故障以及直流單、雙極閉鎖故障擾動；所述局部電網(wǎng)包括:重負荷區(qū)域、特高壓直流送端和受端。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(3)包括:針對所述評估中識別出的所述暫態(tài)電壓恢復(fù)特性較差的局部電網(wǎng)收集所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括:所述局部電網(wǎng)中電源的分布及裝機容量等特征參數(shù)，以及各變電站低壓補償電容的安裝容量。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(4)包括:基于故障擾動時域仿真結(jié)果，比對發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力水平以及靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)運行容量對暫態(tài)無功特性的影響差異，以確定所述調(diào)節(jié)趨勢。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(5)包括:逐步增加發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力并對應(yīng)減少靜止補償電容器運行容量，對比不同組合方案對暫態(tài)電壓恢復(fù)特性的改善效果，制定所述穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案；
[0018]重復(fù)所述步驟(2)，對比所述發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力和靜止補償電容器運行容量的增減對所述恢復(fù)特性的改善程度以驗證所述優(yōu)化的效果；
[0019]所述步驟(5)以保證局部電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓控制水平和發(fā)電機運行功率因數(shù)要求為前提。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟(6)包括:針對不同穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案，選擇故障后局部電網(wǎng)電壓恢復(fù)速度最快的方案作為所述優(yōu)選方案。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]本發(fā)明的方法基于發(fā)電機與靜止補償電容器大擾動后暫態(tài)無功出力特性差異，優(yōu)化兩者穩(wěn)態(tài)調(diào)壓無功出力水平，提升電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力，改善電網(wǎng)大擾動沖擊下安全穩(wěn)定運行水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的方法的流程圖。
[0024]圖2為發(fā)電機與電容器兩種穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方式下發(fā)電機暫態(tài)無功出力特性示意圖。
[0025]圖3為發(fā)電機與電容器兩種穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方式下電容器無力特性示意圖。
[0026]圖4為發(fā)電機與電容器兩種穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方式下無功源綜合無功特性示意圖。
[0027]圖5為不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案下特高壓直流母線電壓恢復(fù)特性示意圖。
[0028]圖6為不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案下特高壓直流功率恢復(fù)特性示意圖。
【具體實施方式】
[0029]一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，用于制定改善局部電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的發(fā)電機與靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)無功出力優(yōu)化協(xié)調(diào)方案。
[0030]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0031](I).建立所述電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型與暫態(tài)模型；[0032](2).評估所述電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性；
[0033](3).收集發(fā)電機及靜止補償電容器數(shù)據(jù)；
[0034](4).確定增強電網(wǎng)暫態(tài)無功支撐能力的調(diào)節(jié)趨勢；
[0035](5).制定對應(yīng)不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)無功出力的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案；
[0036](6).確定發(fā)電機與靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)選方案。
[0037]在所述步驟I中，收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型和機電暫態(tài)模型。相關(guān)數(shù)據(jù)包括:輸電線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲互聯(lián)結(jié)構(gòu)以及發(fā)電機與負荷的有功功率與無功功率；發(fā)電機及其勵磁機和調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)、高壓直流輸電控制系統(tǒng)參數(shù)以及交流輸電設(shè)備動態(tài)參數(shù)。
[0038]在所述步驟2中，利用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，全面評估交流電網(wǎng)單一與嚴(yán)重故障擾動以及直流單、雙極閉鎖故障擾動后，電網(wǎng)的暫態(tài)電壓恢復(fù)特性。重點關(guān)注重負荷區(qū)域、特高壓直流送端和受端等電壓穩(wěn)定較為突出的電網(wǎng)。
[0039]在所述步驟3中，針對故障掃描中識別出的大擾動后暫態(tài)電壓恢復(fù)特性較差的局部電網(wǎng)，收集整理局部電網(wǎng)中主力電源的分布及裝機容量等特征參數(shù)，以及各主要變電站低壓補償電容的安裝容量。
[0040]在所述步驟4中，應(yīng)用時域仿真法，分析發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力水平以及靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)運行容量對暫態(tài)無功特性的影響差異，識別出增強電網(wǎng)暫態(tài)無功支撐能力的調(diào)節(jié)趨勢。
[0041]在所述步驟5中，依據(jù)協(xié)調(diào)調(diào)整策略，在保證局部電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓控制水平和發(fā)電機運行功率因數(shù)要求的前提下，逐步增加發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力并對應(yīng)減少靜止補償電容器運行容量，制定對應(yīng)不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)無功出力的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案。
[0042]利用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，針對電壓恢復(fù)特性相對較差的局部電網(wǎng)，對應(yīng)發(fā)電機與靜止補償電容器不同穩(wěn)態(tài)無功出力的調(diào)壓方案，計算和對比交流單一故障和嚴(yán)重故障以及直流單、雙極閉鎖故障沖擊下，電壓恢復(fù)特性的差異，分析發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力增減和靜止補償電容穩(wěn)態(tài)投入容量，對局部電網(wǎng)電壓恢復(fù)特性的改善趨勢。
[0043]在所述步驟6中，針對不同穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案，選擇局部電網(wǎng)電壓恢復(fù)特性改善程度最佳的方案，作為優(yōu)選方案。
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0045](I).建立電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型與暫態(tài)模型
[0046]以河南“十二五”特高壓規(guī)劃目標(biāo)電網(wǎng)為例，收集電網(wǎng)中發(fā)電機、負荷等運行數(shù)據(jù)，以及輸電線路、變壓器等參數(shù)、網(wǎng)架拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；對于已投運的發(fā)電機組，其勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速系統(tǒng)采用實測模型及參數(shù)，對于規(guī)劃投運的機組，則采用典型模型及參數(shù)。
[0047]基于所收集的電網(wǎng)拓撲連接方式及主要元件靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)，建立電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)潮流計算模型和機電暫態(tài)仿真計算模型。
[0048](2).評估電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性
[0049]利用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，如PSD-BPA，對電網(wǎng)進行故障特性分析計算，包括交流系統(tǒng)單一和嚴(yán)重故障以及直流單、雙極閉鎖故障。計算分析表明，呼盟至豫西±800kV/8000MW特高壓直流受端電網(wǎng)中，嘉和至汝州雙回線路嘉和側(cè)三相永久接地短路雙回線路開斷故障沖擊下，受端電網(wǎng)電壓恢復(fù)緩慢，特高壓直流功率也難以快速恢復(fù)。該故障對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行威脅較大。
[0050](3).針對電壓恢復(fù)特性較差的局部電網(wǎng)收集發(fā)電機及靜止補償電容器數(shù)據(jù)
[0051]電壓恢復(fù)特性較差的呼盟至豫西特高壓直流受端豫西交流電網(wǎng)，主要的發(fā)電機組包括孟津電廠2X60(MW機組、邙山電廠2X60(MW機組和三門峽電廠2X1000MW機組。主要500kV變電站牡丹、嘉和、洛西、三門峽東和陜州電站均配置有240MVar靜止補償電容器。
[0052]由于發(fā)電機組均直接接入受端500kV電網(wǎng)，因此機組可參與特高壓直流受端電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓。依據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》所規(guī)定的直流近區(qū)發(fā)電機組運行功率因數(shù)不低于0.85的要求，孟津電廠和邙山電廠穩(wěn)態(tài)無功出力可到達740MVar、三門峽電廠穩(wěn)態(tài)無功出力可達到1240MVar。
[0053]孟津電廠、邙山電廠和三門峽電廠的穩(wěn)態(tài)無功出力可與牡丹、嘉和、洛西、三門峽東、陜州等電站靜止補償電容器可相互配合調(diào)壓，滿足各電站穩(wěn)態(tài)運行電壓要求。
[0054](4).分析發(fā)電機組與靜止補償電容器暫態(tài)無功出力特性差異
[0055]以三門峽電廠和陜州電站為例，在維持陜州電站穩(wěn)態(tài)運行電壓相同的條件下，分另IJ考察利用三門峽電廠發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)無功出力調(diào)壓，對應(yīng)陜州電站靜止電容器不投入以及三門峽電廠發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)無功零出力，對應(yīng)投入陜州電站靜止補償電容器調(diào)壓兩種方式，發(fā)電機與補償靜止電容器的暫態(tài)無功輸出特性，以及機組與電容器組合系統(tǒng)向交流電網(wǎng)注入的容性無功特性。
[0056]對應(yīng)兩種調(diào)壓方式下，發(fā)電機組和靜止補償電容器的暫態(tài)無功出力特性分別如圖2和圖3所示，機組與電容器組合系統(tǒng)向交流電網(wǎng)注入的容性無功特性則如圖4所示。從仿真結(jié)果曲線可以看出，大擾動故障沖擊下，發(fā)電機組不僅具有維持無功輸出的能力，且在電網(wǎng)電壓跌落期間還具備大幅度增加無功出力的能力，而靜止補償電容器不具備無功輸出維持能力，其無功輸出容量隨電壓跌落大幅減小。
[0057]由此可見，正常穩(wěn)態(tài)運行時，增加發(fā)電機容性無功功率輸出水平，有助于提升交流網(wǎng)源系統(tǒng)暫態(tài)無功輸出能力，為大擾動后的交流系統(tǒng)電壓快速恢復(fù)提供暫態(tài)無功源。
[0058](5).調(diào)整發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力和靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓投入容量，對比不同組合方案對暫態(tài)電壓恢復(fù)特性的改善效果
[0059]在發(fā)電機組可調(diào)無功輸出范圍內(nèi)調(diào)整無功出力，且通過交流變電站靜止補償電容器投切維持局部電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓基本相同，考察豫西電網(wǎng)發(fā)電機組不同穩(wěn)態(tài)無功出力條件下，大擾動后交流電網(wǎng)電壓恢復(fù)特性差異。
[0060]嘉和至汝州雙回線路嘉和側(cè)三相永久接地短路雙回線路開斷故障沖擊，對應(yīng)表I所示不同發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力方案，呼盟至豫西特高壓直流受端電網(wǎng)電壓恢復(fù)特性對比曲線如圖5所示，特高壓直流功率恢復(fù)對比曲線如圖6所示。
[0061]表I受端豫西電網(wǎng)主要發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力方案(單位:MVar)
【權(quán)利要求】
1.一種提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓支撐能力的網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)化方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1).建立所述電網(wǎng)仿真計算的穩(wěn)態(tài)模型與暫態(tài)模型； (2).評估所述電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性； (3).收集發(fā)電機及靜止補償電容器數(shù)據(jù)； (4).確定增強電網(wǎng)暫態(tài)無功支撐能力的調(diào)節(jié)趨勢； (5).制定對應(yīng)不同網(wǎng)源穩(wěn)態(tài)無功出力的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案 (6).確定發(fā)電機與靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)調(diào)壓優(yōu)選方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)包括:收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)以建立所述穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型；所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)包括:輸電線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲互聯(lián)結(jié)構(gòu)以及發(fā)電機與負荷的有功功率與無功功率、發(fā)電機及其勵磁機和調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)、高壓直流輸電控制系統(tǒng)參數(shù)以及交流輸電設(shè)備動態(tài)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括:利用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，評估故障擾動后所述電網(wǎng)的局部電網(wǎng)的暫態(tài)電壓恢復(fù)特性；所述故障擾動包括:交流電網(wǎng)單一故障與嚴(yán)重故障以及直流單、雙極閉鎖故障擾動；所述局部電網(wǎng)包括:重負荷區(qū)域、特高壓直流送端和受端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括:針對所述評估中識別出的所述暫態(tài)電壓恢復(fù)特性較差的局部電網(wǎng)收集所述數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括:所述局部電網(wǎng)中電源的分布及裝機容量等特征參數(shù)，以及各變電站低壓補償電容的安裝容量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括:基于故障擾動時域仿真結(jié)果，比對發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力水平以及靜止補償電容器穩(wěn)態(tài)運行容量對暫態(tài)無功特性的影響差異，以確定所述調(diào)節(jié)趨勢。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)包括:逐步增加發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力并對應(yīng)減少靜止補償電容器運行容量，對比不同組合方案對暫態(tài)電壓恢復(fù)特性的改善效果，制定所述穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案； 重復(fù)所述步驟(2)，對比所述發(fā)電機穩(wěn)態(tài)無功出力和靜止補償電容器運行容量的增減對所述恢復(fù)特性的改善程度以驗證所述優(yōu)化的效果； 所述步驟(5)以保證局部電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓控制水平和發(fā)電機運行功率因數(shù)要求為前提。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)包括:針對不同穩(wěn)態(tài)調(diào)壓方案，選擇故障后局部電網(wǎng)電壓恢復(fù)速度最快的方案作為所述優(yōu)選方案。
【文檔編號】H02J3/16GK103427427SQ201310215544
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】鄭超, 馬世英, 盛燦輝, 林俊杰, 龐曉艷, 宋云亭, 丁理杰, 李建, 李晶, 邱麗萍, 申旭輝, 陳湘, 張鑫, 李曉珺, 羅紅梅 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 四川省電力公司