一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法，所述方法包括如下步驟：(1)確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)；(2)確定旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)的安裝位置；(3)制定旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)和特高壓串補(bǔ)參數(shù)的初篩方案；(4)調(diào)整旋轉(zhuǎn)潮流控制器控制參數(shù)，校驗旋轉(zhuǎn)潮流控制器實現(xiàn)靈活性控制范圍；(5)提出旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)的最佳配置方案。本發(fā)明解決了大規(guī)模能源基地交流外送通道RPFC參數(shù)與串補(bǔ)參數(shù)的協(xié)調(diào)配置問題。
【專利說明】
一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào) 配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年代，美國GE公司提出一種基于傳統(tǒng)變壓器和旋轉(zhuǎn)型移相變壓器 (rotary phase shifting transformer，簡稱RPST)的柔性交流輸電裝置，即旋轉(zhuǎn)潮流控制 器（rotary power flow controller，簡稱RPFOdOOO年，GE公司在日本中部電網(wǎng)的500kV 蘇南變電所投運(yùn)了一套RPFC，用于平衡多條回路之間的潮流。RPFC的核心部件為RPST，使得 它在調(diào)節(jié)速度方面不足統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)，但RPFC具備控制簡單、耐受沖擊能力強(qiáng)、損 耗小且造價低的特點，具有廣闊的推廣價值和應(yīng)用空間。
[0003] 串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用始于1928年(33kV)，是一項十分成熟的技術(shù)，在電力系統(tǒng)應(yīng) 用已有80多年的歷史。目前高壓串補(bǔ)裝置在全世界已廣泛應(yīng)用，電壓等級從220kV發(fā)展到 1000kV(我國特高壓擴(kuò)建工程）。由于我國能源基地大多遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，為充分提升交流通 道輸送效率，通常采用在長距離輸電通道上加裝串補(bǔ)。串補(bǔ)通過縮短線路等效電氣距離的 方式，提升交流通道輸電能力效果明顯，但在控制靈活性方面存在不足。
[0004] -方面，從平衡多回線路潮流分布、提升輸電能力角度，RPFC和串補(bǔ)可以共同發(fā)揮 作用；另一方面，從控制靈活性考慮，RPFC可以彌補(bǔ)串補(bǔ)的不足。作為調(diào)控潮流的兩類關(guān)鍵 設(shè)備，如何對兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)配置是核心問題。現(xiàn)有技術(shù)僅能單獨(dú)實現(xiàn)RPFC裝置的功能，目前 還沒有一項技術(shù)能夠?qū)PFC和串補(bǔ)進(jìn)行協(xié)調(diào)配置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié) 調(diào)配置方法。本發(fā)明解決了大規(guī)模能源基地交流外送通道RPFC參數(shù)與串補(bǔ)參數(shù)的協(xié)調(diào)配置 問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] -種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] (1)確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)；
[0009 ] (2)確定旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)的安裝位置；
[0010] (3)制定旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)和特高壓串補(bǔ)參數(shù)的初篩方案；
[0011] (4)調(diào)整旋轉(zhuǎn)潮流控制器控制參數(shù)，校驗旋轉(zhuǎn)潮流控制器實現(xiàn)靈活性控制范圍；
[0012] (5)提出旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)的最佳配置方案。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)是將旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串 補(bǔ)協(xié)同配合形成目標(biāo)函數(shù)。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)設(shè)在同一線路上，需 要旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)同作用以實現(xiàn)兩者所在線路最大輸電能力，選擇旋轉(zhuǎn)潮 流控制器上調(diào)所在線路有功潮流的功能。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)分別裝設(shè)于并列線 路，需要旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)同作用以平衡并列線路潮流，增加特高壓串補(bǔ)所 在線路潮流比例，選擇旋轉(zhuǎn)潮流控制器下調(diào)所在線路有功潮流的功能。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟(3)包括如下步驟：
[0017] 步驟3-1、構(gòu)建旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器參 數(shù)包括設(shè)備參數(shù)和控制參數(shù)，所述設(shè)備參數(shù)包括串聯(lián)變壓器變比T se、并聯(lián)變壓器變比Tsh、 旋轉(zhuǎn)型移相變壓器變比Trpst，所述控制參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)型移相變壓器的電壓移相角^和以，所 述串補(bǔ)參數(shù)是串補(bǔ)度；
[0018] 步驟3-2、求取所述控制參數(shù)，未考慮串補(bǔ)作用，計算方法如下：
[0019] 設(shè)控制參數(shù)電壓移相角為ajpa2，
[0020] 定義6 = ((11-€[2)/2,9 = (?丨+0!)/2，
[0021 ]則旋轉(zhuǎn)潮流控制器的變比Trpfc為：
(])
[0023] 式中：Tse、Tsh、Trpst分別為串聯(lián)變壓器變比、并聯(lián)變壓器變比及旋轉(zhuǎn)潮流控制器的 變比，
[0024] 設(shè)接入旋轉(zhuǎn)潮流控制器后線路電壓的等效變比為TeqZ0，公式如下：
[0027]設(shè)接入旋轉(zhuǎn)潮流控制器后線路輸送有功功率和無功功率分別為Pl和Ql，公式如下： (2) (3)
(4) (5)
[0030] 式中：山，1]2為線路送端和受端母線電壓幅值;0^02為線路送端和受端母線電壓相 角;Xt為線路電抗；
[0031] 步驟3-3、篩選滿足輸電能力控制目標(biāo)的組合方案，計及串補(bǔ)作用，考慮穩(wěn)定性約 束，計算不同旋轉(zhuǎn)潮流控制器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案下的最大有功潮流，計算公式 如下：
[0032]設(shè)最大有功潮流為PLmax，則
[0033] PLmax - mill {PLmaxl，PLmax2，PLmax3，PLmax4：} ( 6 )
[0034] 式中:？1^1、?1^2、?1^3、?1^4分別為熱穩(wěn)極限、靜穩(wěn)極限、暫穩(wěn)極限、動穩(wěn)極限；
[0035] 以最大有功潮流滿足線路輸電能力為目標(biāo)，兼顧靈活性控制需求預(yù)留10%的裕 度，篩選旋轉(zhuǎn)潮流控制器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案。
[0036] 優(yōu)選的，所述步驟(4)中，通過在指定的旋轉(zhuǎn)潮流控制器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)下， 通過改變所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器的控制參數(shù)，計算線路有功功率和無功功率的實際變化范 圍，進(jìn)而得出旋轉(zhuǎn)潮流控制器實現(xiàn)靈活性的控制范圍。
[0037] 優(yōu)選的，所述步驟(5)中，所述最佳配置方案是綜合輸電能力和靈活性控制要求的 篩選結(jié)果，選取滿足二者要求最小的配置方案。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0039] 本發(fā)明解決了大規(guī)模能源基地交流外送通道RPFC參數(shù)與串補(bǔ)參數(shù)的協(xié)調(diào)配置問 題。以通道輸電能力為控制目標(biāo)，兼顧有功/無功功率控制的靈活性要求，提出RPFC設(shè)備參 數(shù)、控制參數(shù)與串補(bǔ)參數(shù)組合方案。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法流程圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0042] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法，具體步 驟如下：
[0043] 步驟1、確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)；
[0044] 確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)，形成RPFC和串補(bǔ)協(xié)同配合的目標(biāo)函數(shù)。多數(shù)情況下以通道輸 電能力為目標(biāo)函數(shù)，兼顧靈活性控制需求。
[0045] 步驟2、確定RPFC和串補(bǔ)安裝位置；
[0046] 對于指定輸電通道，RPFC與串補(bǔ)可以裝設(shè)在同一線路，也可以分別裝設(shè)于并列線 路。前者需要RPFC與串補(bǔ)協(xié)同作用以實現(xiàn)兩者所在線路最大輸電能力，選擇RPFC上調(diào)所在 線路有功潮流的功能。后者需要RPFC與串補(bǔ)協(xié)同作用以平衡并列線路潮流，增加特高壓串 補(bǔ)所在線路潮流比例，選擇RPFC下調(diào)所在線路有功潮流的功能。
[0047]步驟3、實現(xiàn)輸電能力控制目標(biāo)；
[0048] 步驟3-1:構(gòu)建RPFC參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案。所述的RPFC參數(shù)包括設(shè)備參數(shù)和控 制參數(shù)。RPFC設(shè)備參數(shù)包括串聯(lián)變壓器變比Tse、并聯(lián)變壓器變比Tsh、旋轉(zhuǎn)型移相變壓器 (RPST)變比Trpst等。RPFC控制參數(shù)包括RPST的電壓移相角(^和^。所述的串補(bǔ)參數(shù)指串補(bǔ) 度。
[0049]步驟3-2:求取RPFC控制參數(shù)。未考慮串補(bǔ)作用，依據(jù)線路潮流與RPFC控制參數(shù)間 的計算公式(公式1~5)，為達(dá)到所需線路潮流控制目標(biāo)，反過來推算相應(yīng)的RPFC控制參數(shù)。 [0050] 設(shè)RPFC控制參數(shù)電壓移相角為ajpa2，
[0051 ]定義S = (ai-a2)/2，爐=沐 + %)/ 2，
[0052]則 RPFC 的變比 Trpfc為，
(1)
[0054] 式中：Tse、Tsh、Trpst分別為串聯(lián)變壓器變比、并聯(lián)變壓器變比及RPST變比。
[0055]設(shè)接入RPFC后線路電壓的等效變比為TeqZ0，有 (2) (3)
[0058] 設(shè)接入RPFC后線路輸送有功功率和無功功率分別為Pl和Ql，有
⑷ (5)
[0061] 式中：山，!^為線路送端和受端母線電壓幅值;0^02為線路送端和受端母線電壓相 角;Xt為線路電抗。
[0062] 步驟3-3:篩選滿足輸電能力控制目標(biāo)的組合方案。計及串補(bǔ)作用，考慮穩(wěn)定性約 束，計算不同RPFC設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案下的最大有功潮流。
[0063] 設(shè)最大有功潮流為Pbmx，則
[0064] PLmax - mill {PLmaxl，PLmax2，PLmax3，PLmax4：} ( 6 )
[0065] 式中:？1^1、?1^2、?1^3、?1^4分別為熱穩(wěn)極限、靜穩(wěn)極限、暫穩(wěn)極限、動穩(wěn)極限。
[0066] 以最大有功潮流滿足線路輸電能力為目標(biāo)，兼顧靈活性控制需求預(yù)留10%的裕 度，篩選RPFC設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案。
[0067]步驟4、校驗靈活性控制能力
[0068]對于滿足輸電能力控制目標(biāo)的組合方案，在指定的RPFC設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)下， 改變RPFC控制參數(shù)^和^，計算線路有功功率和無功功率的實際變化范圍，篩選符合有功及 無功變化范圍要求的組合方案。
[0069] 步驟5提出RPFC和串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方案。
[0070]綜合輸電能力和靈活性控制要求的篩選結(jié)果，選取滿足二者要求的最小配置方 案。
[0071]以"蒙西外送"特高壓交流通道為例，應(yīng)用本發(fā)明提供的RPFC與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配 置方法，依次實現(xiàn)確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)、確定RPFC和串補(bǔ)安裝位置、實現(xiàn)輸電能力控制目標(biāo)、 校驗靈活性控制能力、提出RPFC和串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方案各個步驟。
[0072] 1)確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)
[0073]以交流通道輸電能力為主要目標(biāo)函數(shù)，同時考慮有功功率變化{-15%，15%}，無 功功率變化{-20 %，20 % }的靈活性控制能力。
[0074] 2)確定RPFC和串補(bǔ)安裝位置
[0075]從設(shè)備制造能力、站址預(yù)留等方面考慮工程實施可行性，選擇RPFC與串補(bǔ)裝設(shè)在 同一段特高壓線路上，即晉北-北京西線路。
[0076] 3)實現(xiàn)輸電能力控制目標(biāo)
[0077] 構(gòu)建RPFC參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案。RPFC控制參數(shù)電壓移相角(^和^取值為-180° ~180°，RPFC設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)取值如表1所示。
[0078] 求取RPFC控制參數(shù)。未考慮串補(bǔ)作用，計算得到RPFC控制參數(shù)(^ = <12 = 0°
[0079]篩選RPFC設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案?？紤]串補(bǔ)作用，計及穩(wěn)定性約束，滿足輸 電能力控制目標(biāo)的組合方案為表1中的方案3，5，6，7，8，9。
[0080]表1RPFC與串補(bǔ)參數(shù)組合方案及輸電能力評分
[0082] 4)校驗靈活性控制能力
[0083] 令RPFC控制參數(shù)ajPa2在-180°~180°范圍內(nèi)變化，計算線路有功功率和無功功率 的變化范圍，方案6、方案8、方案9能夠滿足靈活性控制要求。
[0084] 5)提出RPFC和串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方案。選取滿足輸電能力和靈活性控制要求的最小配 置方案，方案6能夠滿足要求。
[0085] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然 可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種旋轉(zhuǎn)潮流控制器與特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)配置方法，其特征在于，所述方法包括如下 步驟： (1) 確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)； (2) 確定旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)的安裝位置； (3) 制定旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)和特高壓串補(bǔ)參數(shù)的初篩方案； (4) 調(diào)整旋轉(zhuǎn)潮流控制器控制參數(shù)，校驗旋轉(zhuǎn)潮流控制器實現(xiàn)靈活性控制范圍； (5) 提出旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)調(diào)的最佳配置方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟（1)中，所述確定協(xié)調(diào)配置目標(biāo)是將 旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)同配合形成目標(biāo)函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高 壓串補(bǔ)設(shè)在同一線路上，需要旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)同作用以實現(xiàn)兩者所在線路 最大輸電能力，選擇旋轉(zhuǎn)潮流控制器上調(diào)所在線路有功潮流的功能。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高 壓串補(bǔ)分別裝設(shè)于并列線路，需要旋轉(zhuǎn)潮流控制器和特高壓串補(bǔ)協(xié)同作用以平衡并列線路 潮流，增加特高壓串補(bǔ)所在線路潮流比例，選擇旋轉(zhuǎn)潮流控制器下調(diào)所在線路有功潮流的 功能。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(3)包括如下步驟： 步驟3-1、構(gòu)建旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案，所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器參數(shù)包 括設(shè)備參數(shù)和控制參數(shù)，所述設(shè)備參數(shù)包括串聯(lián)變壓器變比Tse、并聯(lián)變壓器變比Tsh、旋轉(zhuǎn) 型移相變壓器變比T rpst，所述控制參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)型移相變壓器的電壓移相角adPa2,所述串 補(bǔ)參數(shù)是串補(bǔ)度； 步驟3-2、求取所述控制參數(shù)，未考慮串補(bǔ)作用，計算方法如下： 設(shè)控制參數(shù)電壓移相角為αι和α2， 定義δ= (αι_α2)/2淨(jìng)=私 +?)/2， 則旋轉(zhuǎn)潮流控制器的變比Trpfc為：(1) 式中:Tse、Tsh、Trpst分別為串聯(lián)變壓器變比、并聯(lián)變壓器變比及旋轉(zhuǎn)潮流控制器的變比，設(shè)接入旋轉(zhuǎn)潮流控制器后線路電壓的等效變比為TeqZ0，公式如下：設(shè)接入旋轉(zhuǎn)潮流控制器后線路輸送有功功率和無功功率分別為Pl和Ql，公式如下： m (3) (4) 式中：ΙΛ，U2為線路送端和受端母線電壓幅值;θ:，θ2為線路送端和受端母線電壓相角也 為線路電抗； 步驟3-3、篩選滿足輸電能力控制目標(biāo)的組合方案，計及串補(bǔ)作用，考慮穩(wěn)定性約束，計 算不同旋轉(zhuǎn)潮流控制器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案下的最大有功潮流，計算公式如下： 設(shè)最大有功潮流為PLmax，則式中:PLmaxl、PLmax2、PLmax3、PLmax4分別為熱穩(wěn)極限、靜穩(wěn)極限、暫穩(wěn)極限、動穩(wěn)極限； 以最大有功潮流滿足線路輸電能力為目標(biāo)，兼顧靈活性控制需求預(yù)留10%的裕度，篩 選旋轉(zhuǎn)潮流控制器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)組合方案。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(4)中，通過在指定的旋轉(zhuǎn)潮流控制 器設(shè)備參數(shù)和串補(bǔ)參數(shù)下，通過改變所述旋轉(zhuǎn)潮流控制器的控制參數(shù)，計算線路有功功率 和無功功率的實際變化范圍，進(jìn)而得出旋轉(zhuǎn)潮流控制器實現(xiàn)靈活性的控制范圍。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(5)中，所述最佳配置方案是綜合輸 電能力和靈活性控制要求的篩選結(jié)果，選取滿足二者要求最小的配置方案。
【文檔編號】H02J3/00GK105958475SQ201610279804
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】趙珊珊, 秦曉輝, 賀海磊, 張玉紅
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司