CN105119267A - 一种电网静态电压稳定水平分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网静态电压稳定水平分析方法。首先，确定水平年方式数据，形成稳态计算数据文件，并进行潮流计算；然后，基于收敛性较好的基态数据，形成预想事故集并制定故障；其次，进行静态电压稳定计算分析；再次，在功率极限点处，通过模态分析，确定电网电压稳定薄弱节点；最后，在电网薄弱节点处通过应用无功补偿措施，提升电网静态电压稳定水平。本发明能够增加对区域电网输电断面的考虑，延伸了静态电压稳定的考虑范围，对电压崩溃分析更透彻；同时，基于电网在线数据，利用数据库技术，快速更新稳态计算数据文件，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力***运行与控制领域，特别是一种电网静态电压稳定水平分析方法。
背景技术
电力***电压稳定评估是电网安全稳定计算分析中的重要部分。电压稳定计算分析的目的是校验电网的静态、暂态和长过程电压稳定性，研究确定电网的无功补偿设备配置方案、无功电压控制策略、低压减载方案等保证电压稳定性的安全稳定措施。
截至目前，电压稳定问题的理论体系尚未完善，相关研究主要集中于静态稳定方面。常用的静态电压稳定分析方法介绍：首先，通过计算各电压稳定安全指标（负荷节点功率裕度、区域功率裕度和全网功率裕度，以及静态电压稳定储备系数）评价***的电压稳定水平；其次，通过模态分析或灵敏度分析方法识别电压稳定相对薄弱的区域；最后，通过在电压稳定相对薄弱的区域安装无功补偿装置或加强区域网架建设等措施提升电网静态电压稳定水平。详见中国发明专利（申请号201010599850.X）。
近年来，随着相角量测单元（PMU）的出现和广泛应用，利用本地量测数据进行的本地电压稳定水平的评估方法逐渐受到重视和应用。详见中国发明专利（申请号200910263112.5）。
现有的静态电压稳定分析方法，仅考虑负荷节点/区域功率裕度指标大小，未曾考虑输电断面传输功率极限指标。而实际中，输电断面作为本区域电网与外部电网/电源相联络的主要通道，其输送功率大小对送段/受端电网的电压稳定水平均会存在一定的影响。在信息化***建设方面，现有技术对静态电压应用多侧重于准实时电网工况进行运行监控。考虑到电压崩溃的发展较为缓慢，所以静态电压稳定应更多的应用于电网方式安排、规划电网安全水平评估等方面。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种电网静态电压稳定水平分析方法，增加了对区域电网输电断面的考虑，延伸了静态电压稳定的考虑范围。
本发明采用以下方案实现：一种电网静态电压稳定水平分析方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定水平年方式数据；
步骤S2：形成稳态计算数据文件；
步骤S3：根据步骤S2形成的稳态计算数据本件，进行基本潮流分析计算，若计算结果收敛、潮流分布合理且电压不越限，则进入步骤S4，否则返回步骤S1；
步骤S4：形成预想事故集；
步骤S5：静态电压稳定分析；
步骤S6：薄弱节点识别；
步骤S7：制定提升措施。
进一步的，所述步骤S1中所述水平年方式包括年最大负荷方式、年最小负荷方式以及电网各检修方式。较佳的，考虑到一般城市电网在最大负荷方式下，负荷无功需求量较大，末端电压相对较低；而最小负荷方式下，电网无功有剩余，电压相对偏高。所以，一般会重点考虑上述两种运行方式。
进一步的，所述步骤S2具体为：利用数据库技术，建立电网CIM模型与BPA模型的对照关系表，然后基于电网E文件，对BPA模型的数据进行快速更新，生成BPA潮流数据文件，进而得到稳态计算数据文件。
进一步的，所述步骤S4所述的预想事故集包括电网正常方式与电网故障方式，所述电网故障方式包括直流单极闭锁、直流双极闭锁，对外联络线路N-1、同塔双回N-2，区域内线路N-1、区域内线路N-2，区域内主变N-1。
进一步的，所述步骤S5具体包括以下步骤：
步骤S51：设计计算场景；
步骤S52：确定静态电压稳定分析的结果指标；
步骤S53：计算步骤S52中的指标，并判断各裕度指标是否超标，若超标则进入步骤S6，否则，返回步骤S1。
特别的，场景中需要考虑的内容包含：(1)明确要计算的区域电网范围、区内和区外电网联络线，确定区域电网范围；(2)设定区域电网范围内负荷、发电机组出力增长方式；(3)设定电压范围标准。
进一步的，所述静态电压稳定分析的结果指标包括负荷节点功率裕度、区域/全网功率裕度、静态电压稳定储备系数以及断面传输功率极限。
进一步的，所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在稳定极限点处进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
进一步的，所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在P-V曲线上任一点进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
进一步的，针对一个功率传输方案，如果***不能满足电压稳定裕度的要求，则需要在薄弱节点制定提升措施。所述步骤S7中措施包括预防控制，如调节有载变压器分接头，发电机运行电压调整，并联电容电抗投切等；紧急控制，如切负荷等；以及规划建议，如加强网架结构、增加本地机组并网等。
与现有技术相比，本发明（1）将电网实时监控***中所采用的稳态计算数据文件处理技术应用到离线分析计算，基于该技术，能够利用已有***数据（SCADA***、负荷预报***、发电计划***、检修计划***）快速生成电压稳定计算用的数据文件，为电网方式安排、规划电网安全水平评估提供便利，省去了人工编制数据文件环节，大大提高工作效率；（2）在电网电压稳定评估过程中，除计算负荷节点功率裕度、区域功率裕度、全网功率裕度以及静态电压稳定储备系数指标外，还重点考虑断面传输功率极限指标，增加了对区域电网输电断面的考虑，延伸了静态电压稳定的考虑范围。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明实施例中稳态计算数据文件形成示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种电网静态电压稳定水平分析方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定水平年方式数据；
步骤S2：形成稳态计算数据文件；
步骤S3：根据步骤S2形成的稳态计算数据本件，进行基本潮流分析计算，若计算结果收敛、潮流分布合理且电压不越限，则进入步骤S4，否则返回步骤S1；
步骤S4：形成预想事故集；
步骤S5：静态电压稳定分析；
步骤S6：薄弱节点识别；
步骤S7：制定提升措施。
在本实施例中，所述步骤S1中所述水平年方式包括年最大负荷方式、年最小负荷方式以及电网各检修方式。较佳的，考虑到一般城市电网在最大负荷方式下，负荷无功需求量较大，末端电压相对较低；而最小负荷方式下，电网无功有剩余，电压相对偏高。所以，一般会重点考虑上述两种运行方式。
在本实施例中，所述步骤S2具体为：利用数据库技术，建立电网CIM模型与BPA模型的对照关系表，然后基于电网E文件，对BPA模型的数据进行快速更新，生成BPA潮流数据文件，进而得到稳态计算数据文件。
在本实施例中，所述步骤S4所述的预想事故集包括电网正常方式与电网故障方式，所述电网故障方式包括直流单极闭锁、直流双极闭锁，对外联络线路N-1、同塔双回N-2，区域内线路N-1、区域内线路N-2，区域内主变N-1。
在本实施例中，所述步骤S5具体包括以下步骤：
步骤S51：设计计算场景；
步骤S52：确定静态电压稳定分析的结果指标；
步骤S53：计算步骤S52中的指标，并判断各裕度指标是否超标，若超标则进入步骤S6，否则，返回步骤S1。
特别的，在本实施例中，场景中需要考虑的内容包含：(1)明确要计算的区域电网范围、区内和区外电网联络线，确定区域电网范围；(2)设定区域电网范围内负荷、发电机组出力增长方式；(3)设定电压范围标准。
在本实施例中，所述静态电压稳定分析的结果指标包括负荷节点功率裕度、区域/全网功率裕度、静态电压稳定储备系数以及断面传输功率极限。
在本实施例中，所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在稳定极限点处进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
在本实施例中，所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在P-V曲线上任一点进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
在本实施例中，针对一个功率传输方案，如果***不能满足电压稳定裕度的要求，则需要在薄弱节点制定提升措施。所述步骤S7中措施包括预防控制，如调节有载变压器分接头，发电机运行电压调整，并联电容电抗投切等；紧急控制，如切负荷等；以及规划建议，如加强网架结构、增加本地机组并网等。
特别的，本实施还提供了以下具体实施过程：
如图2所示，从SCADA***导出历史期间电网典型日E文件、CIM模型，供典型日电网静态电压稳定性分析使用；若要对规划期间的电网进行分析，则除上述的历史期间电网典型日数据文件外，还需要从负荷预报***、发电计划***、检修计划***中导出规划期间对应的结果数据文件。
建立面向BPA数据模型的离线数据库，与BPA模型建立对应表，表中包含：分区、ACBUS、ACLINE、LINEHG、TRAN、DCBUS、DCLINE、串补，等；部分对应关系列举如下。
| BPA数据名称 | 数据库字段命名 |
| B* | AC Bus_Card Key |
| OWNER | AC Bus_Owner |
| Name | AC Bus_Name |
| KV | AC Bus_KV |
| ZONE | AC Bus_Zone |
| LOAD P(MW) | AC Bus_Load P |
| LOAD Q(MVar) | AC Bus_Load Q |
| PMAX(MW) | AC Bus_Pmax |
| PGEN(MW) | AC Bus_PGen |
利用离线数据库，生成电网各种方式下稳态数据文件，然后进行潮流计算。
在稳态数据文件基础上，对所有可能发生的故障进行设定，然后筛选出较为严重的故障进行后续计算。筛选原则：对所有用户设定的故障进行分析，找出那些电压稳定裕度最小的故障。每个故障的电压稳定裕度是指故障前初始运行点的功率传输水平P0和故障后最后一个潮流解存在的运行点的功率传输水平Pn之间的差（Pn－P0）。
静稳分析主要有两种应用方式：区域间一维功率传输、区域内增负荷和增出力.针对区域电网，分别设计好负荷、发电机出力的增长方式，然后对正常方式、故障方式（故障类型来源于故障筛选的结果）下电网进行静态电压稳定计算。
以某地区电网为例，计算结果如下。
（1）负荷节点无功功率裕度大小如下表所示。
| 序号 | 变电站名称 | 110kV侧（Mvar） |
| 1 | A变电站 | -309 |
| 2 | B变电站 | -214 |
| 3 | C变电站 | -144 |
| 4 | D变电站 | -226 |
| 5 | E变电站 | -284 |
（2）区域/全网功率裕度、静态电压稳定储备系数指标如下表所示。
| 故障前 | A站主变N-1 | A站主变N-2 | |
| 初始电压 | 0.98 | 0.9457 | 0.9747 |
| 极限电压 | 0.61 | 0.6295 | 0.8291 |
| 储备系数 | 38% | 33% | / |
| 正常负荷 | 1152 | 1152 | 1152 |
| 极限功率 | 2075 | 1635 | 399 |
| 功率裕度 | 80% | 42% | -65% |
（3）断面传输功率极限如下表所示。
| 故障前 | A断面N-1 | A断面N-2 | |
| 初始电压 | 0.99 | 0.98 | 0.96 |
| 恢复功率 | 4061 | 4058 | 4056 |
| 极限电压 | 0.91 | 0.89 | 0.90 |
| 极限功率 | 6314 | 6092 | 5323 |
| 裕度系数 | 55% | 50% | 31% |
对区域/全网、断面，分别在其极限功率点处，进行模态分析，根据参与因子的大小，确定电网静态电压稳定薄弱点。计算结果如下表所示，薄弱点一般选取参与因子比较大的节点。
| 序号 | 节点名称 | 参与因子 |
| 1 | A变电站10kV母线 | 1.000 |
| 2 | A变电站110kV母线 | 0.966 |
| 3 | B变电站10kV母线 | 0.737 |
| 4 | B变电站110kV母线 | 0.727 |
| 5 | C变电站10kV母线 | 0.560 |
对裕度指标不满足标准要求的电网，通过制定提升措施，直到裕度指标满足要求。比如对受电能力，一般通过调节发电机和SVC电压控制、电容器和电抗器的投入、ULTC分接头调节、切负荷等；断面输电能力，一般通过增加输电线路建设等。
特别的，实施过程中计算分析采用中国电科院BPA软件。
综上所述，本发明首先利用数据库技术，建立电网CIM模型与BPA模型的对照关系表，然后基于电网E文件，对BPA模型数据进行快速更新，生成BPA潮流数据文件，得到稳态计算数据文件。本方法，能够利用已有***数据（SCADA***、负荷预报***、发电计划***、检修计划***）快速生成电压稳定计算用的数据文件，为电网方式安排、规划电网安全水平评估提供便利，省去了人工编制数据文件环节，大大提高工作效率。其次，电压崩溃问题的核心是***无法满足无功需求造成的，其影响因素可能为过分使用并联电容补偿，但是也有可能因为输电断面传输功率超过输送极限导致。本发明提出，在已有方法基础上，增加对输电断面传输功率极限的考虑，除考虑电网供电区域的受电能力外，同时考虑了电网输电通道的输电能力，对电压崩溃分析更透彻。最后，在应用效果方面，本发明更贴合电压崩溃机理，评估结果更接近实际；在源数据处理方面，充分利用已有自动化***，快速生成各种方式下稳态数据文件，省去了人工编制数据文件环节，提高工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：确定水平年方式数据；
步骤S2：形成稳态计算数据文件；
步骤S3：根据步骤S2形成的稳态计算数据本件，进行基本潮流分析计算，若计算结果收敛、潮流分布合理且电压不越限，则进入步骤S4，否则返回步骤S1；
步骤S4：形成预想事故集；
步骤S5：静态电压稳定分析；
步骤S6：薄弱节点识别；
步骤S7：制定提升措施。
2.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S1中所述水平年方式包括年最大负荷方式、年最小负荷方式以及电网各检修方式。
3.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：利用数据库技术，建立电网CIM模型与BPA模型的对照关系表，然后基于电网E文件，对BPA模型的数据进行快速更新，生成BPA潮流数据文件，进而得到稳态计算数据文件。
4.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S4所述的预想事故集包括电网正常方式与电网故障方式，所述电网故障方式包括直流单极闭锁、直流双极闭锁，对外联络线路N-1、同塔双回N-2，区域内线路N-1、区域内线路N-2，区域内主变N-1。
5.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括以下步骤：
步骤S51：设计计算场景；
步骤S52：确定静态电压稳定分析的结果指标；
步骤S53：计算步骤S52中的指标，并判断各裕度指标是否超标，若超标则进入步骤S6，否则，返回步骤S1。
6.根据权利要求5所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述静态电压稳定分析的结果指标包括负荷节点功率裕度、区域/全网功率裕度、静态电压稳定储备系数以及断面传输功率极限。
7.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在稳定极限点处进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
8.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：基于步骤S5静态电压稳定计算的结果，在P-V曲线上任一点进行模态分析，确定***中电压不稳定区域以及丧失稳定的典型特征，进而实现薄弱节点识别。
9.根据权利要求1所述的一种电网静态电压稳定水平分析方法，其特征在于：所述步骤S7中措施包括预防控制、紧急控制以及规划建议。
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