变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，属于电力系统中电压自动控制技术领域。首先在实时潮流计算结果基础上，求出采用准稳态潮流构造注入潮流变化量与母线电压变化量的线性方程，计算出在某一条母线上注入无功后对电网模型中母线电压幅值变化和电压相角变化，通过支路潮流公式计算出变电站内变压器绕组无功变化与母线电压变化和相角变化之间的关系，然后计算出变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的灵敏度。本方法给出变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的灵敏度，从而在变电站电压自动控制的过程中，对变电站内无功设备动作后变压器绕组无功功率进行预估，保证变电站无功设备控制策略的可靠性。

Calculation method for reactive power of transformer substation reactive power in Substation

The invention relates to a method for calculating the influence of reactive power equipment in transformer substation on the reactive power of transformer winding, which belongs to the technical field of automatic voltage control in power system. First of all in the real-time power flow calculation based on the results obtained by the linear equation of quasi steady flow structure of injection flow changes with the variation of the bus voltage, calculate the injection in a certain bus reactive power to change bus voltage magnitude and phase angle of voltage variation in power grid model, through the power flow calculation in transformer substation the relationship between the reactive and winding change of bus voltage change and phase change, and then calculate the sensitivity of reactive power equipment of reactive power of transformer windings in substation. The sensitivity of reactive power equipment of reactive power impact on transformer substations is presented the method, process and automatic control in substation voltage reactive power equipment, no action of the transformer substation transformer after reactive power substation reliability prediction, ensure control strategy of power equipment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，特别涉及一种在变电站电压自动控制过程中变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，属于电力系统中电压自动控制

技术介绍
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是电力系统最重要的自动控制系统之一。其中变电站的自动电压控制能力与效果直接影响了电力系统自动电压控制的整体控制结果。变电站里均配有一定容量的离散无功设备(电容器，电抗器)来完成自动电压控制的目标。但由于变电站均配有多台电容器，电抗器，且在选择投入或切除具体某台电容器或电抗器时，需考虑投入(切除)不同的电容电抗器对不同母线电压的效果不同，且每台电容器，电抗器都有不同的动作时间，动作次数的限制，以及投入(切除)无功设备的相关顺序约束等。现有的变电站控制系统中在接到需投入(切除)电容电抗器的控制要求后，利用传统经验来决定具体由哪台无功设备来执行控制任务，缺乏量化，可靠的决策标准，难以满足复杂，特殊情况下的控制要求，并且其固化的评判标准不具备应对在不同控制策略下，对离散无功设备的各项性能指标的不同要求。变电站内投入(切除)电容电抗器应具有如下原则：设备操作后，通过计算该设备对母线的电压灵敏度，可以算出投入(切除)该设备后，各条母线的电压变化量，所投入(切除)的设备应使母线电压越线数减少或消除电压越线现象；优先选择对受控母线的无功影响大，即灵敏度大的设备；优先投入(切除)越线母线上的无功设备。在考虑变压器功率因数越限策略时，根据设备对变电站内变压器绕组无功灵敏度，可以算出投入(切除)该设备后，各绕组首端无功变化量，所投入(切除)的设备应使变压器功率因越限数减少或消除功率因数越限现象，且投入(切除)的设备应满足变电站内变压器绕组无功倒送阀值约束的要求；优先选择对受控母线的无功影响大，即灵敏度大的设备。在上述变电站控制过程中涉及到控制灵敏度的计算。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的数据，计算母线的电压、各元件的功率及网损，并对电网各处的运行状态进行评估。再根据计算得到的数据对电网系统的运行进行监测和优化，从而提高供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以评估当前系统中母线的电压、支路的功率等参数是否超限；如果出现异常，就应采取措施，调整运行方式。极坐标下的电网潮流方程可以表示为： P G i - P D i - V i Σ j ∈ I V j ( G i j cosθ i j + B i j sinθ i j ) = 0 Q G i - Q D i - V i Σ j ∈ I V j ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)构建一个如下潮流方程，该潮流方程描述当前潮流状态下，分别向电网模型中所有母线注入有功功率和无功功率后，对电网模型中所有母线的电压影响：-HNMLΔθΔU=ΔPΔQ]]>其中，为雅可比矩阵，其中H、M、N、L分别为雅可比矩阵的子阵，H表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入有功功率后对母线电压相角影响的偏导矩阵，L表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入无功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，M表示在当前潮流状态下，在电网模型中向所有母线注入无功功率后对母线电压相角的影响的偏导矩阵，N表示当前潮流状态下，向电网模型中所有母线注入有功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，Δθ表示电网模型中母线电压的相角变化量，ΔU表示电网模型中母线电压幅值变化量，ΔP表示在电网模型中注入的有功功率注入量，ΔQ表示在电网模型中注入的无功功率注入量；(2)设电网模型中变电站无功设备连接在第a条母线上，根据上述步骤(1)的潮流方程，计算电网模型中第a条母线上的注入无功功率ΔQa，即向电网模型中变电站无功设备注入无功功率ΔQa后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθa和电压幅值变化量ΔVa，计算过程为：首先将步骤(1)的潮流方程的右边向量置为：初始化时设ΔQa＝1，电网模型中第a条母线上的注入无功功率为一个单位的变化量，即电网模型中变电站设备注入无功功率为一个单位的变化量，该变化量的无功功率增长单位为1，电网模型中除第a条母线以外的其他母线的无功功率单位变化量为0，求解步骤(1)的潮流方程，得到电网模型中变电站设备注入无功功率后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθa和电压幅值变化量ΔVa；(3)根据上述步骤(1)中的潮流方程，可以得到电网模型中支路潮流计算表达式如下：Qmn=-Vm2(Bmn+yc)-VmVn(Gmnsinθmn-Bmncosθmn)]]>其中，Qmn表示电网模型中支路m‑n首端m流向支路m‑n末端n的无功潮流，Vm表示电网模型中支路m‑n首端m的电压，Vn表示电网模型中支路m‑n末端n的电压，yc表示电网模型中支路m‑n的半导纳，Gmn表示电网模型中支路m‑n的电导，Bmn表示电网模型中支路m‑n的电纳，θmn表示电网模型中支路m‑n首端m电压相角与电网模型中支路m‑n末端n电压相角的差值；对于电网模型中变压器绕组支路m'‑n'，半导纳电导yc＝0，且电导Gm’n’远小于电纳Bm'n'，Gm'n'可以忽略，k表示变电站内变压器绕组之间的电压比是一个常数，将上述支路潮流方程简化为：Qm′n′=-Vm′2Bm′n′/k+Vm′Vn′Bm′n′cosθm′n′]]>(4)对上式对Vm',Vn',θm'n'求偏导数，计算得到变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Qm'n'对变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压幅值之间的灵敏度和电压相角之间的关系如下式所示：∂Qm′n′∂Vm′=-2Vm′Bm′n′/k+Vn′Bm′n′cosθm′n′∂Qm′n′∂θm′=-Vm′Vn′Bm′n′sinθm′n′]]>(5)设电网模型中变电站内变压器绕组连接在第a条母线上,根据式步骤(1)和步骤(2)得到的电网模型中变电站无功设备注入无功功率后第a条母线电压相角变化量Δθa和电压幅值变化量ΔVa，以及根据步骤(3)计算得到变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Qm'n'与变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压幅值的关系，以及变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Qmn对变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压相角的关系，可以求出变电站无功设备对变电站内变压器绕组首端无功的灵敏度如下：SQT=∂Qm′n′∂θm′Δθa+∂Qm′n′∂Vm′ΔVa]]>(6)遍历电网模型中所有变电站内变压器绕组，返回步骤(3)，完成所有变电站内无功设...

【技术特征摘要】
1.一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)构建一个如下潮流方程，该潮流方程描述当前潮流状态下，分别向电网模型中所有母线注入有功功率和无功功率后，对电网模型中所有母线的电压影响： - H N M L Δ θ Δ U = Δ P Δ Q ]]>其中，为雅可比矩阵，其中H、M、N、L分别为雅可比矩阵的子阵，H表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入有功功率后对母线电压相角影响的偏导矩阵，L表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入无功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，M表示在当前潮流状态下，在电网模型中向所有母线注入无功功率后对母线电压相角的影响的偏导矩阵，N表示当前潮流状态下，向电网模型中所有母线注入有功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，Δθ表示电网模型中母线电压的相角变化量，ΔU表示电网模型中母线电压幅值变化量，ΔP表示在电网模型中注入的有功功率注入量，ΔQ表示在电网模型中注入的无功功率注入量；(2)设电网模型中变电站无功设备连接在第a条母线上，根据上述步骤(1)的潮流方程，计算电网模型中第a条母线上的注入无功功率ΔQa，即向电网模型中变电站无功设备注入无功功率ΔQa后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθa和电压幅值变化量ΔVa，计算过程为：首先将步骤(1)的潮流方程的右边向量置为：初始化时设ΔQa＝1，电网模型中第a条母线上的注入无功功率为一个单位的变化量，即电网模型中变电站设备注入无功功率为一个单位的变化量，该变化量的无功功率增长单位为1，电网模型中除第a条母线以外的其他母线的无功功率单位变化量为0，求解步骤(1)的潮流方程，得到电网模型中变电站设备注入无功功率后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθa和电压幅值变化量ΔVa；(3)根据上述步骤(1)中的潮流方程，可以得到电网模型中支路潮流计算表达式如下： Q m n = - V m 2 ( B m n + y c ) - V m V n ( G m n sinθ m n - B m n cosθ m n ) ]]>其中，Qmn表示电网模型中支路m-n首端m流向支路m-n末端n的无功潮流，Vm表示电网模型中支路m-n首端m的电压，Vn表示电网模型中支路m-n末端n的电压，yc表示电网模型中支路m-n的半导纳，Gmn表示电网模型中支路m-n的电导，Bmn表示电网模型中支路m-n的电纳，θmn表示电网模型中支路m-n首端m电压相角与电网模型中支路m-n末端n电压相角的差值；对于电网模型中变压器绕组支路m'-n'，半导纳电导yc＝0，且电导Gm’n’远小于电纳Bm'n'，Gm'n'可以忽略，k表示变电站内变压器绕组之间的电压比是一个常数，将上述支路潮流方程简化为： Q m ′ n ′ = - V m ′ 2 B m ′ n ′ / k + V m ′ V n ′ B m ′ n ′ cosθ m ′ n ′ ]]>(4)对上式对Vm',Vn',θm'n'求偏导数，计算得到变电站内变压器绕组支路m'-n'无功潮流Qm'n'对变电站内变压器绕组支路m'-n'首端m'电压幅值之间的灵敏度和电压相角之间的关系如下式所示： ∂ Q m ′ n ′ ∂ V m &prime...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，冯丽，汤磊，吴迎霞，李小江，金黎明，王鹏，张同尊，古济铭，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网重庆市电力公司，北京清大高科系统控制有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11