CN112600260B - 基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法及设备，所述方法包括以下步骤：计算受端电网中各机组在不同调差系数时的母线电压提升率，基于该母线电压提升率获得暂态电压灵敏度指标；对各机组的暂态电压灵敏度指标进行从高到低的排序，基于设定的提升效果目标及机组调差系数整定范围，优先对排序靠前的机组进行调差系数调整，获得同时满足电网各运行约束的最优调差系数方案。与现有技术相比，本发明具有无功支撑调节更精准、经济性高的等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电网动态无功补偿技术，尤其是涉及一种基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法及设备。
背景技术
电网需要大量动态无功支持，例如直流换相失败及恢复过程中会从系统吸收大量无功，若换相失败导致直流闭锁，将对电网稳定产生冲击。大容量的交直流电力输入需要受端电网拥有一定数量无功电源作为支撑，而无功功率却不能远距离传输。电网局部动态无功容量不足，在交流线路发生故障或者大功率直流线路闭锁时引起电压支撑不足，然后导致电网电压不断降低，最后造成电压完全崩溃的可能。因此，解决受端电网电压稳定问题和动态电压支撑的问题十分重要。
相比静态无功补偿，动态无功补偿设备能够在故障中提供快速无功支持，提高电网的暂态运行性能。目前采用的动态无功补偿方式主要有同步调相机、STATCOM装置和AVC系统。这些方法存在以下问题：1)同步调相机的建设需要很大的投资，且运行不够经济；2)STATCOM控制复杂，装置容量相对较小，且费用昂贵，现场运行故障率过高；3)AVC系统基于全网优化计算，该策略的控制具有时滞的特点，但反应时间一般为秒级以上，且其控制设备只能实现阶跃、分段控制，难以实现精确调节，并且对于动态无功支撑方面的技术要求尚未形成整体要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无功支撑调节更精准、经济性高的基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法及设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，包括以下步骤：
计算受端电网中各机组在不同调差系数时的母线电压提升率，基于该母线电压提升率获得暂态电压灵敏度指标；
对各机组的暂态电压灵敏度指标进行从高到低的排序，基于设定的提升效果目标及机组调差系数整定范围，优先对排序靠前的机组进行调差系数调整，获得同时满足电网各运行约束的最优调差系数方案。
进一步地，所述母线电压提升率的计算公式为：
其中，S为母线电压提升率，A(K)和A(K0)分别为调差系数为K和K0时的暂态电压稳定指标。
进一步地，所述暂态电压稳定指标基于各节点电压在故障后的波动幅度和波动持续时间获得。
进一步地，所述暂态电压稳定指标的计算公式为：
其中，A为暂态电压稳定指标，D为惩罚系数，ωm为节点权重，ΔT为时域仿真计算步长，km,t为暂降系数，Vm(t)为故障后节点m的动态电压，VA为考虑负荷用电设备允许电压偏移量而设定的负荷侧最低需求电压，VA、Vm(t)均为标幺值，M为节点总数，N为周波总数。
进一步地，所述惩罚系数D的取值通过以下方式确定：
判断Vm(t)＜0.8的时间是否超过设定值，若是，则D＝100，否则，D＝0。
进一步地，设定值可取10s。
进一步地，所述暂降系数km,t的取值通过以下方式确定：
判断是否存在Vm(t)≤VA，若是，km,t＝1，否则，km,t＝0。
进一步地，VA可取0.95(标幺值)。
进一步地，单个机组的所述暂态电压灵敏度指标为该机组在多个调差系数下的母线电压提升率的和。
进一步地，所述机组调差系数整定范围通过以下方式确定：
进一步地，根据给定的负荷水平、直流输电功率和开机台数确定满足稳定约束和机组约束的各机组调差系数的整定范围。
进一步地，所述运行约束包括暂态电压稳定约束和功角稳定约束。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；和
被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法的指令。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明设计一灵敏度指标，以衡量在不同节点设置调差系数进行动态无功补偿对于提升暂态电压恢复的效果，根据该灵敏度指标可以更有效的选择设置调差系数，使得无功支撑的调节更精准。
2、基于暂态电压灵敏度指标对电网机组调差系数调节的灵敏度进行分析和排序，可以更直观方便获得电网机组调差系数最优化的差异化配置结果，提高效率。
3、本发明不同节点设置调差系数的灵敏度指标基于暂态电压稳定指标获得，量化了暂态电压灵敏度指标，可以更加具体的描述调差系数变化对动态电压的影响。
4、调整调差系数改变发电机励磁电流即可自动、快速、平滑地调整发电机无功输出及机端电压，为系统提供动态无功支持，无需额外投资，故本发明相比现有动态无功补偿设备具有更高的经济性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为暂态电压稳定指标描述示意图；
图3-图10为本发明实施例中发电机G1-G8不同调差系数时故障电压最低的母线电压提升率示意图；
图11为本发明实施例中调差系数优化后故障电压最低的母线电压提升率示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
通过调整调差系数改变发电机励磁电流可自动、快速、平滑地调整发电机无功输出及机端电压。同步发电机在运行时，成为系统的有功电源和无功电源。因此，发电机的动态无功调节是从源头上来的，其调压手段是最直接的经济手段。其调节原理是通过调节发电机励磁来改变发电机母线电压。当电压自动变化时，可以通过增加或减少无功率来维持系统电压，有利于提高电力系统运行的暂态稳定性。对发电机励磁系统调差系数的整定，可以保证发电厂内发电机安全运行和并列运行发电机间无功合理分配。但现有技术中并未涉及如何进行发电机励磁系统调差系数的设置以改善电网电压和降低网损的动态无功支撑作用。
如图1所示，本实施例提供一种基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，实现对电网机组调差系数的差异化配置，具体步骤如下：
步骤S01、建立暂态电压稳定指标。
根据电力系统安全稳定计算技术规范[国家能源局.DL/T-1234-2013电力系统安全稳定计算技术规范]的相关描述，电力系统暂态电压稳定性判据为：在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能在10s内恢复到0.8p.u.以上。以此为依据来分析系统暂态电压稳定指标。
遭受大扰动后，系统各节点电压将出现不同程度的波动，可以根据波动幅值和波动持续时间对波动程度进行暂态电压稳定指标的描述。如图2的电压-时间面积所示，采用图中阴影部分描述暂态电压稳定指标。
定义节点m的暂态电压跌落面积A为：
式中：Vm(t)为故障后节点m动态电压；t0为故障开始时间；VA为考虑负荷用电设备允许电压偏移量而设定的负荷侧最低需求电压，若电压偏移量为±5％，取VA为0.95(标幺值)，Δt为电压低于VA的时间。
具体实现采用时域仿真得到的数据进行计算如下：
式中：ΔT为时域仿真计算步长；D为惩罚系数，认为Vm(t)<0.8的时间超过10s为失稳，取D＝100，表示故障造成了暂态电压失稳；否则D＝0；km,t为暂降系数，当Vm(t)≤0.95时，km,t＝1，否则km,t＝0；ωm为节点权重；M为节点总数，N为周波总数。
步骤S02、基于暂态电压稳定指标提出不同机组设置调差系数的灵敏度计算方法，计算得到各个机组在不同调差系数时受端电网母线电压提升率，具体计算方法如下：
其中，A(K0)表示待调整的调差系数对应的电压提升指标，基于公式(2)获得；A(K)表示调整后的调差系数对应的电压提升指标；K0表示待调整的调差系数，K表示调整后的调差系数；S为母线电压提升率，是在节点设置调差系数增加K-K0时节点的暂态电压提升指标，即机组在某一时间段对某一母线电压的提升率，反映了电压变化对调差系数变化的灵敏度，S值越大，表征相同调差系数下，在该点调整调差系数进行无功补偿可以最大程度增加暂态电压提升，说明其电压提升能力越好。因此选择S较大的机组作为调整调差系数的补偿候选安装机组。为了提高可靠性本实施例将每个机组节点各运行方式的S进行求和，获得各暂态电压灵敏度指标(即暂态电压支撑能力)，并从高到低进行排序，可得到系统中各机组调差系数变化对动态无功支撑水平的大小。
如图3-图10所示为某电网高压直流输电受端某线路中发电机G1-G8不同调差系数时故障电压最低的母线电压提升率示意图。
步骤S03、对于受端电网中所有接入220kV及以上电压等级机组，按公式(3)计算各机组在不同调差系数时的母线电压提升率，进而获得机组的暂态电压支撑能力并排序，根据排序结果筛选出对关键节点暂态电压稳定性影响较大的机组。
本实施例中，分别计算100周波和500周波内所有接入的可调节调差系数发电机组G1-G8(调差系数均为-0.1时)对受端电网故障电压最低母线的母线电压提升率进行计算如表1所示。
表1不同机组的母线电压提升率
| 母线电压提升率 | G6 | G7 | G8 | G3 | G4 | G5 | G2 | G1 |
| 100周波 | -2.0471 | 3.3898 | 0.4923 | 5.1938 | 5.1702 | 6.7113 | 7.8837 | 4.3797 |
| 500周波 | 42.7286 | 11.4681 | 16.6190 | 58.2421 | 57.1443 | 99.0911 | 103.8059 | 47.7873 |
步骤S04、根据给定的负荷水平、直流输电功率、开机台数确定满足稳定约束和机组约束的机组调差系数整定范围。
步骤S05、基于当前调差系数，根据机组的暂态电压支撑能力排序结果，在满足约束的调差系数整定范围之内，根据排序结果的从高到低设置机组的调差系数，分别以100周波和500周波内电压提升最大为目标达到提升效果目标，得到优化后的目前各电厂调差设置排序如表2所示。
根据得到的调差系数优化方案，受端电网母线电压与现状电压的对比曲线如图11所示。
表2对故障电压最低母线的暂态电压提升灵敏度排序
步骤S06、判断新控制方案是否同时满足暂态电压稳定、功角稳定约束。若不满足，重复步骤S05；直到搜索出同时满足电网各种运行约束的控制方案。
由图11可以看出，对已有机组调差系数进行优化可以明显提升故障点的母线电压。可见本发明所提调差系数优化方法可以很好支撑故障节点母线电压恢复过程，且不同机组在不同调差系数下对节点电压的提升率各不相同，同一机组在不同的时间段电压提升率也各不相同。因此，不能一概而论设置机组的调差系数为某一定值，需整体优化，差异性设置不同机组的调差系数，以综合利用资源达到更好的电压提升效果。由于调差系数环节调节的是发电机已有的无功容量，不增加额外投资，且设置方便，因此，具有技术优势，且经济成效显著。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算受端电网中各机组在不同调差系数时的母线电压提升率，基于该母线电压提升率获得暂态电压灵敏度指标；
对各机组的暂态电压灵敏度指标进行从高到低的排序，基于设定的提升效果目标及机组调差系数整定范围，优先对排序靠前的机组进行调差系数调整，获得同时满足电网各运行约束的最优调差系数方案；
所述母线电压提升率的计算公式为：
其中，S为母线电压提升率，A(K)和A(K0)分别为调差系数为K和K0时的暂态电压稳定指标；
所述暂态电压稳定指标基于各节点电压在故障后的波动幅度和波动持续时间获得，所述暂态电压稳定指标的计算公式为：
其中，A为暂态电压稳定指标，D为惩罚系数，ωm为节点权重，ΔT为时域仿真计算步长，km,t为暂降系数，Vm(t)为故障后节点m的动态电压，VA为考虑负荷用电设备允许电压偏移量而设定的负荷侧最低需求电压，VA、Vm(t)均为标幺值，M为节点总数，N为周波总数；
所述惩罚系数D的取值通过以下方式确定：
判断Vm(t)＜0.8的时间是否超过设定值，若是，则D＝100，否则，D＝0；
所述暂降系数km,t的取值通过以下方式确定：
判断是否存在Vm(t)≤VA，若是，km,t＝1，否则，km,t＝0。
2.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，其特征在于，单个机组的所述暂态电压灵敏度指标为该机组在多个调差系数下的母线电压提升率的和。
3.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，其特征在于，所述机组调差系数整定范围通过以下方式确定：
根据给定的负荷水平、直流输电功率和开机台数确定满足稳定约束和机组约束的各机组调差系数的整定范围。
4.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法，其特征在于，所述运行约束包括暂态电压稳定约束和功角稳定约束。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；和
被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-4任一所述基于暂态电压灵敏度排序的机组调差系数优化方法的指令。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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