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基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201310121617.4

申请日:

2013.04.09

公开号:

CN103178554B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||著录事项变更IPC(主分类):H02J 4/00变更事项:申请人变更前:国家电网公司变更后:国家电网公司变更事项:地址变更前:100031 北京市西城区西长安街86号变更后:100031 北京市西城区西长安街86号变更事项:申请人变更前:武汉大学 湖北省电力公司电力经济技术研究院变更后:武汉大学 国网湖北省电力公司经济技术研究院|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 4/00申请日:20130409|||公开
IPC分类号: H02J4/00 主分类号: H02J4/00
申请人: 国家电网公司; 武汉大学; 国网湖北省电力公司经济技术研究院
发明人: 黄涌; 刘涤尘; 吴军; 董飞飞; 赵红生; 赵一婕; 潘旭东; 王浩磊
地址: 100031 北京市西城区西长安街86号
优先权:
专利代理机构: 武汉荆楚联合知识产权代理有限公司 42215 代理人: 王健
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310121617.4

授权太阳城集团号:

太阳城集团103178554B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.07|||2014.12.17|||2013.07.24|||2013.06.26

法律状态类型:

太阳城集团授权|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,本发明方法分别基于频率响应特性分析、静态电压稳定分析和暂态能量函数分析评估大区电网间的容量交换能力,对比满足频率响应特性、静态电压稳定以及暂态能量函数约束的交换容量极限,确定约束电力系统容量交换能力的决定因素,继而得到基于多重约束的大区电网间的交换容量极限,并以所得交换容量极限指导区间容量分配方案的制定与优化。

权利要求书

权利要求书
1.   一种基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于,包括步骤:
步骤1,在电力系统的频率响应特性识别与预测基础上评估大区电网间的交换容量极限Smaxf,并将评估过程中获得的有效扰动作为电力系统基于暂态能量函数分析的整体容量变化范围的约束;所述的有效扰动根据电力系统在初始容量交换状态下的最大扰动和工程经验设置,其中,最大扰动为不同交换容量运行方式下电力系统扰动后暂态频率偏差的最大值达到暂态频率偏差允许的最大值的有功扰动;
步骤2,基于静态电压稳定性分析评估大区电网间的交换容量极限SmaxV,并将评估过程中获得的薄弱传输通道和电压敏感节点作为电力系统的基于暂态能量函数的有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据;
步骤3,基于步骤1和步骤2获取的约束条件构建电力系统的基于暂态能量函数分析的有效等值模型,并获得满足暂态能量函数约束的大区电网间的交换容量极限SmaxT;
步骤4,根据步骤1~3所得大区电网间的交换容量极限获得多重约束条件下的交换容量极限Smax=min{Smaxf,SmaxV,SmaxT}。

2.   如权利要求1所述的基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于:
所述的在电力系统的频率响应特性识别与预测基础上评估大区电网间的交换容量极限Smaxf进一步包括以下子步骤:
1‑1分别对不同交换容量运行方式下电力系统的频率响应特性系数随渐变有功扰动的变化趋势进行拟合,获得各不同交换容量对应的频率响应特性系数‑有功扰动曲线;
1‑2根据频率响应特性系数‑有功扰动曲线和预设的电力系统扰动后的暂态频率偏差允许的最大值预测各不同交换容量对应的频率偏差限制点,所述的频率偏差限制点对应的有功扰动即为该频率偏差限制点对应的交换容量运行方式下电力系统可承受的最大功率扰动,对最大功率扰动随交换容量的变化趋势进行拟合,获得最大功率扰动‑交换容量曲线,其中,暂态频率偏差允许的最大值根据电力系统交换容量的大小进行预设;
1‑3根据最大功率扰动‑交换容量曲线和有效扰动获得大区电网间的交换容量极限Smaxf。

3.   如权利要求2所述的基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于:
所述的频率响应特性系数其中P0、f0分别为正常运行时电力系统的功率和频率,ΔP为有功扰动,Δf'为暂态频率偏差的最大值。

4.   如权利要求2所述的基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于:
所述的频率偏差限制点为过原点且斜率为1/Δfe的直线与频率响应特性系数‑有功扰动曲线的交点,Δfe为电力系统扰动后的暂态频率偏差允许的最大值。

5.   如权利要求1所述的的基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于:
所述的基于静态电压稳定性分析评估大区电网间的交换容量极限SmaxV进一步包括以下子步骤:
2‑1采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度分析方法获取电力系统的电压敏感节点;
2‑2对电压敏感节点的电压变化比灵敏度随交换容量的变化趋势进行样条插值,对样条插值所得离散值进行非齐次指数函数拟合后求导,获得电压变化比灵敏度的变化率曲线;
2‑3以电压稳定临界点为判别条件获得大区电网间的交换容量极限,具体为:基于电压变化比灵敏度曲线的切线斜率寻找电压稳定临界点,所得电压稳定临界点对应的交换容量即为大区电网间的交换容量极限。

6.   如权利要求1所述的的基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,其特征在于:
步骤3进一步包括以下子步骤:
3‑1以步骤1获取的有效扰动作为整体容量变化范围的约束,以步骤2获得的薄弱传输通道和电压敏感节点作为有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据,构建电力系统的基于暂态能量函数的有效等值模型;
3‑2基于暂态能量函数获取有效等值模型在不同交换容量运行方式下的暂态能量、临界暂态能量和最大暂态能量,从而得到有效等值模型在各不同交换容量运行方式下对应的暂态能量裕度;
3‑3获得暂态能量裕度随渐变交换容量的变化曲线,根据暂态能量裕度临界值获得大区电网间的交换容量极限,所述的暂态能量裕度临界值根据工程经验设定。

说明书

说明书基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法
技术领域
本发明属于电力系统的安全技术运行领域,更具体地涉及基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法。
背景技术
“十二五”期间,随着“三华”特高压电网的逐步建成,华北、华中和华东电网间的大容量的功率交换对“三华”特高压电网的安全和稳定带来影响。其中华中电网作为华北‑华中特高压交流互联系统的落点,同时作为华中‑华东特高压交/直流混合互联系统的起点,存在较大容量的过网功率。大区电网间输电断面传输容量大、传输距离长,一旦特高压线路发生故障或者由于大区外故障导致输电断面交换容量短太阳城集团内发生突变,都将对“三华”电网系统及大区电网间输电断面发生较大冲击,可能导致特高压落点近区电压跌落甚至电压崩溃,威胁电网安全稳定运行。因此,对大区电网间交换容量极限进行评估,对特高压交直流混合传输系统的大区电网的安全稳定运行具有十分重要的理论与技术指导作用,同时对我国特高压互联的坚强智能电网建设具有重要的实用价值与意义。而依据传统离线仿真计算及分析的方法是无法定性及定量地计算出受端系统可承受的交换容量极限的,必须寻找能够反映系统随交换容量改变的动态调节特性及其变化趋势的新分析方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种可定量评估大区电网间交换容量极限的、基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
基于多重约束的大区电网间交换容量极限评估方法,包括步骤:
步骤1,在电力系统的频率响应特性识别与预测基础上评估大区电网间的交换容量极限Smaxf,并将评估过程中获得的有效扰动作为电力系统基于暂态能量函数分析的整体容量变化范围的约束;所述的有效扰动根据电力系统在初始容量交换状态下的最大扰动和工程经验设置,其中,最大扰动为不同交换容量运行方式下电力系统扰动后暂态频率偏差的最大值达到暂态频率偏差允许的最大值的有功扰动;
步骤2,基于静态电压稳定性分析评估大区电网间的交换容量极限SmaxV,并将评估过程中获得的薄弱传输通道和电压敏感节点作为电力系统的基于暂态能量函数的有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据;
步骤3,基于步骤1和步骤2获取的约束条件构建电力系统的基于暂态能量函数分析的有效等值模型,并获得满足暂态能量函数约束的大区电网间的交换容量极限SmaxT;
步骤4,根据步骤1~3所得大区电网间的交换容量极限获得多重约束条件下的交换容量极限Smax=min{Smaxf,SmaxV,SmaxT}。
步骤1中所述的在电力系统的频率响应特性识别与预测基础上评估大区电网间的交换容量极限Smaxf进一步包括以下子步骤:
1‑1分别对不同交换容量运行方式下电力系统的频率响应特性系数随渐变有功扰动的变化趋势进行拟合,获得各不同交换容量对应的频率响应特性系数‑有功扰动曲线;
1‑2根据频率响应特性系数‑有功扰动曲线和预设的电力系统扰动后的暂态频率偏差允许的最大值预测各不同交换容量对应的频率偏差限制点,所述的频率偏差限制点对应的有功扰动即为该频率偏差限制点对应的交换容量运行方式下电力系统可承受的最大功率扰动,对最大功率扰动随交换容量的变化趋势进行拟合,获得最大功率扰动‑交换容量曲线,其中,暂态频率偏差允许的最大值根据电力系统交换容量的大小进行预设;
1‑3根据最大功率扰动‑交换容量曲线和有效扰动获得大区电网间的交换容量极限Smaxf。
子步骤1‑1中所述的频率响应特性系数其中P0、f0分别为正常运行时电力系统的功率和频率,ΔP为有功扰动,Δf'为暂态频率偏差的最大值。
子步骤1‑2中所述的频率偏差限制点为过原点且斜率为1/Δfe的直线与频率响应特性系数‑有功扰动曲线的交点,Δfe为电力系统扰动后的暂态频率偏差允许的最大值。
步骤2中所述的基于静态电压稳定性分析评估大区电网间的交换容量极限SmaxV进一步包括以下子步骤:
2‑1采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度分析方法获取电力系统的电压敏感节点;
2‑2对电压敏感节点的电压变化比灵敏度随交换容量的变化趋势进行样条插值,对样条插值所得离散值进行非齐次指数函数拟合后求导,获得电压变化比灵敏度的变化率曲线;
2‑3以电压稳定临界点为判别条件获得大区电网间的交换容量极限,具体为:基于电压变化比灵敏度曲线的切线斜率寻找电压稳定临界点,所得电压稳定临界点对应的交换容量即为大区电网间的交换容量极限。
步骤3进一步包括以下子步骤:
3‑1以步骤1获取的有效扰动作为整体容量变化范围的约束,以步骤2获得的薄弱传输通道和电压敏感节点作为有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据,构建电力系统的基于暂态能量函数的有效等值模型;
3‑2基于暂态能量函数获取有效等值模型在不同交换容量运行方式下的暂态能量、临界暂态能量和最大暂态能量,从而得到有效等值模型在各不同交换容量运行方式下对应的暂态能量裕度;
3‑3获得暂态能量裕度随渐变交换容量的变化曲线,根据暂态能量裕度临界值获得大区电网间的交换容量极限,所述的暂态能量裕度临界值根据工程经验设定。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
1、本发明通过识别与预测电力系统的频率响应特性系数,在频率响应特性分析的基础上评估系统容量交换能力,并将有效扰动作为基于暂态能量函数分析的整体容量变化范围的约束;
2、本发明采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度方法进行大区电网间容量交换能力评估,通过静态电压稳定性分析得到的系统薄弱通道和敏感节点可以作为暂态能量函数分析的有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据;
3、本发明依据频率响应特性分析和静态电压稳定分析的约束初始条件进行有效等值模型建立及暂态能量函数计算,使用暂态能量函数指标对系统交换容量极限进行分析计算;
4、本发明分析交换容量变化对系统稳定性的影响,进而基于频率响应特性分析、静态电压稳定分析、以及暂态能量函数分析的多重约束的稳定性指标对大区电网间容量交换能力进行评估,确定在不同运行方式下大区电网对外交换容量的限制,并以此来指导区间容量分配方案的制定与优化。
附图说明
图1为本发明具体实施的流程图;
图2为本发明中频率响应特性系数‑有功扰动曲线(K‑ΔP曲线)和获取频率偏差限制点的示意图;
图3为本发明中最大功率扰动‑交换容量曲线(ΔP’‑S曲线)和交换容量极限评估示意图;
图4为本实施例中“三华”电网2012年规划模型的主干网架图;
图5为本实施例中“三华”电网2012年规划模型的电压变化比灵敏度曲线插值和拟合示意图;
图6为本实施例中“三华”电网2012年规划模型的电压变化比灵敏度的变化率曲线拟合图;
图7为本实施例中“三华”电网2012年规划模型的暂态能量裕度随交换容量变化的趋势图。
具体实施方式
本发明包括如下四大步骤:
(一)通过识别与预测电力系统的频率响应特性系数,在频率响应特性分析的基础上评估大区电网间的容量交换能力,并将有效扰动作为基于暂态能量函数分析的整体容量变化范围的约束。
基于频率响应特性进行交换容量极限评估的一种具体方案如下:
(1)采用最小二乘法对对不同交换容量运行方式下仿真得到的频率响应特性系数随渐变有功扰动的变化趋势进行曲线拟合,获得频率响应特性系数‑有功扰动曲线。
(2)依据拟合得到的频率响应特性系数‑有功扰动曲线预测不同交换容量下的频率偏差限制点,利用最小二乘法对不同交换容量下的频率偏差限制点对应的有功扰动进行曲线拟合,得到最大功率扰动随递增交换容量的变化趋势,即最大功率扰动‑交换容量曲线(ΔP’‑S曲线),ΔP’表示最大功率扰动,S表示交换容量。频率偏差限制点对应的有功扰动即为该频率偏差限制点对应的交换容量运行方式下系统可承受的最大功率扰动。
(3)拟合得到的ΔP’‑S曲线上有效扰动对应的横坐标即为大区电网间的交换容量极限Smaxf。
本具体实施中,对有效扰动的定义如下:
若设置不同容量交换方式下的最大功率扰动为使电力系统扰动后暂态频率偏差的最大值达到暂态频率偏差允许的最大值的有功扰动,则有效扰动为电力系统在初始容量交换状态下最大功率扰动的90%。
(二)本发明采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度分析方法评估大区电网间的容量交换能力,并将根据静态电压稳定性分析得到的电力系统薄弱传输通道和电压敏感节点作为基于暂态能量函数的有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据。
基于静态电压稳定性分析进行大区电网间交换容量极限评估的一种具体方案如下:
(1)采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度分析方法得到电力系统的薄弱传输通道和电压敏感节点。
获取电压敏感节点的方法属于公知技术,具体为:
在递增区间交换容量的运行方式潮流计算基础上,叠加微增扰动后对各节点进行暂态稳定计算,以节点暂态电压偏差最大值对应建立有功‑电压灵敏度函数,比较大区电网区间容量交换断面、通道、落点及其近区500kV节点的灵敏度函数,灵敏度函数最大的节点为电压敏感节点。
(2)获取电压敏感节点在不同交换容量运行方式下的电压变化比灵敏度,对电压敏感节点的电压变化比灵敏度随交换容量的变化趋势进行样条插值,对样条插值所得离散值进行非齐次指数函数拟合后求导,得出电压变化比灵敏度的变化率曲线。
(3)以电压稳定临界点为判别条件,根据电压变化比灵敏度的变化率曲线获得大区电网间的交换容量极限SmaxV。
(三)本发明依据频率响应特性分析和静态电压稳定分析的约束初始条件构建基于暂态能量函数分析的有效等值模型,并使用暂态能量函数指标评估大区电网间的交换容量极限。
基于暂态能量函数评估大区电网间的交换容量极限的一种具体方案如下:
建立适用于暂态稳定分析的电力系统的有效等值模型,利用曲线积分法得到事故后电力系统的暂态能量、临界暂态能量和最大暂态能量,并分析计算得到暂态能量裕度。改变交换容量运行方式,设置有效扰动,获取该交换容量运行方式下电力系统的暂态能量函数,根据暂态能量函数,确认该交换容量运行方式下电力系统的暂态能量、临界暂态能量、最大暂态能量及暂态能量裕度,根据暂态能量裕度临界值对大区电网间的交换容量极限进行评估。
上述暂态能量裕度ΔV=(Vcr‑Vmax)Vcr*100%,其中,Vcr为临界能量,Vmax为最大暂态能量。本具体实施中,将暂态能量裕度临界值设置为20%。
(四)本发明采用基于改变的交换容量下的频率响应特性分析、静态电压稳定分析、以及暂态能量函数分析对大区电网间容量交换能力进行评估。
图1为本发明的一种具体实施,包括步骤:
步骤1、在电力系统的频率响应特性识别与预测基础上评估大区电网间的交换容量极限Smaxf,并将评估过程中获得的有效扰动作为电力系统基于暂态能量函数分析的整体容量变化范围的约束。
步骤1进一步包括以下子步骤:
1.1获取不同交换容量运行方式下电力系统的频率响应特性系数随有功扰动的变化趋势。
首先,定义电力系统的频率响应特性系数其中,P0、f0分别为正常运行时电力系统的功率和频率,ΔP为电力系统的有功扰动,Δf'为暂态频率偏差的最大值。
然后,分别针对各不同交换容量,计算电力系统在不同有功扰动下的频率响应特性系数,并采用最小二乘法分别对不同交换容量下的频率响应特性系数随渐变有功扰动的变化趋势进行拟合,得到各不同交换容量对应的频率响应特性系数‑有功扰动曲线(K‑ΔP曲线),本具体实施中所得K‑ΔP曲线见图2所示。
1.2获取最大功率扰动随递增交换容量的变化趋势。
定义频率偏差限制点:过原点且斜率为1/Δfe的直线与步骤1.1所得K‑ΔP曲线的交点即为频率偏差限制点,其中,Δfe为电力系统扰动后的暂态频率偏差允许的最大值。频率偏差限制点的含义为:在不同交换容量运行方式下,随着有功扰动的增加,电力系统的暂态频率偏差最大值达到暂态频率偏差允许的最大值时的点。
暂态频率偏差允许的最大值视电力系统交换容量的大小而定,对于交换容量不足3000MW的电力系统,暂态频率偏差不得超过±0.5Hz;对于容量在3000MW及以上的电力系统,暂态频率偏差不得超过±0.2Hz;当计及直流低频保护等影响因素时,暂态频率偏差限制可进一步缩小到±0.1Hz。本具体实施中规定暂态频率偏差允许的最大值为±0.1Hz。
针对各不同交换容量可以获得其对应的频率偏差限制点,频率偏差限制点所对应的有功扰动即为电力系统可承受的最大功率扰动。
利用最小二乘法对各频率偏差限制点对应的电力系统可承受的最大功率扰动随递增交换容量的变化进行拟合,得到最大功率扰动随递增交换容量的变化趋势,即最大功率扰动‑交换容量曲线(ΔP’‑S曲线)。本具体实施中所得ΔP’‑S曲线见图3所示,图中纵坐标ΔP’为最大功率扰动的标幺值。
1.3基于ΔP’‑S曲线和有效扰动获得大区电网间的交换容量极限。
定义有效扰动:
若设置不同容量交换方式下的最大功率扰动为使电力系统扰动后暂态频率偏差的最大值达到暂态频率偏差允许的最大值的有功扰动,则有效扰动为电力系统在初始容量交换状态下最大功率扰动的90%。
有效扰动的定义考虑了如下因素:
依据工程经验,有效扰动应接近电力系统中出现最严重n‑1状态(例如直流单级闭锁)下可能出现的有功功率扰动的数量级水平,同时应在电力系统初始总平衡功率的1%以下。本具体实施中,根据工程经验将有效扰动设置为为初始容量交换状态下的最大扰动的90%,即留出10%安全裕量;同时,通过仿真验证其误差也满足精度要求。
有效扰动在ΔP’‑S曲线上对应的交换容量即为大区电网间的交换容量极限,见图3所示。
步骤2、基于静态电压稳定性分析评估大区电网间的交换容量极限SmaxV,并将评估过程中获得的薄弱传输通道和电压敏感节点作为电力系统的基于暂态能量函数的有效等值模型的监测线路和等值端口的选取依据。
步骤2进一步包括以下子步骤:
2.1采用基于节点注入功率‑电压变化比的灵敏度分析方法对特高压沿线的1000kV和500kV节点的灵敏度进行横向比较,得到电力系统的电压敏感节点;
2.2电压敏感节点的电压变化比灵敏度随交换容量发生变化,对电压敏感节点的电压变化比灵敏度随交换容量的变化趋势进行样条插值,对样条插值所得离散值进行非齐次指数函数拟合后求导,得到电压变化比灵敏度的变化率曲线;
2.3见图6,当电压变化比灵敏度的变化率曲线的曲线斜率达到50%时,曲线斜率将急剧上升,故将曲线斜率为50%的点作为本具体实施的电压稳定临界点,即,电压稳定临界点对应的交换容量即为大区电网间的交换容量极限。
步骤3、基于步骤1和步骤2获取的约束条件构建电力系统的基于暂态能量函数分析的有效等值模型,并获得满足暂态能量函数约束的大区电网间的交换容量极限SmaxT。
步骤3进一步包括以下子步骤:
3.1研究基于潮流断面数据的电网有效等值模型,依据系统扰动太阳城集团及断面潮流的动态变化识别可等效为系统动态特性的网络参数及简化模型。
3.2基于电力系统的有效等值简化模型,分析传统暂态能量函数与电力系统各变量参数之间的对应关系,推导适用于大区电网及其有效等值简化模型的暂态能量函数形式,并应用于系统暂态势能、动能及暂态稳定分析当中。
子步骤3.1中的有效等值模型的构建与子步骤3.2中的暂态能量函数推导过程见参考文献《基于能量函数法的电网暂态稳定性分析》(汪小明,刘涤尘,吴军等.基于能量函数法的电网暂态稳定性分析[J].电网技术,2011,35(8):114‑118.)。
3.3确定交换容量运行方式,设置有效扰动,获取该交换容量运行方式下电力系统的暂态能量函数,根据暂态能量函数确认该交换容量运行方式下电力系统的暂态能量、临界暂态能量、最大暂态能量及暂态能量裕度,得到电力系统的暂态能量裕度与交换容量之间的变化关系,以暂态能量裕度临界值为判据确定电力系统的交换容量极限。
步骤4、对比满足频率响应特性、静态电压稳定以及暂态能量函数约束的交换容量极限,获得多重约束条件下的交换容量极限Smax=min{Smaxf,SmaxV,SmaxT},其中,Smax为多重约束条件下的交换容量极限,Smaxf为基于频率响应特性约束的交换容量极限,SmaxV为基于静态电压稳定约束的交换容量极限,SmaxT为基于暂态能量函数约束的交换容量极限。
下面将以图4所示的“三华”(包括华北、华中、华东)电网2012年规划模型为例,进一步说明本发明方法。
见图4,华北和华中、华北和华东之间有1000kV特高压交流联系,华中、华东间有±500kV及±800kV直流联系,无交流联系,即交流潮流断面有两个。固定华北、华东间交换容量不变,将华北与华中间的潮流断面作为研究对象,其中,将华北作为送端系统,华中作为受端系统。以初始方式华中受电5000MW为基础容量,依次增加华北出力300MW,华中减出力300MW,至华中交流受电8000MW左右。扰动设置为在华北均匀分布切发电机,变化幅度为N*600MW,其中,N表示切发电机组数,对于本实施例而言,N分别取值1、2、…10。
2012年方式下,华中电网为受端的大区电网间交换容量对系统静态电压稳定性研究的研究对象为:特高压落点,即晋长治‑豫南阳特高压传输线路上的交换容量和豫南阳特高压母线电压和鄂荆门特高压母线电压;特高压近落点近区的超高压节点,即豫南阳51、豫香山50、豫白河、鄂荆门52、鄂地换51、鄂江陵50、鄂斗笠50、鄂龙泉50超高压母线电压。
步骤1、在频率响应特性识别与预测的基础上对电力系统交换容量极限进行评估。
表1为不同交换容量运行方式下电力系统的频率响应特性系数。
表1不同交换容量下的频率响应特性系数仿真计算结果


表1中,△P为有功扰动,Ki是基准交换容量下增加i*300MW时的频率响应特性系数,i取1、2、…11。
针对表1中的11种不同交换容量,分别对仿真计算的频率响应特性系数随有功扰动的变化进行曲线拟合得到各交换容量对应的K‑ΔP曲线,依据K‑ΔP曲线获取不同交换容量运行方式下的频率偏差限制点及仿真验证误差结果,见表2。
表2不同交换容量下的频率限制点及仿真验证误差分析

表2中,ΔP’为频率偏差限制点在K‑ΔP曲线上对应的横坐标,即电力系统可承受的最大功率扰动,见图3。
在不同交换容量下将扰动设置为频率偏差限制点对应的最大功率扰动,仿真得到的电力系统的暂态频率偏差的最大值Δf'与暂态频率偏差允许的最大值Δfe相比较,相对误差在2%以内。本具体实施中的暂态频率偏差允许的最大值Δfe设为0.1Hz。
将不同交换容量下的频率偏差限制点对应的最大功率扰动随交换容量的变化进行拟合,得到ΔP’‑S曲线,见图3。根据有效扰动的定义确定有效扰动为2820MW,该有效扰动数值在电力系统发电机总有功出力的1%的范围之内。获取ΔP’‑S曲线和直线ΔP’=2820MW的交点,该交点的横坐标即为大区电网间的交换容量极限,为7897MW。
将交换容量设置为7897MW,扰动设置为有效扰动2820MW,仿真计算的暂态频率偏差的最大值△f’’为0.0965Hz,与电力系统的暂态频率偏差允许的最大值0.1Hz进行对比,相对误差为:(0.1‑0.0965)/0.1=3.5%,误差在可接受范围内。
步骤2、在静态电压稳定性分析的基础上评估大区电网间的交换容量极限。
由静态电压灵敏度分析得出,电力系统的电压敏感节点是豫南阳特高压母线,薄弱传输通道是晋长治‑豫南阳特高压输电线路,即以该母线到达电压临界失稳点,对应系统到达电压临界失稳边界。对豫南阳特高压母线的电压灵敏度随交换容量变化的计算结果见表3。
表3豫南阳特高压母线的电压灵敏度随交换容量变化计算结果

表3中,豫南阳EH表示豫南阳特高压母线,ΔU/ΔP表示电压变化比灵敏度。
对豫南阳特高压母线的电压变化比灵敏度随交换容量变化的趋势进行样条插值,然后对样条插值所得离散值进行非齐次指数函数拟合得到图5中的非齐次指数拟合曲线。
对拟合得到的非齐次指数曲线求导,得到电压变化比灵敏度的曲线斜率,见图6,图中圈为电压稳定临界点,在电压稳定临界点处的曲线斜率T=0.5,此时电压变化比灵敏度急剧增加,电压稳定临界点对应的横坐标即为大区电网间的交换容量极限,为7479MW。
步骤3、基于暂态能量函数分析电力系统的交换容量极限。
依据特高压输电断面对“三华”电网中华北和华中电网进行动态等值,在晋临汾—运城线路设置三相短路0.1s,获取电力系统的暂态能量函数,求得电力系统的暂态能量裕度,并以暂态能量裕度临界值为依据判定电力系统的稳定性。
不同交换容量下的电力系统的暂态能量裕度结果见表4。暂态能量裕度随交换容量的变化趋势见图7。
表4暂态能量函数随交换容量变化的计算结果

本具体实施中设置电力系统的暂态能量裕度临界值为20%。见图7,随着交换容量的增加,电力系统的暂态能量裕度单调下降。当交换容量为6560MW时,系统的暂态能量裕度为22.9492%,接近暂态能量裕度的临界值20%。因此基于暂态能量函数分析的“三华”电网南送方式下华中为受端的交换容量极限为6560MW。
步骤4、对于2012年“三华”电网南送方式下以华中为受端的规划模型,基于频率响应特性分析的有效扰动为2820MW,对应的交换容量极限为7897MW,仿真验证其误差为3.5%,在可接受范围内;基于静态电压稳定灵敏度分析可知,受端系统的电压敏感节点为豫南阳特高压落点,所得交换容量极限为7479MW,电压稳定裕度为10.57%;基于暂态能量函数分析的交换容量极限为6560MW,暂态能量裕度为22.9492%。
针对该规划模型,依据公式Smax=min{Smaxf,SmaxV,SmaxT}得到基于多重约束条件下的“三华”电网交换容量极限为6560MW。而1000千伏特高压线路导线单回允许容量为6800MW,短时过载容量为6800*1.3MW,因此2012年“三华”电网南送方式下以华中为受端的规划模型在最大交换容量(6560MW)下特高压输电线路输送功率在热稳限制以内。
本发明采用基于改变的区间交换容量下的频率响应特性分析、静态电压稳定分析、以及暂态能量函数分析的多重约束对系统容量交换能力进行评估,用于指导基于特高压交直流混合传输系统的区间容量分配方案的制定与优化以及大区电网在“十二五”前后的安全稳定运行。

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