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        電力系統(tǒng)網(wǎng)架重構(gòu)階段電壓優(yōu)化調(diào)整方案

        2024-10-23 00:00:00孔亞偉薛凌峰尹曙光
        今日自動化 2024年5期

        [摘 要]網(wǎng)架重構(gòu)階段是電力系統(tǒng)恢復(fù)的重要階段,需要使電網(wǎng)各個節(jié)點更快更優(yōu)地滿足約束條件。文章基于PSS/E 給出的OPF 優(yōu)化方案,將無功優(yōu)化措施對電網(wǎng)的影響進行計算,提出就近調(diào)整原則,最后通過山東電網(wǎng)的算例驗證了該方案的可行性。

        [關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)恢復(fù);PSS/E 仿真;網(wǎng)架重構(gòu);無功優(yōu)化;就近調(diào)整

        [中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487(2024)05–0040–03

        隨著電網(wǎng)負荷持續(xù)增加,運行條件接近穩(wěn)定極限。如果局部操作不當,極易造成大面積停電事故,因此,做好電網(wǎng)停電事故發(fā)生后的處理預(yù)案(網(wǎng)架重構(gòu))十分重要。在網(wǎng)架重構(gòu)前期,系統(tǒng)整體負荷水平較低,應(yīng)特別注意無功功率平衡問題,避免出現(xiàn)發(fā)電機吸收的無功功率超過其進相能力,以及大量容性無功功率流過線路所造成的電壓升高等問題。因此,探究一套行之有效的電壓優(yōu)化調(diào)整方案尤為重要。

        1 電力系統(tǒng)網(wǎng)架恢復(fù)穩(wěn)態(tài)校驗的指標與基本方法

        在網(wǎng)架恢復(fù)過程中,越限情況多以線路過電壓為主。電力系統(tǒng)正常運行時,電壓標幺值最高值不超過1.05,最低值不小于0.95。而在網(wǎng)架恢復(fù)過程中,文章適當把條件放寬,最高值不高于1.10,最低值不小于0.90,并將發(fā)電機發(fā)出的無功設(shè)定為不小于0。

        對穩(wěn)態(tài)電壓優(yōu)化調(diào)整的基本方法可分為4 類。

        (1)改變發(fā)電機機端電壓。

        (2)改變變壓器變比。

        (3)增設(shè)無功補償裝置。

        (4)改變線路參數(shù)及運用負荷。

        一般用等網(wǎng)損微增率準則來進行無功優(yōu)化。

        2 基于OPF的無功優(yōu)化就近調(diào)整方案

        2.1 PSS/E的OPF潮流優(yōu)化功能

        PSS/E(電力系統(tǒng)仿真軟件)是由美國電力技術(shù)公司專門為電力系統(tǒng)分析而設(shè)計的綜合仿真軟件包。OPF 優(yōu)化潮流是PSS/E 軟件中內(nèi)嵌的一個功能強大的潮流優(yōu)化算法。

        OPF 方法架構(gòu)嚴謹,能夠給出不越限狀態(tài)下的最優(yōu)解和越限狀態(tài)下使越限母線最少的優(yōu)化解,但唯一不足的是調(diào)整方案步數(shù)較多,而PSS/E 軟件中也沒有給出一個使操作數(shù)最小的優(yōu)化函數(shù)。

        因此,減小單步操作步數(shù),以及減少多步恢復(fù)的操作數(shù)是一個值得探究的問題。

        2.2 基于OPF的無功優(yōu)化方案探究

        文章基于牛頓拉夫遜算法,用Python 語言編寫自動化程序,自動獲取整個系統(tǒng)的所有運行母線的電壓情況,并判斷越限線路,具體思路如圖1 所示。

        其中,不安全母線是指母線電壓標幺值不在[0.95,1.05] 范圍內(nèi)的值,越限母線是指母線電壓標幺值不在[0.90,1.10] 范圍內(nèi)的值。

        2.3 基于OPF的就近調(diào)整原則

        引入母線段數(shù)的概念,一段是指與被調(diào)整母線直接連接的母線,二段是與一段直接連接的母線,以此類推。

        通過山東電網(wǎng)實際算例分別對調(diào)整發(fā)電機電壓、投切電容電抗、改變負載這3 種措施對母線電壓的影響進行探究。

        結(jié)果顯示,當發(fā)電機自身調(diào)整0.01 時,周圍相鄰線路會變化0.005 左右,但發(fā)電機受無功出力最大值限制,電壓不易靈活調(diào)整。

        在相鄰的220 kV 線路擴展大于三段時,無功補償調(diào)整幅度小于0.001。當母線電壓調(diào)整幅度在0.003左右,相鄰的高壓側(cè)線路220 kV 和500 kV 會相應(yīng)調(diào)整0.001 左右,而三段的母線變化會小于0.001。且無功補償對相鄰發(fā)電機的母線電壓影響極小。

        負載的變化可以直接反應(yīng)于相鄰母線的電壓標幺值變化,可以連續(xù)平滑地調(diào)整周圍母線電壓值。

        通過上述分析,母線距離調(diào)整點距離越近,母線電壓調(diào)整幅度越大?;诖颂岢鼍徒{(diào)整原則,去除OPF 優(yōu)化方案中距離越限母線較遠的調(diào)整點和調(diào)整幅度較小的節(jié)點步驟,達到減少網(wǎng)架恢復(fù)操作數(shù)的目的。該方法思路清晰,理論性和可行性較強。

        3 算例分析

        3.1 山東電網(wǎng)概述

        山東電網(wǎng)有17 個地市公司,擁有220 kV 以上變電站319 座,其中500 kV 變電所29 座。文章假設(shè)山東電網(wǎng)全部失電,從泰山電站進行黑啟動開始,通過30 步的恢復(fù),到達文章的恢復(fù)起點。然后運用山東電網(wǎng)決策系統(tǒng)給出的恢復(fù)路徑,綜合考慮負荷重要度和經(jīng)濟性等因素,再進行15 步恢復(fù)。

        3.2 結(jié)果展示及分析

        3.2.1 恢復(fù)步驟

        Step 1 :啟動黃臺電廠,平衡機濟寧電廠,黃臺電廠有功31.35 MW。

        Step 2 :恢復(fù)彩虹站230 kV 線路。

        Step 3 :恢復(fù)賢文站230 kV 線路。

        Step 4 :啟動南定熱電,博山站投72 MW,平衡機濟寧電廠,南定電廠有功72.5 MW。

        Step 5 :恢復(fù)里彥電廠230 kV 線路。

        Step 6 :恢復(fù)棗莊站500 kV 線路。

        Step 7 :恢復(fù)棗莊站230 kV 線路,棗莊站230 kV線路投入40.8 MW 負荷。

        Step 8 :恢復(fù)韓倉站230 kV 線路。

        Step 9 :恢復(fù)大正站230 kV 線路。

        Step 10 :恢復(fù)滕州熱電230 kV 線路。

        Step 11 :恢復(fù)沂蒙500 kV 線路。

        Step 12 :恢復(fù)沂蒙230 kV 線路,沂蒙230 kV 線路投入47.4 MW 負荷。

        Step 13 :博山站230 kV 線路投117 MW 負荷。

        Step 14:付家站投33 MW 負荷,平衡機濟寧電廠,白楊河有功150 MW。

        Step 15 :恢復(fù)費縣230 kV 線路。

        3.2.2 山東電網(wǎng)實際算例分析

        文章分別進行了不優(yōu)化、通過OPF 逐步優(yōu)化及就近調(diào)整優(yōu)方案,并得出如下結(jié)論。

        OPF 逐步優(yōu)化:15 步內(nèi),不完全越限22 次,越限12 次。

        就近調(diào)整優(yōu)化:15 步內(nèi),不完全越限27 次,越限12 次。

        不優(yōu)化:15 步內(nèi),不完全越限53 次,越限14 次。

        抽取就近調(diào)整優(yōu)化方案中的Step 1、4、7、11、15 的優(yōu)化結(jié)果進行比對,如圖2–6 所示。

        由圖2–6 可以看出,就近調(diào)整優(yōu)化和OPF 逐步優(yōu)化的效果基本相同。在這15 步的恢復(fù)過程中,OPF逐步優(yōu)化操作了106 次,就近調(diào)整優(yōu)化只調(diào)整了10 次,大幅簡化了優(yōu)化步驟。

        4 結(jié)束語

        文章對電力系統(tǒng)網(wǎng)架重構(gòu)階段電壓調(diào)整策略進行了詳細分析,并提出基于PSS/E 的OPF 優(yōu)化方案。實踐證明,該方案具有一定的科學(xué)性和實用性,且操作步驟少,可作為快速恢復(fù)電力系統(tǒng),對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整的參考性方案。

        參考文獻

        [1] 周孝信,鄭健超,沈國榮,等. 從美加?xùn)|北部電網(wǎng)大面積停電事故中吸取教訓(xùn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù),2003,27(9):1.

        [2] 周云海,閔勇. 恢復(fù)控制中的系統(tǒng)重構(gòu)優(yōu)化算法研究[J].中國電機工程學(xué)報,2003,23(4):67-70.

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