特高压半波长输电系统综合电压控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了特高压半波长输电系统综合电压控制方法及系统，包括：获取特高压半波长输电系统原始数据；进行电压控制前的初始化设置；将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，建立电压控制优化模型，并利用线性目标规划方法进行求解；考虑连续与离散控制变量的协调关系，应用基于运行方式的电容\电抗器投切原则；对前述的电压控制方案进行验证，确定是否满足实际系统电压控制的需求。本发明专利技术将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，具有针对性，具有广泛的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
特高压半波长输电系统综合电压控制方法及系统
本专利技术涉及特高压半波长输电系统综合电压控制方法及系统。
技术介绍
中国已形成华北-华中、华东、东北、西北、南方、西藏6个交流同步电网，考虑到能源资源与负荷的逆向分布格局，电力的大规模输送依然是电网发展的重要方向。未来将在6个同步电网的基础上构建东、西部两个大同步电网，通过多回特高压输电线路互联，形成送、受端结构清晰，交直流协调发展的电网格局。围绕清洁能源开发布局，实现更大范围水火互济、风光互补、大规模输送和优化配置，不仅能在根本上解决西部地区清洁能源大规模开发和消纳难题，保障清洁能源高效利用，还能有效解决东部地区环境污染和严重雾霾问题。从世界范围来看，同样呈现出经济与能源发展的逆向分布，南、北极等高纬度地区风能资源和赤道附近太阳能资源丰富，而负荷中心则主要分布在中纬度地区。集中开发“一极一道”的清洁能源，通过特高压等远距离输电技术送至各大洲的负荷中心，与各洲的能源基地和分布式电源相互支撑，提供更安全、可靠的清洁能源供应。无论是国内还是全球的能源发展角度来看，发展大规模远距离输电技术十分必要。特高压半波长输电(UHVHWLT，Ultrahighvoltagehalf-wavelengthtransmission)自提出以来，已经经过了半个多世纪的研究。近年来，随着负荷的增长，大规模远距离输电的需求日益增加，使半波长输电技术拥有了更广阔的应用场景。特高压半波长输电线路的输电长度为3000公里左右，结合中国的能源分布情况，可将内蒙、新疆等地区的风电；新疆、西藏等地的光电和西南山区的水电通过3000公里左右的特高压半波长输电线路输送至“三华”负荷中心，实现了高效的电能输送。从世界范围来看，可采用多个半波长接续送电，形成全波长甚至1.5倍波长输电，可以实现更远距离的电力传输，可将北极的风电和赤道太阳能直接送至中纬度负荷中心，让洲际互联变成可能，最终建立全球能源互联网。特高压半波长输电线路的沿线电压分布受线路传输功率的影响显著，表现出与常规交流线路显著的差异。当特高压半波长线路输送功率超过自然功率时，线路沿线出现电压升高，最大电压出现在线路中点；半波长线路输送功率低于自然功率时，线路沿线出现电压降落，其中最低电压同样出现在线路中点，且电压数值与输送有功功率成正比。随功率因数的下降沿线电压呈正弦趋势变化，且功率因数越低，沿线最大电压数值越大。特高压半波长输电线路的功率因数较低时，将引起线路沿线的局部稳态过电压，严重时破坏线路绝缘，危害电力系统的安全可靠运行。特高压半波长输电线路端口电压特性同样与传输功率有关，当传输功率运行在正常区间内时，半波长线路始端电压的实部远大于虚部，所以电压幅值与传输有功功率相关性更高，相角与无功功率相关性更高，与常规线路呈现出的特性相反。在线路重载运行工况下，半波长线路两侧端口产生明显的电压幅值差。为了保证供电质量，特高压变电站电压通常要求控制在1000～1100kV范围内，半波长线路的电压损耗显著缩小了两侧系统的电压控制范围，提高了电压控制的难度。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种特高压半波长输电系统综合电压控制方法及系统，该方法及系统基于二级电压控制体系，为适应半波长输电系统运行特性，将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，利用线性目标规划方法进行求解。考虑连续与离散控制变量的协调关系，提出基于运行方式的电容\电抗器投切原则。从而形成特高压半波长输电系统综合电压控制方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术公开了一种特高压半波长输电系统综合电压控制方法，包括以下步骤：S1：获取特高压半波长输电系统原始数据；S2：进行电压控制前的初始化设置：确定二级电压控制分区及电压控制主导节点，确定参与电压控制的优化变量；S3：将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，建立电压控制优化模型，并利用线性目标规划方法进行求解；S4：考虑连续与离散控制变量的协调关系，应用基于运行方式的电容\电抗器投切原则；S5：对前述的电压控制方案进行验证，确定是否满足实际系统电压控制的需求；如果是，则将其作为最终方案；否则，对电压控制方案进一步调整以适应实际输电场景的需要。进一步地，所述获取特高压半波长输电系统原始数据，具体为：获取特高压半波长线路传输功率及端口电压幅值；获取发电机机端电压及出力值；获取无功补偿设备状态信息。进一步地，所述进行电压控制前的初始化设置，具体为：基于无功电压的局部性，将整个电网分为不同的二级电压控制区域；将半波长线路其中一侧端口母线作为电压控制主导节点；将半波长线路两侧近区电网纳入同一控制分区，利用灵敏度分析方法对分区内的控制变量进行排序，确定参与电压控制的优化变量，包括发电机及并联电容\电抗器组编号。进一步地，所述建立电压控制优化模型，具体为：半波长输电系统的二级电压控制问题具有多目标复杂性，需要重点考虑3个目标：第一是保持主导节点电压等于三级电压控制下发的目标值；第二是控制半波长输电线路传输无功功率尽量为0Mvar；第三是控制发电机无功功率按其额定无功容量进行分配。进一步地，所述利用线性目标规划方法进行求解，具体为：按照目标规划的数学模型，引入偏差变量形成目标等式约束，考虑目标具有不同优先级，将原目标转化为各优先级下偏差变量的极小值线性目标函数，建立的模型如下：s.t.ΔUG(i)≤ΔUGmax(i)QGmin(i)≤QG(i)+Sqg(i)ΔUG(i)≤QGmax(i)Uhwlt_max≤Ul_maxi＝1,2,...k其中，和分别为ΔUp的正、负偏差变量；和分别为ΔQHWLT的正、负偏差变量；和分别为ΔQG(i)的正、负偏差变量；px1、px2、px3分别为三个控制目标的优先级；ΔUp和ΔQHWLT分别为主导节点电压与目标的偏差及半波长线路传输无功功率与目标的偏差；ΔQG(i)为第i台发电机无功功率与调整后按额定容量比例分配应发无功功率之间的偏差；Su(i)、Sql(i)和Sqg(i)分别为第i台发电机对各控制目标的灵敏度矩阵；发电机运行约束ΔUGmax(i)、QGmin(i)和QGmin(i)分别为第i台发电机机端电压最大变化量、最小输出无功功率和最大输出无功功率；Udmin和Udmax为主导节点电压约束上下限；Uhwlt_max和Ul_max分别为半波长线路最大沿线电压及其限值。进一步地，应用基于运行方式的电容\电抗器投切原则，具体为：①电容、电抗器作为基础的无功补偿,优先进行投切；②发电机和调相机无功出力作为动态电压支撑和连续调节变量,主要在离散设备不具备控制能力的情况下进行。进一步地，按照主导节点电压与目标的偏差ΔUp及半波长线路传输无功功率与目标的偏差ΔQHWLT的正负值，将系统的运行工况分为S(+,+)，S(-,+)，S(+,-)，S(-,-)四个区域，分别对应受端投切电容器、受端投切电抗器、送端投切电容器、送端投切电抗器的控制操作。本专利技术公开了一种特高压半波长输电系统综合电压控制系统，包括：用于获取特高压半波长输电系统原始数据的数据采集装置；用于进行电压控制前的初始化设置的装置；用于将调整主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取特高压半波长输电系统原始数据；S2：进行电压控制前的初始化设置：确定二级电压控制分区及电压控制主导节点，确定参与电压控制的优化变量；S3：将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，建立电压控制优化模型，并利用线性目标规划方法进行求解；S4：考虑连续与离散控制变量的协调关系，应用基于运行方式的电容\电抗器投切原则；S5：对前述的电压控制方案进行验证，确定是否满足实际系统电压控制的需求；如果是，则将其作为最终方案；否则，对电压控制方案进一步调整以适应实际输电场景的需要。

【技术特征摘要】
1.特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取特高压半波长输电系统原始数据；S2：进行电压控制前的初始化设置：确定二级电压控制分区及电压控制主导节点，确定参与电压控制的优化变量；S3：将调整主导节点电压、提高半波长线路传输功率因数及合理分配发电机无功输出作为二级电压控制目标，建立电压控制优化模型，并利用线性目标规划方法进行求解；S4：考虑连续与离散控制变量的协调关系，应用基于运行方式的电容\电抗器投切原则；S5：对前述的电压控制方案进行验证，确定是否满足实际系统电压控制的需求；如果是，则将其作为最终方案；否则，对电压控制方案进一步调整以适应实际输电场景的需要。2.如权利要求1所述的特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，所述获取特高压半波长输电系统原始数据，具体为：获取特高压半波长线路传输功率及端口电压幅值；获取发电机机端电压及出力值；获取无功补偿设备状态信息。3.如权利要求1所述的特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，所述进行电压控制前的初始化设置，具体为：基于无功电压的局部性，将整个电网分为不同的二级电压控制区域；将半波长线路其中一侧端口母线作为电压控制主导节点；将半波长线路两侧近区电网纳入同一控制分区，利用灵敏度分析方法对分区内的控制变量进行排序，确定参与电压控制的优化变量，包括发电机及并联电容\电抗器组编号。4.如权利要求1所述的特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，所述建立电压控制优化模型，具体为：半波长输电系统的二级电压控制问题具有多目标复杂性，需要重点考虑3个目标：第一是保持主导节点电压等于三级电压控制下发的目标值；第二是控制半波长输电线路传输无功功率尽量为0Mvar；第三是控制发电机无功功率按其额定无功容量进行分配。5.如权利要求1所述的特高压半波长输电系统综合电压控制方法，其特征在于，所述利用线性目标规划方法进行求解，具体为：按照目标规划的数学模型，引入偏差变量形成目标等式约束，考虑目标具有不同优先级，将原目标转化为各优先级下偏差变量的极小值线性目标函数，建立的模型如下：s.t.ΔUG(i)≤ΔUGmax(i)QGmin(i)≤QG(i)+Sqg(i)ΔUG(i)≤QGmax(i)Uhwlt_max≤Ul_maxi＝1,2,...k其中，和分别为ΔUp的正、负偏差变量；和分别为ΔQHWLT的正、负偏差变量；和分别为ΔQG(i)的正、负偏差变量；px1、px2、px3分别为三个控制目标的优先级；ΔUp和ΔQHWLT分别为主导节点电压与目标的偏差及半波长线路传输无功功率与目标的偏差；ΔQG(i)为第i台发电机无功功率与调整后按额定容量比例分配应...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉田，田浩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37