一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法。


背景技术：

2.静态无功承担无功分层分区平衡的基础补偿作用，满足电网在不同运行方式下对容性无功补偿和感性无功补偿的基础需求，动态无功补偿主要用于提升对电网系统的动态无功支撑能力，其中，220kv及以上电压等级电网的动态无功补偿，主要用于提供电网系统暂态过程中的动态无功支撑，减少馈入直流换相失败风险、提升电网电压稳定水平；110kv及以下电压等级电网的动态无功补偿主要用于改善用户的电压质量，并参与基础的无功平衡调控。
3.因此，需要对多直流馈入电网进行多电压等级静动态无功补偿配置研究，以满足电网运行要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法，以实现多直流馈入电网的多电压等级静、动态无功补偿容量的配置，为合理规划多直流馈入电网的无功配置等问题提供参考判断依据。
5.为实现上述目的，本发明实施例提出一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法，包括如下步骤：
6.步骤s10、确定电网信息；
7.步骤s20、在电网大负荷方式下，基于所述电网信息进行无功平衡分析确定电网对静态容性无功补偿的最大需求，并按照分层分区平衡的原则，配置电网静态容性无功补偿初始容量；
8.步骤s30、在电网小负荷方式下，基于所述电网信息进行确定电网对静态感性无功补偿的最大需求，并按照分层分区平衡的原则，配置电网静态感性无功补偿初始容量；
9.步骤s40、基于所述电网信息、所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量，对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行静态n
‑
1开断分析以校核电网无功电压是否满足运行要求；若是，则输出所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量作为最终的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量，若否，则对所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量进行调整，直至电网无功电压满足运行要求，并输出满足运行要求的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量作为最终的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量；
10.步骤s50、基于所述电网信息，对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行暂态n
‑
1和暂态n
‑
2稳定校核，并结合故障对直流运行的影响确定系统动态无功支撑的薄弱环节，配置动态无功补偿装置的初始容量；
11.步骤s60、基于所述电网信息和所述动态无功补偿装置的初始容量，再次对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行暂态n
‑
1和暂态n
‑
2稳定校核以确定电网无功电压是否满足稳定性要求；若是，则输出所述动态无功补偿装置的初始容量作为最终的动态无功补偿装置的容量，若否，则对动态无功补偿装置的初始容量进行调整，直至电网无功电压满足稳定性要求，并输出满足稳定性要求的动态无功补偿装置的容量作为最终的动态无功补偿装置的容量；
12.步骤s70、对接入电网的直流进行单极闭锁和双极闭锁校核，根据校核结果确定电网是否存在动态无功支撑的薄弱环节，若存在，则对动态无功补偿容量进行调整直至不存在动态无功支撑的薄弱环节，并输出动态无功补偿初步配置方案；若不存在，则输出动态无功补偿配置方案。
13.优选地，所述步骤s70，具体包括：
14.输出动态无功补偿配置方案包括多个动态无功补偿配置方案；
15.所述方法还包括：
16.步骤s80、计算所述多个动态无功补偿配置方案的经济指标值，并根据所述经济指标值选择经济指标值最优的一个方案作为最终的动态无功补偿配置方案。
17.优选地，所述经济指标值的计算如下：
[0018][0019]
其中，k
动态
为配置的动态无功补偿配置方案的经济指标值，r
投资
为配置的动态无功补偿方案所产生的成本，q
动态
为配置的动态无功补偿配置方案。
[0020]
优选地，所述步骤s20，具体包括：
[0021]
330kv及以上电压等级变电站容性无功补偿容量按照主变压器容量的10％～20％配置，即q
静态高c
＝s
e高
*(0.1～0.2)；其中，q
静态高c
为330kv及以上电压等级变电站容性无功补偿容量，s
e高
为系统330kv及以上变电站主变容量；
[0022]
220kv及以下变电站容性无功补偿容量为：q
静态低c
＝1.15q
d
‑
q
g
‑
q
r
‑
q
l
；其中，q
d
为电网最大自然无功负荷，q
g
为电网发电机的无功功率，q
r
为主网和相邻电网输入的无功功率，q
l
为线路和电缆的充电功率。
[0023]
优选地，所述步骤s30，具体包括：
[0024]
电网静态感性无功补偿初始容量为q
静r
＝q
l
‑
q
c
；
[0025]
其中，q
静r
为电网静态感性无功补偿初始容量，q
c
为线路和变压器的无功损耗，q
l
为线路的充电功率，i
*
为线路或变压器的电流标幺值，x为线路电抗或变压器漏抗，s
b
为基准容量，u
*
为线路电压标幺值，b为电缆电纳。
[0026]
本发明实施例提出了静态无功补偿、动态无功补偿容量之间的协调配置方法，实现了多直流馈入电网的多电压等级静、动态无功补偿容量的配置，能够满足电网在不同运行方式下对容性无功补偿和感性无功补偿的基础需求，提升对电网系统的动态无功支撑能力，能够为合理规划多直流馈入电网的无功配置等问题提供参考判断依据。
[0027]
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1为本发明实施例中一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法的流程图。
[0030]
图2为本发明实施例中一种电网结构示意图。
[0031]
图3为本发明实施例中图2的电网结构在bus8
‑
bus9线路bus8侧发生n
‑
2故障后直流zl1正极功率的示意图。
[0032]
图4为本发明实施例中图2的电网结构直流zl1发生双极闭锁故障后引起bus14母线110侧电压低电压悬浮的示意图。
具体实施方式
[0033]
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0034]
如图1所示为本发明实施例提出的一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法的简化流程图，参阅图1，本发明实施例的方法包括如下步骤：
[0035]
步骤s10、确定电网信息；
[0036]
具体而言，所述电网信息指的是基于当前和远景规划，确定电网研究目标年的网架、负荷水平、开机等基础边界条件；
[0037]
步骤s20、在电网大负荷方式下，基于所述电网信息进行无功平衡分析确定电网对静态容性无功补偿的最大需求，并按照分层分区平衡的原则，配置电网静态容性无功补偿初始容量；
[0038]
具体地，电网整体的无功补偿q
补
，其计算公式为：
[0039]
q
补
＝q
静态c
+q
静态r
+q
动态
[0040]
其中，q
静态c
为静态容性无功补偿容量，q
静态r
为静态感性无功补偿容量，
[0041]
q
动态
为动态无功补偿容量。
[0042]
q
静态c
＝q
静态高c
+q
静态低c
[0043]
其中，q
静态高c
为330kv及以上电压等级静态容性无功补偿容量，q
静态低c
为220kv及以下电压等级静态容性无功补偿容量；
[0044]
具体地，330kv及以上电压等级变电站容性无功补偿容量按照主变压器容量的10％～20％配置，即q
静态高c
＝s
e高
*(0.1～0.2)；其中，q
静态高c
为330kv及以上电压等级变电站容性无功补偿容量，s
e高
为系统330kv及以上变电站主变容量；
[0045]
具体地，35～220kv变电站配置的无功补偿装置，在高峰负荷及低谷负荷情况下，高压侧功率因数应满足以下条件：在高峰负荷时cosφ≥0.95，在低谷负荷时cosφ≤0.95；
[0046]
220kv及以下变电站容性无功补偿容量为：q
静态低c
＝1.15q
d
‑
q
g
‑
q
r
‑
q
l
；其中，q
d
为电
网最大自然无功负荷，q
g
为电网发电机的无功功率，q
r
为主网和相邻电网输入的无功功率，q
l
为线路和电缆的充电功率；
[0047]
步骤s30、在电网小负荷方式下，基于所述电网信息进行确定电网对静态感性无功补偿的最大需求，并按照分层分区平衡的原则，配置电网静态感性无功补偿初始容量；
[0048]
具体而言，电网中35kv～220kv及以上电压等级主变压器低压侧并联电抗器的作用主要是补偿超高压输电线路的剩余充电功率；即，本实施例中电网静态感性无功补偿容量指的是35kv～220kv及以上电压等级静态感性无功补偿容量；
[0049]
具体地，电网静态感性无功补偿容量为q
静r
＝q
l
‑
q
c
；
[0050]
其中，q
静r
为电网静态感性无功补偿容量，q
c
为线路和变压器的无功损耗，q
l
为线路的充电功率，i
*
为线路或变压器的电流标幺值，x为线路电抗或变压器漏抗，s
b
为基准容量，u
*
为线路电压标幺值，b为电缆电纳。
[0051]
步骤s40、基于所述电网信息、所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量，对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行静态n
‑
1开断分析以校核电网无功电压是否满足运行要求；若是，则输出所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量作为最终的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量，若否，则对所述静态容性无功补偿初始容量和所述静态感性无功补偿初始容量进行调整，直至电网无功电压满足运行要求，并输出满足运行要求的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量作为最终的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量；
[0052]
步骤s50、基于所述电网信息，对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行暂态n
‑
1和暂态n
‑
2稳定校核，并结合故障对直流运行的影响确定系统动态无功支撑的薄弱环节，配置动态无功补偿装置的初始容量；
[0053]
具体而言，可以基于电网大负荷方式进行暂态n
‑
1稳定校核和暂态n
‑
2稳定校核，再基于电网小负荷方式进行暂态n
‑
1稳定校核和暂态n
‑
2稳定校核；暂态n
‑
1稳定校核和暂态n
‑
2稳定校核为电网的常规安全校核方式，因此此处不进行赘述；所述动态无功补偿装置例如是电网中的调相机、svc、statcom(svg)等动态无功补偿装置；
[0054]
步骤s60、基于所述电网信息和所述动态无功补偿装置的初始容量，再次对电网大负荷方式和小负荷方式分别进行暂态n
‑
1和暂态n
‑
2稳定校核以确定电网无功电压是否满足稳定性要求；若是，则输出所述动态无功补偿装置的初始容量作为最终的动态无功补偿装置的容量，若否，则对动态无功补偿装置的初始容量进行调整，直至电网无功电压满足稳定性要求，并输出满足稳定性要求的动态无功补偿装置的容量作为最终的动态无功补偿装置的容量；
[0055]
步骤s70、对接入电网的直流进行单极闭锁和双极闭锁校核，根据校核结果确定电网是否存在动态无功支撑的薄弱环节，若存在，则对动态无功补偿容量进行调整直至不存在动态无功支撑的薄弱环节，并输出动态无功补偿初步配置方案；若不存在，则输出动态无功补偿配置方案；其中，输出动态无功补偿配置方案可以包括一个或多个动态无功补偿配置方案；
[0056]
步骤s80、如果有多个动态无功补偿配置方案，则计算所述多个动态无功补偿配置方案的经济指标值，并根据所述经济指标值选择经济指标值最优的一个方案作为最终的动态无功补偿配置方案。
[0057]
具体地，所述经济指标值的计算如下：
[0058][0059]
其中，k
动态
为配置的动态无功补偿配置方案的经济指标值，r
投资
为配置的动态无功补偿方案所产生的成本，q
动态
为配置的动态无功补偿配置方案；
[0060]
需说明的是，本发明实施例中通过对比不同无功补偿配置方案的动态无功补偿配置的经济指标，选取经济指标较大的方案，以得到经济效益最大化的无功补偿配置方案。
[0061]
本发明实施例提出了静态无功补偿、动态无功补偿容量之间的协调配置方法，实现了多直流馈入电网的多电压等级静、动态无功补偿容量的配置，能够满足电网在不同运行方式下对容性无功补偿和感性无功补偿的基础需求，提升对电网系统的动态无功支撑能力，能够为合理规划多直流馈入电网的无功配置等问题提供参考判断依据。
[0062]
下面以图2的电网结构为例进行本发明实施例的静动态无功配置方法介绍；
[0063]
基于当前和远景规划，选取夏大方式及夏小方式；
[0064]
在大负荷方式下，先通过公式计算得到静态容性无功补偿的大致区间，再按照分层分区平衡的原则确定各主变具体的静态容性无功补偿容量。
[0065]
系统高压变电站静态容性无功补偿容量的计算公式为：
[0066]
q
静高c
＝s
e高
*(0.1～0.2)
[0067]
系统低压变电站静态容性无功补偿容量的计算公式为：
[0068]
q
静态低c
＝1.15q
d
‑
q
g
‑
q
r
‑
q
l
[0069]
对大负荷方式进行无功平衡分析，调整低压电容器配置容量，直到满足无功要求；
[0070]
在小负荷方式下，先通过公式计算得到静态感性无功补偿的大致区间，再按照分层分区平衡的原则确定各主变具体的静态感性无功补偿容量。
[0071]
系统静态感性无功补偿容量的计算公式为：
[0072]
q
静r
＝q
l
‑
q
c
[0073][0074][0075]
对小负荷方式进行无功平衡分析，调整低压电抗器配置容量，直到满足无功要求；
[0076]
基于静态无功配置的结果，对电网大负荷方式和小负荷方式进行静态n
‑
1开断分析，校核电网电压是否满足运行规定的要求，对静态容性无功补偿初始容量和静态感性无功补偿初始容量进行调整和修正，确定最终的静态容性无功补偿容量和静态感性无功补偿容量。
[0077]
在不同方式下，对电网进行暂态n
‑
1和n
‑
2稳定校核，结合故障对直流运行的影响确定系统动态无功支撑的薄弱环节，配置调相机、svc、statcom(svg)等动态无功补偿装置的初始容量。
[0078]
bus8
‑
bus9线路bus8侧发生n
‑
2故障后，会引起直流zl1发生连续换相失败，故障后直流zl1正极功率如图3所示，在bus14安装容量15mvar的svg装置可以将直流zl1换相失败次数从三次降到一次。
[0079]
再次进行暂态稳定，直至满足系统稳定水平的要求；
[0080]
对接入电网的直流进行单极闭锁和双极闭锁校核，确定系统可能存在的其他动态无功支撑的薄弱环节，对动态无功补偿容量进行调整和修正，得到动态无功补偿初步配置方案；
[0081]
直流zl1发生双极闭锁故障后，会引起bus14母线110侧电压低电压悬浮如图4所示，在bus6安装容量15mvar的svc装置可以将bus14母线110侧电压从0.4p.u.提高到1p.u.；
[0082]
计算动态无功补偿初步配置方案的经济指标，得到经济指标最优的方案。
[0083]
在本例子中，提出两个动态无功优化配置方案，第一个方案是在bus14安装容量15mvar的svg装置、在bus6安装容量15mvar的svc装置，第二个方案是在bus14安装容量20mvar的svg装置、在bus6安装容量10mvar的svc装置，计算这两个方案的经济指标k
动态
，第一个方案为8.333，第二个方案为10，因此选用优化方案1更为经济合理。
[0084]
基于以上内容，最终得到多直流馈入电网的多电压等级静、动态无功的综合配置方案。
[0085]
表1 2种无功配置方案对比
[0086][0087]
表2采用多直流馈入电网的多电压等级静动态无功的综合配置方案的某电网无功配置方案(mvar)
[0088]
[0089]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。