一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，建立了区域化的等效网络，将区域内所有水电站以地区为单位进行等效合并，通过分别研究单个等效变电站与其对应线路增加后，机组出力或负荷改变对主网架的各线路及断面的传输功率影响，分析其改变时的线路灵敏度变化及在断面极限值下区域最多能增加的机组出力百分比，从而为建立在现有网架下同地区内不同区域水电出力的分配方案提供依据。
【专利说明】
一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统及其自动化领域，具体涉及地区内提升各区域水电外送能力 的方法分析和方案制定。
【背景技术】
[0002] 水电是改善我国电源结构及实现电力可持续发展的有效手段。水电相比煤电、风 电等电源，具有安全可靠和调度灵活的优势，从启动到满出力运行一般只需几分钟时间，反 之亦然。所以，绝大部分大中型水电站一般在电力系统中处于峰荷和腰荷，承担频繁的调峰 任务。为了保障整个电力系统调度运行的安全性、经济性和灵活性，水电应在电力系统装机 中维持一定的比例。随着经济社会的不断发展，用电负荷的峰谷差不断拉大，对调峰填谷的 要求越来越高。在这种情况下，水电的优势更加明显。
[0003] 水电作为清洁能源，在环保压力空前严峻的环境下，应优先考虑发展水电，然而区 域水电送出往往受制于多种因素的影响。由于水电有随自然条件、流域及季节性变化的特 征，还受限于网架薄弱及断面影响，负荷特性与水电出力特性不一致，存在较大的偏移。在 水电多发或满发的情况下，本地负荷供应不足，同时水电装机速度大于负荷增长速度，本地 负荷的增长无法消纳装机容量的增长，这就导致了迎峰度夏期间出现了部分电站弃水的现 象，进一步造成了窝电的现象，造成了水资源的浪费，降低了地区的经济效率效益。而在冬 季水电不足的时候，地区本地负荷却很大，需要由火电或者外地供应相应的功率，水电的优 势没有得到充分的发挥。
[0004] 目前国内外对于水电送出能力的研究，较少涉及到地区内不同区域的水电对于主 网架的影响探究。关于通过对地区内不同区域的水电对于线路和断面的数据分析，从而建 立在现有网架下同地区内不同区域水电出力或负荷的分配方案，提高地区水电整体外送能 力，促使地区水电整体的效率效益提升，这方面的研究分析尚未见诸报端。由于水电厂坐落 在地区境内的不同区域内，往往星罗棋布，过于繁杂，单独分析对于网架线路和断面的影响 不明显，而将其集中等效到330kv网站又无法看出其实际分布的具体影响，从而对分析造成 水电送出能力受阻的实际原因和解决办法造成了困难。而只有充分了解不同地域水电改变 负荷或出力对于网架线路，尤其是对制约水电送出能力断面的影响，才能进而提出提高水 电外送能力合理有效的措施，从而解决大规模水电消纳问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0007] 第一步建立区域等效变电站
[0008] 在电力系统分析软件中建立所研究地区内的区域等效变电站，所述区域等效变电 站是将所述地区的划定区域内的水电站等效为一个变电站而得到的，所述划定区域内的水 电站是指与所述地区内的同一升压变电站连接的水电站，所述区域等效变电站的地理位置 设定于所述升压变电站所在地点；
[0009] 第二步建立区域等效变电站与主网的线路联系
[0010] 在电力系统分析软件中建立连接所述地区内各个区域等效变电站与主网对应变 电站之间的线路，所述主网对应变电站是实际网架中主网的与对应升压变电站连接的枢纽 变电站；
[0011] 第三步分别通过对应的区域等效变电站改变所述地区内各个区域水电的出力值 或负荷值，并在每次改变出力值或负荷值后进行潮流运算；
[0012] 第四步根据潮流运算结果，分析区域水电出力值或负荷值改变对主网的各线路及 断面的传输功率的影响以及对线路灵敏度的影响，同时计算给定的断面极限值下区域最多 能增加的机组出力百分比。
[0013] 所述电力系统分析软件采用BPA。
[0014]第二步中，所述线路的长度选取地理接线图中对应连接的升压变电站和枢纽变电 站的实际直线距离，所述线路的电阻标么值和电抗标么值取实际连接线路的一般值。
[0015] 所述区域等效变电站的最大有功出力等于与对应升压变电站连接的水电站在典 型时刻的机组出力之和。
[0016] 所述典型时刻取夏季最大方式或冬季最大方式。
[0017]第三步中，通过将各个划定区域内的水电站的出力等效至对应枢纽变电站，从而 实现采用改变所述区域等效变电站的出力值的方式改变对应区域水电的出力值。
[0018] 所述地区内一个区域等效变电站的出力值改变时，所述地区内其他区域等效变电 站的出力值设为0。
[0019] 第四步中，通过查看电力系统分析软件输出程序中的潮流参数，并与出力值或负 荷值改变前的潮流参数进行对比，得出线路及断面的传输功率变化。
[0020] 本发明的有益效果体现在：
[0021] 本发明提出的基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，是以大规模水电接入 主电网为背景，针对不同区域水电接入同一地区的主网架的不同站点产生的不同影响的 现实问题，建立了区域化的等效网络，将区域内所有水电站以区域为单位进行等效合并，通 过分别研究单个等效变电站与其对应线路增加后，机组出力或负荷改变对主网架的各线路 及断面的传输功率影响，分析其改变时的线路灵敏度变化及在断面极限值下区域最多能增 加的机组出力百分比，从而为建立在现有网架下同地区内不同区域水电出力的分配方案提 供依据。
【附图说明】
[0022]图1是本发明方法的流程框图；
[0023]图2是某地区电网接线示意图；1~7为330kV变电站编号，其中1~4位于地区内，5 ~7位于地区外。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。但本发明具有一般性，适用于一般 情况。
[0025] 参见图1，本发明所述基于网络等效的地区水电外送能力分析方法包括以下步骤：
[0026] 第一步，建立区域等效变电站。在BPA中建立该区域的11 OkV等效变电站，该变电站 的地理位置设定于该区域实际110kV变电站所在地，将电压基准值设为110kV，将等效变电 站的最大有功出力和实际有功出力初始值设为〇。对于该区域内存在的n个水电站(均连接 至上述实际110kV变电站，据此将地区内水电站划定区域），通过整理，得到n个水电站某时 亥IJ(通常取夏季最大方式或冬季最大方式等典型时刻）的机组出力值并全部累加，作为所建 立等效变电站的最大有功出力(Pmx)。
[0027] 第二步，建立区域等效变电站与主网的线路联系。在BPA中建立连接第一步中所述 110kV等效变电站与主网对应变电站之间的110kV线路。为了尽可能地模拟地区电网的实际 情况，主网对应变电站即为实际网架中主网与该区域实际11 OkV变电站连接的330kV变电 站，建立线路的电阻标幺值和电抗标幺值取该地区110kV线路的一般值，建立线路的长度选 取地理接线图中实际11 OkV变电站与主网对应330kV变电站的实际直线距离。
[0028]第三步，改变区域等效变电站的出力值或负荷值。因为BPA中的母线(变电站）只建 立到3 30kV，而11 OkV及以下的水电站的出力被等效为该3 30kV变电站的实际有功出力。故改 变区域的水电出力值，其实是改变所建立的区域等效变电站的出力值(BPA中称为实际有功 出力值）。通过设置实际有功出力(P)的数值，改变该区域水电实际接入电网的出力值，该区 域水电实际出力百分比a表示如下：
[0030] 第四步，分析出力值或负荷值的改变对主网架的各线路及断面的传输功率影响。 通过查看BPA输出程序中的潮流参数，与出力值或负荷值改变前进行对比，得出线路、断面 的传输功率变化；同时，分析出力值或负荷值改变对线路灵敏度的影响及在断面极限值下 区域最多能增加的机组出力百分比。
[0031] 工程实际中可基于上述基本分析方法，建立在现有网架下同地区内不同区域水电 出力的分配方案，有助于提高决策的科学性和有效性，有效解决水电送出能力的问题，提升 地区电网传输的效率效益。
[0032]应用实例
[0033] 现研究某地区水电送出受阻的原因，分析该地区不同区域接入水电对于主网的影 响。该地区内有330kV的变电站四座，分别为图2中的编号为1、2、3、4的四座330kV的变电站。 该地区下设多个区域，其中A、B、C为3个水电较为集中的重点区域，需要考虑其接入对于主 网的影响。该地区水电外送主要受到1一一2、4一一3三回线断面的限制（限制为1100MW)，以 及1 2、3 2二回线断面的限制(限制为880丽)。
[0034]由于A、B、C三个区域内利用传统方法无法判断各区域对于主网的影响，下面用上 述基于网络等效的地区水电外送能力分析方法进行分析。
[0035]首先，将A、B、C区域内的小水电数据进行整理，仅以A区域举例说明过程。
[0036]表1. A区域小水电机组夏季最大方式下出力情况
[0038] 第一步，A区域共有小水电站7座(n = 7)，每个水电站机组出力不等，由表1得机组 出力总和为178MW，将其等效为一个110kV的变电站，在BPA中建立一个母线卡，并命名为变 电站A，设置变电站A最大有功出力为178MW，实际有功出力初始值设为0,变电站A设定于A区 域实际11 OkV变电站所在地。按照上述方法，在BPA中建立命名为变电站B和变电站C的母线 卡。此外，在BPA中建立如图2中所示的基于7座330kV变电站的主网结构。
[0039]第二步，建立区域等效变电站连接主网的线路。在BPA中建立一个线路卡，为了尽 可能地模拟地区电网的实际情况，连接变电站A与主网对应的330kV变电站的11 OkV接口，即 为图2中的编号为3的3 30kV变电站。线路的电阻标幺值Rl和电抗标幺值Xl取该11 OkV线路的 一般值:Rl = 0.03223，Xl = 0.12416。
[0040]建立线路的长度选取地理接线图中A区域内实际110kV变电站与主网对应变电站 (编号为3的330kV变电站)的实际直线距离(90km)。
[0041 ]按照上述方法，在BPA中建立变电站B、C连接主网的线路。
[0042]至此，110kV区域等效变电站及其与主网的连接线路已搭建完毕。
[0043]第三步，在给定的用电负荷下(所述用电负荷取夏季最大方式下的负荷值），设置 区域等效变电站的出力值。下面为探究区域水电出力达到105%时对于地区内的线路及网 架的影响。故设置实际有功出力的数值，以区域A为例，即将变电站A的实际有功出力设置为 178MWX5%=8.9MW。
[0044]第四步，分析出力值的改变对主网架的各线路及断面的传输功率影响。通过查看 BPA输出程序中的潮流参数，与出力值改变前进行对比，得出线路、断面的传输功率变化。分 析出力值改变对线路灵敏度的影响及在断面极限值下区域最多能增加的机组出力百分比。 [0045]通过BPA程序进行潮流运算，分别计算原始潮流分布和在BPA中增加 A区域的等效 变电站及其与主网的连接线路后的潮流分布，并进行对比，具体数据结果见表2和表3。
[0046]通过对比表2和表3的数据可以清晰地看到增加A区域水电出力值对于网架线路及 断面的传输功率产生影响。1-2线路、2-3线路、3-4线路的传输功率均发生了一定的变化，其 中1-2线路对于A区域水电出力增加最为敏感。而对于断面而言，可以看到增加A区域水电出 力对1--2、3--2三回线断面没有影响，对1--2、4--3三回线断面的传输功率有了较 为明显的提升，这说明提升该区域的水电出力能够提高该地区向外的传输功率，从而提升 水电外送能力，提高本地区的效益效率。
[0047]同理，分析在BPA中分别加入B、C两个区域等效变电站对于网架和线路的影响。分 析结果见表4、表5
[0048]通过对比表4、表5与表2的数据，可以看到增加 B、C区域水电出力值对于网架线路 及断面的传输功率产生了不同的影响。
[0049] 第五步，通过第四步中的数据分析，建立在现有网架下同地区内不同区域水电出 力的分配方案。
[0050] 可以看到，就断面而目，增加A区域水电出力值对1 2、3 2二回线断面没有 影响，对1一一2、4一一3三回线断面的传输功率有了较为明显的提升，这说明提升该区域的 水电出力能够提高该地区向外的传输功率，从而提升水电外送能力，提高本地区的效益效 率，且不受到1一一2、3-一2三回线断面的约束，但受到1一一2、4一一3三回线断面的约束 相对较大。增加B区域的水电出力值对该地区两个断面的传输功率都有所抬升。因此在相同 情况下，可不考虑过多增加该区域水电出力，以免对于断面造成过大的负担。而多接入C区 域的水电，提高出力值对该地区两个断面的传输功率都没有影响。这说明了在相同条件下 可多接入C区域的水电出力值，从而大幅提升C区域的水电利用效率，并提高了水电的外送 能力。
[0051 ]表2.夏季最大方式下断面及线路情况
[0053]表3?夏季最大方式下断面及线路情况(A出力+5%)
[0056]表4?夏季最大方式下断面及线路情况(B出力+5%)
[0058]表5?夏季最大方式下断面及线路情况(C出力+5%)
[0061]通过实例检验，本发明能够明显提高地区水电整体外送能力，提升地区水电的效 率效益。
【主权项】
1. 一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于:包括以下步骤： 第一步建立区域等效变电站 在电力系统分析软件中建立所研究地区内的区域等效变电站，所述区域等效变电站是 将所述地区的划定区域内的水电站等效为一个变电站而得到的，所述划定区域内的水电站 是指与所述地区内的同一升压变电站连接的水电站，所述区域等效变电站的地理位置设定 于所述升压变电站所在地点； 第二步建立区域等效变电站与主网的线路联系 在电力系统分析软件中建立连接所述地区内各个区域等效变电站与主网对应变电站 之间的线路，所述主网对应变电站是实际网架中主网的与对应升压变电站连接的枢纽变电 站； 第三步分别通过对应的区域等效变电站改变所述地区内各个区域水电的出力值或负 荷值，并在每次改变出力值或负荷值后进行潮流运算； 第四步根据潮流运算结果，分析区域水电出力值或负荷值改变对主网的各线路及断面 的传输功率的影响以及对线路灵敏度的影响，同时计算给定的断面极限值下区域最多能增 加的机组出力百分比。2. 根据权利要求1所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 所述电力系统分析软件采用BPA。3. 根据权利要求1所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 第二步中，所述线路的长度选取地理接线图中对应连接的升压变电站和枢纽变电站的实际 直线距离，所述线路的电阻标么值和电抗标么值取实际连接线路的一般值。4. 根据权利要求1所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 所述区域等效变电站的最大有功出力等于与对应升压变电站连接的水电站在典型时刻的 机组出力之和。5. 根据权利要求4所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 所述典型时刻取夏季最大方式或冬季最大方式。6. 根据权利要求1所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 第三步中，通过将各个划定区域内的水电站的出力等效至对应枢纽变电站，从而实现采用 改变所述区域等效变电站的出力值的方式改变对应区域水电的出力值。7. 根据权利要求6所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 所述地区内一个区域等效变电站的出力值改变时，所述地区内其他区域等效变电站的出力 值设为0。8. 根据权利要求1所述一种基于网络等效的地区水电外送能力分析方法，其特征在于： 第四步中，通过查看电力系统分析软件输出程序中的潮流参数，并与出力值或负荷值改变 前的潮流参数进行对比，得出线路及断面的传输功率变化。
【文档编号】G06Q10/06GK105894195SQ201610201143
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】严欢, 别朝红, 李泽文, 吕家君, 朱岸明, 魏磊, 姜宁
【申请人】国家电网公司, 国网陕西省电力公司经济技术研究院, 西安交通大学