全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法技术

维持全网静态电压安全及功角稳定的分散线路功率约束问题，分析困难。本发明专利技术“全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法”，根据多级电网电压的“锯齿分布”特征，发现维持全网电压安全水平的关键是限制线路压差；从多级电网静态功角稳定的充要条件，分析得到了多级(有功)路径的功角约束条件。故兼顾线路压差限制和多级路径功角约束，提出了线路负荷安全域的构建方法，在P‑Q平面第一象限中，以P、Q正半轴与相应圆弧边界构成线路负荷安全域，且针对单级电网中不同的路径线路进行安全域修正。该局部功率约束条件，可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面，具有较大的理论和实际意义。

【技术实现步骤摘要】
全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法
电网安全稳定分析，电网运行与控制
技术介绍
正常运行允许的电压水平远高于静态电压稳定极限，若各节点电压幅值都在正常允许范围内，则电网满足静态电压安全。多电压等级(简称多级)电网安全运行时，需同时满足静态电压安全和静态功角稳定。虽然线路的压差、功角都与线路功率相关，但维持全局电压安全与静态功角稳定的分散线路功率约束问题，分析困难。北美电力可靠性委员会在上世纪90年代提出研究电网可用输电能力，至今仍未见实质理论突破。节点电压与有功、无功、线路参数和变比都相关，还与相邻节点电压耦合，故平衡电网的节点电压并保持安全水平是个复杂的问题。另外，无论是电压/无功全局优化所给定的线路有功约束，还是分散电压安全控制的功率约束，也都与静态功角稳定性相关。最初的静态功角稳定性研究，主要基于单机-无穷大模型，分析发电机在同步约束下的有功输出特性及能力。后来，将有功传输的“同步能力”分析移植到线路，提出了线路的静态“极限功角”、“极限传输功率”等概念，并参照发电机考虑静储备系数，在工程上沿用至今。但线路的极限功率约束与电网静态功角稳定性的关系一直未得到深入清晰的分析阐述，实际运行中，往往联络线功率远未达到理论极限功率，便开始波动，甚至振荡。本课题组前期研究取得了一些有意义的进展。此前，基于戴维南等值模型，分析得到了维持负荷侧电压安全水平的线路负荷安全域，取得了专利技术专利“基于电压水平约束的负荷安全域研究方法(授权号：ZL201010244526.6)”，并提出了基于负荷安全域匹配的维持多级电网电压安全水平的方法。另外，构建了电网的映射弹性网模型，取得了专利技术专利“电网—弹性力学网络拓扑映射方法(授权号：ZL2011101720542)”，并据此研究了电网静态功角稳定性，申请了专利技术“一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法(申请号：2018101816231.1)”，得到了多级电网静态功角稳定的充要条件，即每条有功路径都满足静态功角稳定。但是，前期研究对全网电压的解耦性仍分析不足，未涉及到电网静态功角稳定性问题，也未具体分析到线路的功率约束问题。故本申请专利技术专利，在前期研究成果的基础上，通过分析多级电网的电压解耦控制策略，基于多级电网静态功角稳定的充要条件，提出一种维持多级电网静态电压安全及功角稳定的分散线路负荷安全域构建方法。该局部功率约束条件，可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面，具有较大的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术“全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法”，根据多级电网电压的“锯齿分布”特征，发现维持全网电压安全水平的关键是限制线路压差；从多级电网静态功角稳定的充要条件，分析得到了多级(有功)路径的功角约束条件。故兼顾线路压差限制和多级路径功角约束，提出了线路末端功率限制区域(即线路负荷安全域)的构建方法，在P-Q平面第一象限中，以P、Q正半轴与相应圆弧边界构成线路负荷安全域，且针对各级电网中不同的路径线路进行安全域修正。所提方法可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面的线路功率约束，具有较大的理论和实际意义。附图说明图1多级电网节点电压的锯齿分布特征图2交流线路简化等值模型图3首、末端负荷安全域图4首、末端功率域的大小指标图5简单模型线路功率域的压差主导因子图6多级电网的一条多级有功路径图7没有无功补偿时的路径末端特性图8不同线型的静态极限功角图9线路负荷安全域内的最大功角图10θijmax与α的关系图11某等级电网中的局部有功路径图12末端功率域边界上功率因数与功角的关系图13单级单线路径线路修正后的负荷安全域图14电压安全和功角稳定的分散负荷安全域研究思路图15新英格兰10机39节点系统图1639节点系统的映射弹性网及功角最大有功路径图1739节点系统安全优化后的映射弹性网具体实施方式1.线路压差约束主导的全网电压安全性发电机升压并网后，输出的有功功率都是从高压电网经逐级降压后，最终流向实际的低压负荷。功率流经线路一般都会产生电压幅值差(简称压差)，故多级电网的节点电压幅值的标幺值呈“锯齿分布”特征，如图1所示。图1中，将变压器内变比提升的电压标幺值部分称为“前半齿”，如2'-2、4'-4段；将线路及变压器支部的压差部分称为“后半齿”，如2-3-4'段。观察图1可知，只要压差在允许范围内，配合微调“前半齿”，就可保持全网节点电压水平良好。故维持多级电网中所有节点安全水平的充要条件，是约束“后半齿”的线路压差。2.安全压差约束的主导线路负荷安全域以图2所示的简单线路模型为例，设线路L首、末端电压的相位角差为θij，阻抗为ZL＝RL+XL，阻抗角为α。线路末端功率的有功、无功表达式为其中，Pj、Qj、Ui、Uj、ZL都为标幺值。根据式(1)、(2)可分别得到线路首、末端的功率圆弧表达式，即由式(3)、(4)可知，两个圆弧的圆心连线l经过原点，且斜率为tanα，如图3所示。考虑到线路上的有功、无功一般都大于0，故可得到第一象限的两个复功率区域：1)首端：2)末端：在图3中，令两圆心距原点的距离分别为hi、hj，半径ri、rj。由式(3)、(4)可得：描述首、末端功率域的大小，可用功率域边界上的最小视在功率Simin和Sjmin作为指标，如图4所示。由式(5)可得实际运行时，Ui、Uj都非恒定，但一般都比ΔUij大一个数量级。故由式(6)可得灵敏度特性为：以长40km的220kV等级LGJ-400型线路为例，线路端电压、压差对末端功率域大小的影响如图5所示。可见，ΔUij才是决定功率域大小的主导因子。故工程计算可忽略Ui、Uj正常波动的影响。所以，线路L首、末端功率域的大小指标Simin、Sjmin由ΔUij主导决定。在正常运行情况下，令Uj≈1pu，ΔUij＝Ui-Uj为允许的最大安全压差ΔUijE，则由式(4)可得线路末端的负荷安全域的圆弧边界近似为综上所述，线路功率域的大小由线路压差主导确定。故将正常运行时允许的压差范围对应的线路末端功率域，称为线路“负荷安全域”。只要末端负荷功率在安全域内，线路压差便在安全范围内。3.全网静态功角稳定的多级路径功角约束多电压等级(即多级)互联电网中，每个实际终端低压负荷的有功都来自某个或某几个电源。故从某终端低压负荷侧开始，沿有功方向逆向搜索，经过多条不同电压等级线路，溯源到某个电源点，可构成一条“多级(有功)路径”。全网静态功角稳定的充要条件是：每条多级有功路径都满足静态功角稳定。故关键问题是搞清多级路径允许的极限功角。以图6所示多级电网的一条多级路径为例。1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法，该方法特征在于，包括如下步骤：/n1)若线路L两端连接上、下级变电站，将其称为“单级单线路径”线路，其阻抗和阻抗角分别为Z

【技术特征摘要】
1.全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法，该方法特征在于，包括如下步骤：
1)若线路L两端连接上、下级变电站，将其称为“单级单线路径”线路，其阻抗和阻抗角分别为ZL和α，允许的最大安全压差为ΔUijE，则该线路的负荷安全域在P-Q平面的第一象限，由P、Q正半轴与圆弧边界围成，且最大有功功率为其中，为线路末端负荷的功率因数角，P为有功...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺炜，
申请(专利权)人：竺炜，
类型：发明
国别省市：湖南;43