CN104779627B - 一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法 - Google Patents

一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法，包括以下步骤：从信息管理***数据库中获取辐射型电网的参数信息，建立辐射型电网模型；利用电网数据采集与监控***采集辐射型电网的实时运行数据；计算线路末端无功功率的最优值QL；计算QL的绝对值|QL|，并将|QL|分配成n份，每一份的值记为Ai；计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi‑β，Bi+β]；经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的关口无功优化取值区间的计算，获得新的关口无功优化取值区间。

Description

一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法
技术领域
本发明涉及电力***无功运行方法，更具体地说，涉及一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法。
背景技术
电网的无功电压控制关系到电网运行的安全性和经济性，为保证电压质量和无功功率分层分区就地平衡，需对变电站的无功电压进行控制，以提高输配电网的可靠性和经济性。对于110kV的辐射型电网而言，110kV变电站的无功电压控制主要有两种，一种是利用自动电压控制***(Automatic voltage control,AVC)将变电站纳入全网的无功优化计算中，实时监测电网运行状态并优化计算得出变电站的变电站母线电压和主变压器无功功率(或功率因数)的控制范围；另一种则是变电站利用自身的就地信息***，采用较为简单的九区图、十七区图等控制策略进行无功电压控制。
上述做法中，前者考虑了全网运行工况，对变电站的无功电压进行优化整定，优化结果更贴近实际情况，但由于过分赖于状态估计及自动化水平进而使其可行性低且控制效果差；后者关注无功、电压两个指标，尽管便于工程上的应用但欠缺考虑电网负载水平等运行工况对无功电压控制的需求，其控制参数大多基于运行的经验，缺乏明确的优化依据。
因此，为了更好指导实际工程上的应用，需要一种能够对变电站主变压器关口无功功率优化整定的方法，既考虑了电网负荷水平运行工况对主变压器关口无功功率优化值的影响，又具有工程的实用性，使得电网安全经济地运行。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法，既考虑了电网负荷水平运行工况对主变压器关口无功功率优化值的影响，又具有工程的实用性，使得电网安全经济地运行。
为了实现上述目的，本发明提供了一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法，包括以下步骤：
(1)从信息管理***数据库中获取辐射型电网的参数信息，建立辐射型电网模型；
(2)利用电网数据采集与监控***采集辐射型电网的实时运行数据；
(3)计算线路末端无功功率的最优值QL；所述的最优指的是使得辐射型电网中线路有功损耗为最小；
(4)计算QL的绝对值|QL|，并将|QL|分配成n份，每一份的值记为Ai；
(5)计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]；所述的各主变压器的关口无功优化取值区间指的是各主变压器高压侧无功功率的优化取值范围；
(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的关口无功优化取值区间的计算，获得新的关口无功优化取值区间，实现辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定。所述的时间周期T，即电网进行优化控制的时间周期，可根据电网的实际需要进行相应的调节。
作为本发明的一种改进，所述参数信息包括辐射型电网的拓扑结构、输电线路的等值电阻参数RL、等值电抗参数XL、等值电纳参数BL，各主变压器的型号、配置容量，所述实时运行数据包括输电线路首端运行电压UG、输电线路下送的总有功负荷PL，各主变压器高压侧的有功负荷PTi，下标i表示主变压器序号，i＝1～n，n为辐射型电网中的主变压器总台数。
作为本发明的一种改进，所述的线路末端无功功率的最优值QL，指的是以输电线路有功损耗最小为目标函数所求得的输电线路末端无功功率的大小，可通过如下公式确定，
作为本发明的一种改进，|QL|的分配按与各主变压器高压侧的有功负荷PTi的大小成反比进行分配，分配值Ai可通过如下公式确定，
公式中变量k的取值根据QL值的正负而定，若QL大于或等于0，则令变量k＝0；若QL小于0，则令变量k＝1。
与现有技术相比，本发明考虑了电网实时的运行工况，进行辐射型电网主变关口无功区间的实时优化整定，弥补了现有对关口无功区间凭经验、单一化整定的不足；所提出的辐射型电网主变关口无功区间优化整定的方法，不涉及复杂的无功优化迭代计算，更便于电网的实时优化控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说明。
图1是本发明辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法流程图。
图2是某辐射型电网的计算模型图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1，本发明一种辐射型电网中主变压器关口无功区间实时优化整定方法，包括以下步骤：
(1)从信息管理***数据库中获取辐射型电网的参数信息，包括辐射型电网的拓扑结构、输电线路的等值电阻参数RL、等值电抗参数XL、等值电纳参数BL，各主变压器的型号、配置容量，建立辐射型电网模型；
(2)利用电网数据采集与监控***采集辐射型电网的实时运行数据，包括输电线路首端运行电压UG、输电线路下送的总有功负荷PL，各主变压器高压侧的有功负荷PTi，下标i表示主变压器序号，i＝1～n，n为辐射型电网中的主变压器总台数；
(3)计算线路末端无功功率的最优值QL；所述的最优指的是使得辐射型电网中线路有功损耗为最小；
(4)计算QL的绝对值|QL|，并将|QL|分配成n份，每一份的值记为Ai；
(5)计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]；所述的各主变压器的关口无功优化取值区间指的是各主变压器高压侧无功功率的优化取值范围；
(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的关口无功优化取值区间的计算，获得新的关口无功优化取值区间，实现辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定。
本发明步骤(3)中所述的线路末端无功功率的最优值QL，指的是以输电线路有功损耗最小为目标函数所求得的输电线路末端无功功率的大小，可通过以下方法获得：
考虑输电线路的π型等值模型及辐射型电网输电线路的等值电阻参数RL、等值电抗参数XL、等值电纳参数BL、首端运行电压UG，假设输电线路的末端运行电压UL，输电线路首端注入输电线路的功率为PG+jQG，则输电线路的功率损耗ΔPL+jΔQL及输电线路首、末两端的电压关系可表示为
列写有功功率平衡方程，则有：
PG-△PL-PL＝0 (3)
将式(1)～(2)代入式(3)，可得：
为求使得辐射型电网线路有功损耗最小时线路末端传输的无功功率值QL，先令式(4)对QG进行求导，求QG的极小值QGmin，则有：
令可得：
当输电线路首端注入输电线路的无功功率为QGmin，此时线路末端传输的无功功率值为最优，即QL，列写无功功率平衡方程，则有：
将式(6)代入式(2)、(4)、(7)计算可得线路末端无功功率的最优值QL的解析表达式为：
将辐射型电网的参数信息及所采集的实时运行数据代入式(8)计算，则可获得线路末端无功功率的最优值QL的值。
本发明步骤(5)中Ai的获取方法如下：
由于主变压器的有功损耗与各主变压器高压侧的有功负荷、无功负荷相关，各主变压器高压侧的有功负荷PTi较大时，为减少主变压器有功损耗，应尽量减少各主变压器高压侧流过的无功功率的绝对量，为此，考虑其分配的原则为：根据PTi的大小进行反比例分配，故Ai可通过式(9)获得：
为保证各分配量Ai之和等于最优值QL，式(9)中通过变量k确定Ai的值的正负性，并且公式中变量k的取值根据QL值的正负而定，若QL大于或等于0，则令变量k＝0；若QL小于0，则令变量k＝1。
计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]中，所述的取Ai与0的平均数Bi作为关口无功优化取值区间的中值是因为在辐射型电网中，若只考虑线路最优，即线路的有功损耗为最小，则各主变压器的关口无功值应控制在Ai，而若只考虑该主变压器的有功损耗为最小，则最优的关口无功值应该控制为0，综合考虑主变压器与线路的有功损耗为最小，本发明中取Ai与0的平均数作为关口无功优化区间的中值。
本发明中，由获得的各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]，可确定各主变压器高压侧无功功率的控制范围，经过时间周期T，进行新一轮的关口无功优化取值区间的计算，获得新的关口无功优化取值区间，实现辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定。所述的时间周期T，即电网进行优化控制的时间周期，可根据电网的实际需要进行相应的调节。
下面以南方电网某110kV辐射型电网为例来说明本发明的方法流程及相关的数据：
(1)获取辐射型电网的参数信息，包括辐射型电网的拓扑结构、输电线路等值电阻参数RL、等值电抗参数XL、等值电纳参数BL，各主变压器型号、配置容量，建立辐射型电网模型；辐射型电网计算模型图如图2所示，且输电线路等值参数为RL＝0.2985Ω，XL＝1.50Ω，BL＝6.8*10^-5S、。
(2)实时采集辐射型电网输电线路的首端运行电压UG、输电线路下送的总有功负荷PL，各主变高压侧的有功负荷PTi，下标i表示主变序号，i＝1～n，n为辐射型电网的主变个数。
在该辐射型电网中共有三台主变，则n＝3；由AVC***采集的该辐射型电网的运行参数信息如表1所示：
表1辐射型电网运行参数信息
变量 UG PT PT1 PT2 PT3
数值 116kV 50MW 18MW 24MW 8MW
(3)计算线路末端传输的无功功率的最优值QL；所述的最优指的是使得辐射型电网线路有功损耗最小时线路末端传输的无功功率值；
最优值QL，可通过式(8)获得，计算得QL＝0.1772Mvar。
(4)计算QL的绝对值|QL|，并将|QL|分配成n份，每一份的值记为Ai，通过式(9)获得，计算得：
A1＝0.0567Mvar，A2＝0.0461Mvar，A3＝0.0744Mvar。
(5)计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]；裕度β取值5Mvar。
则可得主变1的关口无功优化取值区间为[-4.9716，5.0284]Mvar；主变2的关口无功优化取值区间为[-4.9770，5.0230]Mvar；主变3的关口无功优化取值区间为[-4.9628，5.0372]Mvar；
(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮区间值计算，实现辐射型电网关口无功区间的实时优化整定。为保证实时优化，本实例中T可取值1分钟。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (2)

1.一种辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)从信息管理***数据库中获取辐射型电网的参数信息，建立辐射型电网模型；
(2)利用电网数据采集与监控***采集辐射型电网的实时运行数据；
(3)计算线路末端无功功率的最优值QL，所述的最优指的是使得辐射型电网中线路有功损耗为最小；
(4)计算QL的绝对值|QL|，并将|QL|分配成n份，每一份的值记为Ai；
(5)计算Ai与0的平均数Bi，并在Bi的基础上加、减裕度β形成各主变压器的关口无功优化取值区间[Bi-β，Bi+β]；所述的各主变压器的关口无功优化取值区间指的是各主变压器高压侧无功功率的优化取值范围；
(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的关口无功优化取值区间的计算，获得新的关口无功优化取值区间，实现辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定；
所述参数信息包括辐射型电网的拓扑结构、输电线路的等值电阻参数RL、等值电抗参数XL、等值电纳参数BL、各主变压器的型号、配置容量，所述实时运行数据包括输电线路首端运行电压UG、输电线路下送的总有功负荷PL、各主变压器高压侧的有功负荷PTi，下标i表示主变压器序号，i＝1～n，n为辐射型电网中的主变压器总台数；
|QL|的分配按与各主变压器高压侧的有功负荷PTi的大小成反比进行分配，分配值Ai通过如下公式确定，
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mi>T</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
公式中变量k的取值根据QL值的正负而定，若QL大于或等于0，则令变量k＝0；若QL小于0，则令变量k＝1。
2.根据权利要求1所述的辐射型电网中主变关口无功区间的实时优化整定方法，其特征在于，所述的线路末端无功功率的最优值QL，指的是以输电线路有功损耗最小为目标函数所求得的输电线路末端无功功率的大小，通过如下公式确定，
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>B</mi> <mi>L</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>G</mi> </msub> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>U</mi> <mi>G</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <msub> <mi>P</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi> </msub> </mrow> </msqrt> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mn>8</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>X</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>L</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>G</mi> </msub> <mo>-</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>U</mi> <mi>G</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <msub> <mi>P</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi> </msub> </mrow> </msqrt> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>8</mn> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
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