电力系统无功功率实时监测与控制方法研究.docx

电力系统无功功率实时监测与控制方法研究dujing导语：根据我国电网存在电压失稳的隐患，本文提出了一种基于经济压差UJ无功功率优化潮流的电力系统无功功率实时监测与控制方法，并提出了从此逐步过渡到全网无功功率优化运行的施行措施align=centerResearchonthereal-timemonitoringandcontrolmethodofthepowersystemreactivepower朱军1盛万兴2唐寅生31国家电网公司农电工作部北京100031；2中国电力科学研究院北京100085；3.湖南电力调度通讯中心长沙410007ZhuJun1，ShengWanxing2，TangYinsheng31COUNTRYPOWERSUPPLYDEPARTMENTOFTHESTATEGRIDCORPORATIONOFCHINA,BEIJING,100031；2CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE,BEIJING,100085；3.HUNANELECTRICPOWERDISPATCHINGANDCOMMUNICATIONCENTER,CHANGSHA,410007/align摘要：根据我国电网存在电压失稳的隐患，本文提出了一种基于经济压差UJ无功功率优化潮流的电力系统无功功率实时监测与控制方法，并提出了从此逐步过渡到全网无功功率优化运行的施行措施。作为预防电压稳定破坏事故的第一道防线，本文的方法具有重要的科学性、实用性、可操纵性。Abstract:ConsideringthehiddendangerofthevoltagestabilityfailureinChinapowersystem,areal-timemonitoringandcontrolmethodofthepowersystemreactivepowerflowbasedontheeconomicvoltagedifferenceUJtheoryisdiscussed.Thestep-by-stepimplementationmeasurestothewholepowersystemreactivepoweroptimizationareproposed.Asthefirstdefencelineagainstthevoltagestabilityfailure,theproposedmethodisscientific,practicalandoperable.关键词：经济压差无功功率优化电压实时监测与控制Keywords:economicvoltagedifference,reactivepoweroptimization,voltage,real-timemonitoringandcontrol.假如电力系统中的每一个节点母线的电压实时值，随时都靠拢额定值运行，即不超出规定的电压上、下限运行，节点的电压稳定储藏系数就有最大值，这是预防电力系统电压稳定破坏事故的根本措施1。要使电力系统中的节点的电压稳定储藏系数具有最大值，就必须随时维持节点无功功率的动态的就地平衡，因此，要求每个发电厂、变电站，尤其是那些具有关键意义的节点，必须装有足够的动态无功补偿容量，这个容量应该即是稳态无功电压调整需要的补偿容量，加上事故发生时应对电压支撑所需要的无功补偿容量。中、外电网开展史上的电压稳定破坏事故都证实了这一点。固然我国电网的调度治理体制比国外优越，给防止发生电压稳定破坏事故提供了先决的良好条件，但是，由于我国电力系统的无功补偿根底比拟差：无功就地平衡差，长间隔、跨层次输送无功2；高、中、低压电网中的动态无功补偿容量很少，又根本上没有可控性，事故时无法及时投入运行；电网末端即需求侧的无功补偿更差，用电功率因数很低，尤其是缺少动态无功补偿，缺少受端电压支撑，很难应对电网顶峰负荷、重点是夏季顶峰负荷到来时的无功动态平衡3；缺少无功补偿的事故备用容量，线路跳闸后，不能有效的减小潮流转移通道上的电压损失，轻易导致电力系统事故的扩大4。3年前，清华大学做的“电力大系统仿真计算的假设干问题讨论及“我国电网的平安稳定隐患及其对策“的PPT中指出，我国电网防止重点地区动态电压崩溃的场面也很严重：由于能源、环保及土地资源的制约，负荷中心的发电厂越来越少，区外输电的比例越来越大；空调负荷越来越多；使用成组的电容抗器补偿的多，使用动态补偿装置的少；对电压变化灵敏度低的负荷越来越多，不利于电压稳定；与此同时，不少调相机、有些SVC还被撤除。京、沪、穗地区的暂态电压稳定存在潜伏威胁。上述事实，要求人们反思传统的无功补偿设计方法与无功电压调整控制工作，电力系统的运行实际需要无功功率的实时监测与控制5，目的是为了促进无功补偿的设计与调整控制工作的改良与创新，进一步提升电力系统的平安稳定优质经济运行程度。二、电力系统无功功率实时监测与控制方法1、电力系统无功功率实时监测与控制方法用SCADA收集来的U、P、Q等数据，用UJ潮流算法，按照监测与控制系统要求的刷新速度，以给定电压约束下的全网无功优化潮流为目的，求出发电厂、变电站应该注入电网的实时无功优化值Qsubopt/sub，然后：与无功实时值Qsubret/sub进展比拟，以无功偏向值±Q，决策无功补偿装置的调整行为；按电压实时值Qsubret/sub与目的值Usubref/sub的偏向±U，决策变压器分接头的调整行为；Usubret/subPsubret/sub与其临界值Usubcrit/subPsubcrit/sub比拟；根据现有无功补偿装置的运行状况，分析当前运行方式下无功电压调整所需要的无功补偿装置容量的余缺，及本母线上所连接线路的N1方式下事故电压调整无功补偿装置容量的余缺。实时监测框图见图1。2、目的通过监测分析，改良无功补偿运行方式，不花钱或者少花钱尽量进步平安优质经济程度与供电经济效益；替换离线计算的无功功率补偿规划，准确及时；花最少的钱施行动态无功补偿，对全网无功功率进展集约式调整控制；进一步提升电力系统平安优质经济运行程度。3、UJ的定义与算法定义：维持输电线路无功功率潮流的分点恰恰位于线路中点的线路首、末两端的电压之差，称为经济压差。 font=宋体电力系统最优无功功率潮流调控方法是：调整Isubf/sub、QsubL、c/sub、Ksub1/sub、Ksub2/sub使升、降变压器高压侧注入电网无功功率值即是其母线上所接线途经剩无功功率之和的一半，母线电压在允许范围，此时，每条线路都有一个无功功率分点且在线路的中点，线路两瑞的电压降落即是UsubJ/sub=553.56-545.69=7.87kV,Qsub1/sub=99.06-155.78=56.72，Qsub2/sub=-56.72，即发电厂和降压变电站均应从电网接收56.72MVAr，图2。/fontfont=宋体算法：简化计算网络，在电网构造和有功发电方案决定以后，影响电网无功潮流的因素是各结点注入电网的无功功率值，因此变压器可以不介入优化计算。OPF最优无功功率计算网络简化成按电压等级500/220/110KV分层计算。/fontfont=宋体数学模型、目的函数/fontfont=宋体minU=PR+QX/U/fontfont=宋体根据1.1minP=Psup2/sup+Qsup2/sup/Usup2/supR/fontfont=宋体变量及约束，如图2。控制变量：Qsub1/sub、Qsub2/sub。无约束。状态变量：Usub12min/subUsub12/subUsub12max/sub/fontfont=宋体调整变量：Qsubf/sub发电机无功连续调节；QsubL/subsub、C/sub补偿电容抗；Ksub1/sub、Ksub2/sub变压器变比；等不直接介入OPF最优无功控制计算，在执行机构调控策略中靠档运行。并假定QsubL/subsub、C/sub、K为连续调节。/fontfont=宋体4、效益分析b/b/fontfont=宋体线路在UsubJ/sub支持下，只有有功功率在电阻上的电压降落UsubJ/sub=PR+QX/U=PR/U，电压质量最好，接近直流线路运行；线路传输无功造成的有功损耗最小，它为无功功率分点在首或者末端母线上时有功功率损耗的1/4，而且也使线路两端所接的主变压器有功损失之和为最小或者接近最小sup6/sup。/font三、施行措施1、电网按电压分层、分区施行为了减少无功功率的穿越流动，无功功率应该做到分层平衡。在接线方式确定之后，电网的无功潮流决定于连接在电网上的每个节点注入电网的无功功率，为了保证无功潮流的完好性，应该分区进展完好施行。2、集中调度室与分散当地施行UsubJ/sub无功功率潮流算法分集中调度室算法与分散当地算法两种。集中施行：在电网调度中心施行。用SCADA收集的相关数据，经过状态估计，经过UJ无功潮流程序计算，得出优化无功功率潮流及每个厂站注入电网的无功优化值。调度端和执行端之间，经过长间隔的通道形成闭环控制。有全网的整体概念。需要数据多，数据传输要求严。分散施行：推荐方法。称全网无功优化分散协调控制方法。每个发电厂和变电站分别进展数据收集、计算、就地形成闭环控制，受通道影响小，计算精度高。这种施行方法，是以全网整体优化为根底，预先确定分散的计算法那么，把确定各个控制器控制模型作为约束条件而实现的。按照这种设计方法设计出的子系统的控制规律，可完玉成电网的整体优化性能指标，在给定的电压约束下到达全网无功潮流最优。这种实时的优化无功功率补偿容量的计算方法，完全合适于丰大、丰小、枯大、枯小及其中间的任何同步运行方式下的无功功率补偿容量的需要，即使是输电线路掉闸后，潮流转移经过中的补偿容量的计算也可以知足。即知足稳态方式下的无功电压调整的需要，也合适事故中对电压支撑的补偿要求，防止事故扩大。4、施行无功优化监测与调控的方式可以先施行监测，再与变电调度自动化装置接口，逐步走向控制，也可以直接进入施行监测与控制同步进展。就调整的精度而言分两种：粗放式用成组电容抗器调控。由于不能连续、平滑、动态、准确的调控无功功率，实时值与目的值的差距大，平安、优质、经济效果差，故称粗放式。集约式利用发电机微机励磁调节器和SVC的连续、平滑、动态调节特性，准确调控无功功率，实时无功功率潮流优化效果好，电压质量好，线损率低，称为节约式。图1是它的闭环控制原理讲明图。复杂电网可分步施行集约式无功调控方式。必须有N1个节点施行无功功率控制，才能到达全网无功优化。为此，可以先行施行局部输电网络的无功优化潮流的精细调控，例如，单机对系统的输电网络；又如川渝电网图2，只要控制石板箐变电站注入电网的无功到达要求，就优化了石板箐-二滩线路无功潮流；接着控制二滩发电厂注入电网的无功到达要求，即可控制二滩-普提变电站线路的无功潮流优化运行；控制普提变电站注入电网的无功到达要求，即可控制普提-洪沟线路的无功潮流优化运行；以次类推。align=center图4：川渝电网接线方式/align再逐步向全网无功优化运行过渡开展。四、如何逐步过渡到使用动态无功补偿如何逐步过渡到全网无功功率优化运行，关键是如何逐步过渡到使用动态无功补偿。如何逐步过渡到使用动态无功补偿呢？1、新变电站补偿方式选择动态补偿方式。2、在110500kV老变电站中，一般讲来缺少感性补偿，加电抗器时，不要用固定投切的电抗器。要选用TCRMCR，原来电容器照样使用，组成SVC。五、完毕语以电压为目的值的无功电压调控形式，早以不能适应正在开展中的全国统一大电网的电压需要，由于在大电网中，任何一个厂站的无功功率的调控，都不可能较大幅度改变它的母线电压的有效值，由于，系统短路阻抗很小。推广在电压约束下，以注入电网无功优化值为目的的无功电压调整形式，是电网开展的客观需要。全网的电压调整问题，是接入电网中的每个厂、站共同的任务，每一个厂、站只能承当应该承当的注入电网的无功为优化无功值的调整任务。长期以来，我国电网在无功就地补偿设计、基建、运行方面遗留下来的问题较多，存在着电压失稳的隐患。通过施行电力系统无功功率实时监测与控制，可以使遗留下来的无功补偿问题逐步得到解决，带动一系列技术经济指标的进步，加强电网的无功电压支撑，促进建立平安、优质、经济运行的电力系统的建立。1王梅义.吴竞昌蒙定中，大电网系统技术，中国电力系统出版社，1975.6第二版.2朱军飞唐寅生周全仁，用电侧功率因数维持多少好，电力需求侧治理，2002，62224.3王猗柳焯，电力系统紧急无功补偿调控形式，电力系统自动化，2000，154547.4胡东臣朱永强崔文进，南方电网交直流输电并联络统电压稳定分析及STATCOM应用仿真，中国电力，2004.72023.5阮前途，解读莫斯科大停电确保上海电网平安运行，华东电力，2005.9,3391-66唐寅生，李碧君，电力系统OPF全网最优无功的经济压差算法及其应用J，中国电力，2000，33942-44.朱军，男，1969-，国家电网公司农电部高级工程师，长期从事农网消费治理工作0