一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法

摘要

本发明涉及一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，包括确定交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV

说明书

技术领域：

本发明涉及电力系统运行与控制领域，更具体涉及一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法。

背景技术：

随着我国特高压直流的迅猛发展，华中电网复奉、锦苏、宾金等多条世界电压等级最高的±800kV特高压直流工程已将大量清洁电力送往远方负荷中心，未来西北电网也将规划建设宁夏灵州-浙江绍兴、甘肃酒泉-湖南衡阳、宁夏上海庙-山东临沂等多回特高压直流外送工程。然而，由于特高压直流输电容量大，与交流系统交互作用复杂，特高压直流投运对互联电网的运行特性产生了严重影响。尤其在特高压直流送端系统存在交流薄弱断面的情况下，由特高压直流闭锁故障带来的大规模功率转移，可能导致部分交流薄弱断面潮流回退，引起近区母线出现稳态过电压问题。

目前调度采用的方法是按照电网允许的功率不平衡量切除机组，运行方式人员通过大量离线仿真计算给出断面各关键母线的电压预控值，然后由调度运行人员通过调节近区发电机端电压和无功补偿装置将关键母线电压控制在安全范围内，目前的方法没有考虑针对系统不同运行方式对安控切机措施以及交流薄弱断面FACTS装置动态无功备用容量进行优化，安控切机量大，对电网运行电压水平要求高，不利于调度员实际操作。

发明内容：

本发明的目的是提供一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，综合考虑系统运行方式、安控措施及FACTS装置动态响应，可增加实 际电网的运行空间，适当减小安控切机量，且大幅度提高运行人员的工作效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，包括：

确定交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i1；

比较所述关键母线i电压升幅ΔV_i1与关键母线允许电压变化值ΔV_im；

当ΔV_i1＞ΔV_im，确定交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i2；当ΔV_i1＜ΔV_im，保持现有预控措施；

比较所述关键母线i电压升幅ΔV_i2与所述关键母线i允许电压变化值ΔV_im；

当ΔV_i2＞ΔV_im，确定交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i3；当ΔV_i2＜ΔV_im，优化安控切机量；

比较所述关键母线i电压升幅ΔV_i3与所述关键母线i允许电压变化值ΔV_im；

当ΔV_i3＞ΔV_im，预控关键母线i初始电压不超过V_im-ΔV_i3；当ΔV_i3＜ΔV_im，优化调整FACTS装置初始状态。

本发明提供的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，在所述步骤：确定交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i1前还包括：

确定交流薄弱断面关键母线i允许电压变化值ΔV_im、约束故障及其安控切机范围、FACTS装置初始状态及FACTS装置全部动态无功备用容量。

本发明提供的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，根据所述约束故障、最小安控切机量以及FACTS装置初始状态计算交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i1。

本发明提供的另一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，根据所述约束故障、最大安控切机量以及FACTS装置初始状态计算交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i2。

本发明提供的再一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，根据所述约束故障、最大安控切机量以及FACTS装置全部动态无功备用容量计算交流薄弱断面关键母线i电压升幅ΔV_i3。

本发明提供的又一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，所述交流薄弱断面关键母线i允许电压变化值ΔV_im＝V_im-V_i0-Δv，i＝1,2…n；

其中，V_im为电网中电力设备长期运行的电压上限值，V_i0为电网中母线正常运行电压上限，Δv为电压计算裕度，n为交流薄弱断面的关键母线个数。

本发明提供的又一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，所述现有预控措施为保持所述FACTS装置初始状态不变并采取最小安控切机量。

本发明提供的又一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，所述优化安控切机量的过程为：保持所述FACTS装置初始状态不变，采用二分法不断调整安控切机量，获取满足ΔV_i2＝ΔV_im的安控切机量优化值。

本发明提供的又一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，所述优化调整FACTS装置初始状态的过程为：

确定当ΔV_i2＞ΔV_im的关键母线i，i＝1,2…m；

计算所有FACTS装置无功变化对关键母线i电压变化的灵敏度；

以所有FACTS装置调节容量最小为目标函数，以关键母线i电压升幅不 大于允许电压变化值ΔV_im为约束条件，建立线性规划模型；

求解FACTS装置初始状态的优化调整结果。

本发明提供的又一优选的一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法，通过投退近区低压电容器及调节近区发电机机端电压预控所述关键母线初始电压值；

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供的技术方案适用于交流薄弱断面存在FACTS装置的特高压直流送端系统；

2、本发明提供的技术方案充分考虑了系统运行方式、安控切机措施以及FACTS装置的动态响应特性影响，提出了灵活的优化预控策略；

3、本发明提供的技术方案减小了对电网运行电压的限制，可解决事故后交流薄弱断面母线的稳态过电压问题；

4、本发明提供的技术方案减小了特高压直流投运对互联电网的运行特性产生了严重影响。

附图说明

图1为本发明技术方案提供的交流薄弱断面稳态过电压预控措施的优化方法流程图；

图2为本发明技术方案提供的西北-新疆联网第二通道网架示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供的技术方案为一种交流薄弱断面稳态过电压预控措施 的优化方法，图2是本实施方法的流程图，具体步骤包括：

步骤(1)：确定交流薄弱断面关键母线i允许电压变化值ΔV_im、约束故障及其安控切机范围、FACTS装置初始状态及其全部动态无功备用容量；

本实施例中交流薄弱断面为西北-新疆联网第二通道，根据实际运行情况选取关键母线分别为酒泉、河西、鱼卡母线，交流薄弱断面的关键母线个数n＝3，关键母线允许电压变化值ΔV_im＝V_im-V_i0-Δv＝28kV,i＝1,2,…n，i＝1,2…n；其中，V_im取电网中电力设备允许运行的电压上限值为820kV，V_i0为电网中母线正常运行电压上限为790kV，Δv为电压计算裕度，一般取2kV；

约束故障为导致交流薄弱断面潮流回退最多的直流闭锁故障，本实施例中通过机电暂态仿真扫描西北电网各直流闭锁故障，仿真结果表明灵州-绍兴直流双极闭锁故障导致交流薄弱断面潮流回退最多；

安控切机范围包括最小安控切机量和最大安控切机量，所述最小安控切机量为某一运行方式下发生约束故障后为保证电力系统稳定所需的切机量，本实施例中灵绍直流双极闭锁故障最小安控切机量为3000MW；最大安控切机量一般为考虑电网允许的功率不平衡量，直流系统实际配置的切机量，本实施例中灵绍直流双极闭锁故障最大安控切机量为5500MW。

FACTS装置初始状态为FACTS装置实际初始投入的容性无功容量，FACTS装置全部动态无功备用容量为FACTS装置允许初始投入与实际初始投入的容性无功容量的差值。本实施例中西北-新疆联网二通道上FACTS装置初始状态及动态无功备用容量如表1所示。

表1FACTS装置容量及初始设置情况(容性无功功率为正)

步骤(2)：依据约束故障、最小安控切机量以及FACTS装置初始状态计算交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i1，将关键母线i电压升幅ΔV_i1与关键母线允许电压变化值ΔV_im进行比较；本实施例中通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网在FACTS装置初始状态下发生灵州-绍兴特高压直流双极闭锁故障并按照最小安控切机量3000MW执行切机后交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i1如表2所示；

表2采取步骤2后交流薄弱断面关键母线电压升幅

关键母线序号i关键母线名称初始电压稳态电压电压升幅ΔV_i11酒泉780.581635.52河西770.3798.728.43鱼卡777.7833.355.6

由于ΔV₁₁＞ΔV_1m，ΔV₃₁＞ΔV_3m，执行步骤(3)；

步骤(3)：依据约束故障、最大安控切机量以及FACTS装置初始状态计算交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i2，将关键母线i电压升幅ΔV_i2与关键母线允许电压变化值ΔV_im进行比较；本实施例中通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网在FACTS装置初始状态下发生灵州-绍兴特高压直流双极闭锁故障并按照最大安控切机量5500MW执行切机后交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i2如表3所示；

表3采取步骤2后交流薄弱断面关键母线电压升幅

关键母线序号i关键母线名称初始电压稳态电压电压升幅ΔV_i11酒泉780.5803.823.32河西770.3789.519.23鱼卡777.7811.533.8

由于ΔV₃₂＞ΔV_3m，执行步骤(4)；

步骤(4)：依据约束故障、最大安控切机量以及FACTS装置全部动态无功备用容量计算交流薄弱断面关键母线电压升幅ΔV_i3，将关键母线i电压升幅ΔV_i3与关键母线允许电压变化值ΔV_im进行比较；本实施例中通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网在FACTS装置调用全部动态无功备用容量后发生灵州-绍兴特高压直流双极闭锁故障并按照最大安控切机量5500MW执行切机后关键母线电压升幅ΔV_i3如表4所示；

表4采取步骤3后交流薄弱断面关键母线电压升幅

关键母线序号i关键母线名称初始电压稳态电压电压升幅ΔV_i11酒泉780.5799.118.62河西770.3787.517.23鱼卡777.7798.320.6

因为ΔV_i3＜ΔV_im，下一步需要优化调整FACTS装置初始状态；

优化调整FACTS装置初始状态的具体方法为：

1)ΔV₃₂＝33.8kV，ΔV_3m＝28kV，考虑ΔV₃₂＞ΔV_2m，关键母线为鱼卡母线；

2)计算所有FACTS装置无功变化对鱼卡母线电压变化的灵敏度，本实施例中敦煌母线可控高抗、鱼卡母线可控高抗和沙洲SVC无功变化对鱼卡母线电压变化分别为0.024、0.074、0.031V/Mvar；

3)以所有FACTS装置调节容量最小为目标函数，以FACTS装置调节后鱼卡母线电压升幅不超过ΔV_im为约束条件，A、B、C分别为敦煌母线可控 高抗、鱼卡母线可控高抗和沙洲SVC调用的动态无功备用容量，建立线性规划模型：

目标函数：min(A+B+C)

约束条件：$.\left(\begin{array}{c}33.8-(0.024A+0.074B+0.031C)\le 28\\ A\le 75\\ B\le 80\\ C\le 180\end{array}\right)$

4)求解FACTS装置初始状态的优化调整结果A＝0Mvar，B＝80Mvar，C＝0Mvar，调整后关键母线电压升幅如表5所示，满足ΔV_i3＜ΔV_im。

表5采取步骤3后交流薄弱断面关键母线电压升幅

关键母线序号i关键母线名称初始电压稳态电压电压升幅ΔV_i11酒泉780.5802.922.42河西770.3789.018.73鱼卡777.7805.627.9

综上所述，为保证灵绍直流双极闭锁后，鱼卡母线电压升幅不超过28kV，需切机5500MW，同时调整鱼卡母线可控高抗初始状态为-200Mvar(容性无功功率为正)。

本实施例应用于灵绍直流双极闭锁故障，同时适用于西北电网其他可能引发西北-新疆联网二通道潮流回退的直流线路闭锁故障。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。