计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法

摘要

本发明是一种计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法，其特点是：包括建立外部电网等值、电网拓扑及设备参数采集和确定各发电机模型为内容的电网潮流计算模型，采集包含电网全部运行方式的历史运行数据，获得各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系，给出满足电网电压运行要求的发电机励磁系统调差系数整定方案等步骤，对电网各发电机调差系数进行整定，能保证在电网全部运行方式下，各变电站母线电压符合电网运行要求。具有方法科学合理，实用性强，应用效果佳等优点。

说明书

技术领域

本发明计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法，主要应用包括电网无功优化、电网经济调度等领域。 

背景技术

发电机励磁系统调差系数是指发电机机端电压变化量和发电机无功功率变化量的比值，调差系数值决定了发电机无功电压调节特性。在电网连续运行过程中，发电机励磁系统调差系数不仅影响并联机组无功分配，也是影响局部电网电压的重要因素。合理整定调差系数可以充分发挥发电机自动的连续无功调节能力，提高发电机对局部电网的电压支撑能力，改善局部电网电压质量。迄今为止，国内外励磁系统调差系数研究主要涉及调差系数对稳定性的影响和单一运行方式下以网损最小为目标的调差系数优化方法，尚无研究在电网全运行方式下以满足电网运行要求为目的的调差系数整定方法。目前各发电厂内发电机励磁系统调差系数整定一般只考虑并联机组无功分配，并未考虑不同调差系数对电网运行电压的影响，对发电机励磁系统调差系数的确定，一直没有明确的设置标准和依据。 

发明内容

本发明的目的是，提供一种科学合理，实用性强，应用效果佳的计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法。 

本发明公开了一种计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法，该方法根据电网结构和设备参数建立电网潮流计算模型；采集包含电网全部运行方式的历史运行数据，根据历史数据进行潮流计算，获得在电网各种运行方式下各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系；根据该对应关系，以电网电压运行要求为限制，反推在全部运行方式下使各变电站母线电压满足电网电压运行要求的发电机励磁系统调差系数整定方案。 

本发明的目的是这样实现的：一种计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法，特征是：它包括以下步骤： 

1)建立电网潮流计算模型 

对电网按照电气紧密程度划分为若干区域电网，针对各区域电网无功发电及无功负荷水平，分别分析调差系数整定方案； 

①外部电网等值：当联络线对侧为相邻省电网，根据调度要求，联络线交换功率不得 超限，这种情况下将节点等值为PQ节点，即节点注入有功功率和无功功率取实测数据；当联络线对侧变电站仍属本省电网，根据调度要求，对侧变电站电压调节由相邻区域电网承担，因此将节点等值为PV节点，即注入有功功率取实测数据，电压恒定； 

②电网拓扑及设备参数采集：采集电网各变电站变压器、输电线路、电容/电抗器设备，及各发电厂发电机、主变压器设备参数，结合电网拓扑结构，建立电网潮流计算基本信息； 

③确定各发电机模型：电网无功电压调节主要依靠大型火力发电厂进行，水力发电机厂和其他类型发电厂主要提供有功功率，因此，将各水力发电机组、小型火力发电机组和其他类型发电机组作为PQ型发电机节点，即发电机节点注入有功功率和无功功率取实测数据，此类发电机不参与无功电压调节；将各主要火力发电机组作为PV_refδ节点，此类发电机节点注入有功功率为实测数据，无功功率由调差系数δ和该发电机节点电压共同决定，即 

$Q_G=\frac{V_{\mathrm{ref}}-V_G}{\delta }$

其中Q_G为发电机无功功率，V_ref机组高压侧电压目标值，V_G为发电机高压侧实际电压，δ为发电机组在高压侧母线处调差系数； 

在电网连续运行过程中，无功负荷随时间变化，使得电网各母线电压波动，此类发电机按照调差系数决定的无功电压特性曲线调节无功功率，参与电网无功电压调节； 

2)采集包含电网全部运行方式的历史运行数据 

实际电网连续运行过程中，随着负荷的变化，电网运行方式也随之改变，不同时刻电网实测运行数据表征当时电网运行方式，在调差系数整定分析过程中，选取不同时段较长时间内电网连续运行数据，使得所选数据包含电网各种运行方式，保证所得结果对各种运行方式都有很好的适应性，所采集的历史运行数据包括上述潮流计算模型中各发电机组和变电站母线的有功功率、无功功率、节点电压数据； 

3)获得各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系 

对不同的发电机励磁系统调差系数值，根据潮流计算模型和一段时间内历史运行数据进行电网潮流计算，得到与调差系数值相对应的各变电站母线电压连续变化曲线，提取电压曲线特征建立变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系； 

4)给出满足电网电压运行要求的发电机励磁系统调差系数整定方案 

以电网电压运行要求为限制，根据电网各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系反推出调差系数合理整定范围，进而制定该地区发电机励磁系统调差系数整定方案； 

5)按1)-4)步骤对电网各发电机调差系数进行整定，能保证在电网全部运行方式下，各变电站母线电压符合电网运行要求。 

本发明计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法的优点体现在：对电网进行分块，充分考虑不同电网无功电源和无功负荷水平；基于实际电网信息建立潮流计算模型，能充分体现对不同位置发电机的无功电压调节要求；潮流计算采用电网不同时段，不同负荷水平的发电负荷数据，保证了计算结果对电网全部运行方式有较好的适应性；该方法针对发电机励磁系统调差系数对变电站母线电压的影响作了定量分析，解决了以往调差系数整定单纯依靠经验进行的不足，其方法科学合理，实用性强，应用效果佳。 

附图说明

附图为A电网某枢纽变电站母线运行电压对比曲线示意图。 

具体实施方式

本发明的一种计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法，它包括以下步骤： 

1)建立电网潮流计算模型 

对电网按照电气紧密程度划分为若干区域电网，针对各区域电网无功发电及无功负荷水平，分别分析调差系数整定方案； 

①外部电网等值：当联络线对侧为相邻省电网，根据调度要求，联络线交换功率不得超限，这种情况下将节点等值为PQ节点，即节点注入有功功率和无功功率取实测数据；当联络线对侧变电站仍属本省电网，根据调度要求，对侧变电站电压调节由相邻区域电网承担，因此将节点等值为PV节点，即注入有功功率取实测数据，电压恒定； 

②电网拓扑及设备参数采集：采集电网各变电站变压器、输电线路、电容/电抗器设备，及各发电厂发电机、主变压器设备参数，结合电网拓扑结构，建立电网潮流计算基本信息； 

③确定各发电机模型：电网无功电压调节主要依靠大型火力发电厂进行，水力发电机厂和其他类型发电厂主要提供有功功率，因此，将各水力发电机组、小型火力发电机组和 其他类型发电机组作为PQ型发电机节点，即发电机节点注入有功功率和无功功率取实测数据，此类发电机不参与无功电压调节；将各主要火力发电机组作为PV_refδ节点，此类发电机节点注入有功功率为实测数据，无功功率由调差系数δ和该发电机节点电压共同决定，即 

$Q_G=\frac{V_{\mathrm{ref}}-V_G}{\delta }$

其中Q_G为发电机无功功率，V_ref机组高压侧电压目标值，V_G为发电机高压侧实际电压，δ为发电机组在高压侧母线处调差系数； 

在电网连续运行过程中，无功负荷随时间变化，使得电网各母线电压波动，此类发电机按照调差系数决定的无功电压特性曲线调节无功功率，参与电网无功电压调节； 

2)采集包含电网全部运行方式的历史运行数据 

实际电网连续运行过程中，随着负荷的变化，电网运行方式也随之改变，不同时刻电网实测运行数据表征当时电网运行方式，在调差系数整定分析过程中，选取不同时段较长时间内电网连续运行数据，使得所选数据包含电网各种运行方式，保证所得结果对各种运行方式都有很好的适应性，所采集的历史运行数据包括上述潮流计算模型中各发电机组和变电站母线的有功功率、无功功率、节点电压数据； 

3)获得各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系 

对不同的发电机励磁系统调差系数值，根据潮流计算模型和一段时间内历史运行数据进行电网潮流计算，得到与调差系数值相对应的各变电站母线电压连续变化曲线，提取电压曲线特征建立变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系； 

4)给出满足电网电压运行要求的发电机励磁系统调差系数整定方案 

以电网电压运行要求为限制，根据电网各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系反推出调差系数合理整定范围，进而制定该地区发电机励磁系统调差系数整定方案； 

5)按1)-4)步骤对电网各发电机调差系数进行整定，能保证在电网全部运行方式下，各变电站母线电压符合电网运行要求。 

具体实例验证 

对于某省电网，根据电气紧密程度将该省电网划分为A电网、B电网、C电网、D电网、 E电网、F电网六个地区电网，全省参与无功电压调节的省调直调火力发电机组共63台。 

以其中A电网发电机励磁系统调差系数整定过程为例，A电网参与无功电压调节的省调直调火力发电机组共14台发电机组，分析这14台发电机励磁系统调差系数对局部电网运行电压的影响。 

①建立A电网潮流计算基本信息 

统计A电网各发电厂发电机及升压变压器设备参数、各变电站母线及变压器参数、各传输线路参数，根据A电网拓扑结构以及设备参数信息建立A电网潮流计算基本信息。 

②采集包含电网全部运行方式的发电及负荷数据 

通过该省调度中心SCADA系统采集2010年运行数据，包括2010年冬季(11月1日-11月30日)、夏季(7月24日-8月24日)、节假日(2月1日-2月28日)各一个月时间电网连续运行过程中实测发电负荷数据，数据采样间隔5分钟。发电数据包含各发电机有功功率、无功功率，负荷数据包含各220kV变电站主变高压侧负荷数据及地区联络线有功、无功功率。数据覆盖了各季节(冬季、夏季、节假日)各运行方式(最大方式、最小方式、腰荷方式) 

③获得各变电站母线电压与发电机励磁系统调差系数的对应关系 

本例分析过程中A电网全部发电机励磁系统调差系数取相同值，调差系数取值范围为0.02～0.10(即调差系数为2％～10％)，调整步长为0.001，根据电网连续运行数据和A电网结构及设备参数信息，利用电科院PSASP仿真软件进行潮流计算，得出与各调差系数相对应的各变电站母线电压最大值和最小值。 

④根据各变电站母线电压特征值判断相对应的发电机励磁系统调差系数是否合格 

本例分析过程中电网电压要求为变电站母线电压上下限分别为235kV和222kV，母线电压在此范围内认为电压合格，即当各发电机励磁系统调差系数取某一值，使得A电网各变电站220kV母线电压在222kV～235kV之间时，此调差系数值为合格调差系数值。 

⑤求取励磁系统调差系数合理取值范围 

能保证电网各节点电压不超限的发电机励磁系统调差系数所有取值范围即为调差系数合理范围，本例中A电网发电机励磁系统调差系数合理取值范围为0.02～0.04，即当A电网各发电机励磁系统调差系数取0.02～0.04时，能保证使A电网各变电站220kV母线电压在222kV～235kV之间。 

参照A电网调差系数整定方法，同理可求出其他五个地区发电机励磁系统调差系数合 理整定范围，如下表， 

表1 发电机励磁系统调差系数合理整定范围 

参照附图，图中①为调整前实测220kV母线当日24小时运行电压曲线，②为应用本发明方法对各发电机励磁系统调差系数进行重新整定后的电压曲线，调整前该变电站220kV母线电压波动范围较大(221kV～230kV)，全天最低电压降至221kV，而应用本发明方法重新整定后母线电压波动范围减小(225.8kV～229.2kV)，全天最低电压为225.8kV。通过曲线对比可知，应用本发明方法对各发电机励磁系统调差系数进行重新整定后，提高了发电机对地区电网的电压支撑能力，变电站220kV母线电压质量明显提高。 

本发明的计及电网全运行方式的发电机励磁系统调差系数整定方法在工程应用中的优点是能够精确分析在电网各种运行方式下，发电机励磁系统调差系数对变电站母线电压的影响，并根据电网电压要求给出发电机励磁系统调差系数合理整定范围。