專利名稱：降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法
技術領域：
本發(fā)明涉及降低電壓越限風險技術領域，具體涉及降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法。
背景技術：
近年來，經(jīng)濟生產(chǎn)快速發(fā)展同時，帶來的諸種形式如陶瓷廠工業(yè)、石材工業(yè)、煉鋼工業(yè)等具有短時間內(nèi)功率發(fā)生驟變的沖擊性工業(yè)負荷數(shù)量和容量也不斷地增加。此外，高速電氣化鐵路的發(fā)展，高壓牽引站的相繼接入，無疑也大大增加了對電網(wǎng)帶來的沖擊性，給電網(wǎng)帶來造成電壓波動、有功無功沖擊等方面的影響，也給電氣設備的正常運行帶來了一定危害。沖擊負荷接入后的電壓情況分析，對能采取有效的應對措施和電網(wǎng)規(guī)劃方案設計具有重要的意義。為了充分了解和防范沖擊負荷帶來的危害，長時間以來人們對沖擊負荷的機理和規(guī)律做了大量研究。曾有學者基于實測參數(shù)建立了沖擊負荷模型，分析了沖擊負荷對附近發(fā)電機組電磁轉(zhuǎn)矩和注入點電壓的影響。也有文獻提及沖擊負荷會導致臨近電廠機組勵磁系統(tǒng)電壓/頻率保護動作跳開的實例。有文獻分析了電弧爐沖擊引起的發(fā)電機組內(nèi)部諧振，得出沖擊負荷造成機組長期疲勞損傷的結(jié)論。電力變壓器則會在沖擊負荷等非常規(guī)負荷影響下，帶來更多溫升，嚴重時破壞絕緣，導致設備壽命下降，如沖擊負荷的熱沖擊和諧波對牽引變壓器絕緣的破壞，會造成牽引變壽命的損失等。上述研究可知，沖擊負荷對電力系統(tǒng)影響不容忽視，它不僅威脅到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，也會破壞電力設備，加速絕緣老化，導致設備強迫停運率提高。此外，由于沖擊負荷電氣特性對于電網(wǎng)所呈現(xiàn)的隨機性和間歇性特點，電網(wǎng)規(guī)劃需考慮其外特性，對沖擊負荷對電網(wǎng)沖擊影響進行仿真分析。而電力系統(tǒng)的仿真與運行實際結(jié)合的緊密程度，與負荷模型的實用性息息相關。結(jié)合地區(qū)典型沖擊負荷的實測數(shù)據(jù)進行建模，研究沖擊負荷的隨機過程，采用新方法進行負荷預測是目前學者主要研究方向。而工作量大，某些負荷模型參數(shù)無法獲得是目前有待解決的研究問題。據(jù)相關文獻報道，當前由于缺乏準確反映沖擊負荷動態(tài)的模型，規(guī)劃中往往將沖擊負荷當做一個穩(wěn)定負荷，采用靜態(tài)模型代替，如電弧爐作為恒阻抗負荷，電解鋁作為恒電流負荷等。而對沖擊負荷的實測分析，則是建立負荷動態(tài)模型的基礎。對沖擊負荷的實測分析，可以發(fā)現(xiàn)沖擊負荷的有功無功曲線具有數(shù)據(jù)集的周期性，可以用特征值，即上升速率、持續(xù)時間、峰值、尖峰個數(shù)、平均值、下降速率等來描述。需要注意的是如果對沖擊負荷進行詳細擬合，充分刻畫其數(shù)值特性的話，存在2個問題(I)工作量大，需要對較為長期的負荷數(shù)據(jù)進行分析，同時由于準確刻畫數(shù)值特性會使得模型較為復雜，加重計算負擔；(2)有些負荷的模型參數(shù)無法獲得，同時由于配電網(wǎng)規(guī)劃需根據(jù)滿足負荷增長的要求進行規(guī)劃，還需對負荷未來發(fā)展進行預估，詳細建模的工程價值存疑。因此，結(jié)合實測數(shù)據(jù)，針對沖擊負荷的外特性，即其對系統(tǒng)的沖擊，提出簡單易行而又反映沖擊負荷動態(tài)的實用建模，對于電網(wǎng)規(guī)劃無疑將更具理論意義和工程價值。目前，已有文獻的仿真研究表明，當網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，有功無功沖擊對配電網(wǎng)的影響也將有改變。沖擊負荷對配電網(wǎng)的影響主要體現(xiàn)在，沖擊負荷距離相關母線和發(fā)電機的電氣距離，沖擊負荷所在接入點的短路容量，相關母線和發(fā)電機的短路容量。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃和運行時應予以重視。本發(fā)明將基于反應短路容量特性的短路阻抗等值系統(tǒng)，為降低沖擊負荷接入后的電壓越限風險問題的解決提供了有效的依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，適用于工程應用和規(guī)劃精度要求，通過采用短路容量這個可以反映節(jié)點特性的主要參數(shù)，可量化分析沖擊負荷接入后對節(jié)點電壓的影響，可在電網(wǎng)規(guī)劃中對節(jié)點能消納的沖擊負荷進行定量快效的分析和計算，進而還可得到饋線或者片網(wǎng)接納沖擊負荷的能力。本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)。降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其包括步驟如下:(I)獲取要分析電網(wǎng)的網(wǎng)架資料，包括線路阻抗4和變壓器現(xiàn)有配置容量ST;采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，即節(jié)點母線的電壓V，變壓器負載率Y，沖擊負荷比例X，和沖擊負荷沖擊量Si，各節(jié)點負荷S」(2)根據(jù)步驟(I)得到Zp V、Sl計算所述電網(wǎng)的短路容量和短路阻抗；(3)根據(jù)得到的短路容量，應用短路環(huán)規(guī)律將所述電網(wǎng)節(jié)點分為同環(huán)節(jié)點和異環(huán)節(jié)點:所述短路環(huán)指饋線上短路容量相同或者相近的節(jié)點的集合，一個短路環(huán)上節(jié)點的短路容量大小為短路環(huán)半徑；(4)根據(jù)沖擊負荷沖擊量Si的大小，判斷每個短路環(huán)上的節(jié)點電壓能否保持在安全電壓水平；(5)根據(jù)電壓在安全水平內(nèi)的最大變化量AVmax,由此計算所述電網(wǎng)節(jié)點的沖擊負荷消納能力ASlmax ;根據(jù)變壓器容量大小，得出推薦的負載率水平與沖擊負荷比例的約束關系;(6)根據(jù)節(jié)點沖擊負荷消納能力、負載率和沖擊負荷的約束關系，判斷現(xiàn)有變壓器配置容量能否滿足當前的負荷水平要求，如果不能滿足，計算變壓器額定容量的缺額Λ St,并進行變壓器容量擴建；如果滿足，保持現(xiàn)有變壓器配置容量；(7)若節(jié)點電壓偏低接近電壓允許下限Vuim時，應該采取升壓策略和增大該節(jié)點短路容量措施，以降低電壓越下限的風險；節(jié)點電壓偏高接近電壓允許上限VmmW，應該采取降壓策略和減小節(jié)點短路容量的措施來降低電壓越上限的風險。上述方法中，所述沖擊負荷消納能力表示節(jié)點在當前的電壓水平情況下能夠接納的沖擊負荷接入容量且不至于出現(xiàn)電壓不合格。上述方法中，步驟(I)所述的電網(wǎng)網(wǎng)架資料通過實際調(diào)研或調(diào)度部門中的電網(wǎng)運行臺賬數(shù)據(jù)得到，或根據(jù)電網(wǎng)運行方式報告得到；所述的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，通過變電站電網(wǎng)潮流實時監(jiān)測裝置得到，或從根據(jù)運行方式報告得到。上述方法中，步驟(2)所述的短路容量和短路阻抗，利用PSD電力系統(tǒng)分析軟件包(簡稱BPA)中的短路計算功能進行計算。上述方法中，步驟(3)所述的短路環(huán)規(guī)律為:短路環(huán)上節(jié)點電壓變化量與短路容量、負荷變化量關系滿足:
權利要求
1.降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，包括步驟如下: (1)獲取要分析電網(wǎng)的網(wǎng)架資料，包括線路阻抗4和變壓器現(xiàn)有配置容量ST;采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，即節(jié)點母線的電壓V，變壓器負載率Y，沖擊負荷比例X，和沖擊負荷沖擊量Si,各節(jié)點負荷； (2)根據(jù)步驟(I)得到\、V、Sl計算所述電網(wǎng)的短路容量和短路阻抗； (3)根據(jù)得到的短路容量，應用短路環(huán)規(guī)律將所述電網(wǎng)節(jié)點分為同環(huán)節(jié)點和異環(huán)節(jié)點:所述短路環(huán)指饋線上短路容量相同或者相近的節(jié)點的集合，一個短路環(huán)上節(jié)點的短路容量大小為短路環(huán)半徑； (4)根據(jù)沖擊負荷沖擊量Si的大小，判斷每個短路環(huán)上的節(jié)點電壓能否保持在安全電壓水平； (5)根據(jù)電壓在安全水平內(nèi)的最大變化量AVmax,由此計算所述電網(wǎng)節(jié)點的沖擊負荷消納能力ASlmax;根據(jù)變壓器容量大小，得出推薦的負載率水平與沖擊負荷比例的約束關系； (6)根據(jù)節(jié)點沖擊負荷消納能力、負載率和沖擊負荷的約束關系，判斷現(xiàn)有變壓器配置容量能否滿足當前的負荷水平要求，如果不能滿足，計算變壓器額定容量的缺額△ St，并進行變壓器容量擴建；如果滿足，保持現(xiàn)有變壓器配置容量； (7)若節(jié)點電壓偏低接近電壓允許下限Vuim時，應該采取升壓策略和增大該節(jié)點短路容量措施，以降低電壓越下限的風險；節(jié)點電壓偏高接近電壓允許上限VmmW，應該采取降壓策略和減小節(jié)點短路容量的措施來降低電壓越上限的風險。
2.根據(jù)權利要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于:所述沖擊負荷消納能力表示節(jié)點在當前的電壓水平情況下能夠接納的沖擊負荷接入容量且不至于出現(xiàn)電壓不合格。
3.根據(jù)權利要求1中 所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于:步驟(I)所述的電網(wǎng)網(wǎng)架資料通過實際調(diào)研或調(diào)度部門中的電網(wǎng)運行臺賬數(shù)據(jù)得到，或根據(jù)電網(wǎng)運行方式報告得到；所述的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，通過變電站電網(wǎng)潮流實時監(jiān)測裝置得到，或從根據(jù)運行方式報告得到。
4.根據(jù)權利要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于:步驟(2)所述的短路容量和短路阻抗，利用PSD電力系統(tǒng)分析軟件包(簡稱BPA)中的短路計算功能進行計算。
5.根據(jù)權利要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，步驟(3)所述的短路環(huán)規(guī)律為:短路環(huán)上節(jié)點電壓變化量與短路容量、負荷變化量關系滿足: AVi Sli AS；⑴ -L0C ~-X---⑴ Δ[ Sll AS} 式(I)中Λ Vi是節(jié)點i負荷變化造成的電壓降；是節(jié)點j負荷變化造成的電壓降；Ski是節(jié)點i的短路容量；sw是節(jié)點j負荷的短路容量；Λ Ski是節(jié)點i的負荷變化量；Δ Skj是節(jié)點j負荷的負荷變化量； 對于短路環(huán)，當電網(wǎng)線路的電阻和電抗比值R/X變化不大時，同環(huán)節(jié)點的性質(zhì)包括: a)同一短路環(huán)上的節(jié)點受到?jīng)_擊負荷影響的電壓變化量相同。
b)如果同短路環(huán)節(jié)點初始電壓相同，就會有相同的沖擊負荷消納能力。c)同環(huán)節(jié)點電壓變化量與負荷功率變化量成正比。
異環(huán)節(jié)點的性質(zhì)包括: a)不同環(huán)節(jié)點受到相同沖擊負荷影響的電壓變化量與其短路環(huán)半徑成反比。
b)節(jié)點i所在短路環(huán)半徑是節(jié)點j的k倍時，要產(chǎn)生相同的電壓降落，則節(jié)點i的負荷變化量至少是j的k倍。
c)短路環(huán)半徑越接近的短路環(huán)節(jié)點，性質(zhì)越相近。
6.根據(jù)權利要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，步驟(4)具體包括: 設短路環(huán)上的任意節(jié)點初始電壓為V1，負荷變化后電壓為V/，電壓改變量AV=V1-V，短路阻抗Zk=Rk+jXk，則有:
7.根據(jù)權利 要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，步驟(5)中所述的計算節(jié)點沖擊負荷消納能力大小
8.根據(jù)權利要求7中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，步驟(6)中所述的計算變壓器額定容量配置缺額ASt，具體包括: 饋線長期持續(xù)負荷水平為&，沖擊負荷比例為Xtl，由式(4)得到該情況下允許達到的最大負載率為Y O，則推薦配置變壓器容量St應該滿足:St 彡 Sl/Y ο (5) 若現(xiàn)有配置下負載率達到Y(jié)1，那么變壓器配置容量缺額Λ St為: ASt=StX (m) "0(6)。
9.根據(jù)權利要求1中所述的降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，其特征在于，步驟(7)具體包括: 節(jié)點電壓偏低接近電壓允許下限Vuim時，應該采取的升壓策略包括調(diào)節(jié)變壓器升檔升壓、增加電容器投入中的一種或兩種，應該采取的增大該節(jié)點短路容量措施包括讓電網(wǎng)合環(huán)運行、減少 供電半徑中的一種或兩種；節(jié)點電壓偏高接近電壓允許上限Vmm時，應該采取的降壓策略包括變壓器降檔降壓、增加電抗器投入中的一種或兩種，應該采取的減小節(jié)點短路容量的措施是讓電網(wǎng)開環(huán)運行。
全文摘要
本發(fā)明提供降低電壓越限風險的沖擊負荷消納方法，解決考慮沖擊負荷接入后的電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性問題。該方法的具體步驟如下獲取電網(wǎng)的網(wǎng)架情況和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；運用短路環(huán)規(guī)律分析電網(wǎng)節(jié)點沖擊負荷消納能力特征；判斷接入沖擊負荷后的節(jié)點電壓水平能否保持合格水平；計及節(jié)點電壓最大偏移量，給出電網(wǎng)的消納沖擊負荷的量化值；計及變壓器容量限制，給定變壓器負載率與沖擊負荷含量約束關系；根據(jù)變壓器實際負載率與沖擊負荷含量水平，判斷已有變壓器配置容量能否滿足當前需求；根據(jù)分析結(jié)果給出適應沖擊負荷接入的相應對策。該方法相對于傳統(tǒng)方法更高效、簡便和實用。
文檔編號H02J3/38GK103078347SQ20131001181
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月12日 優(yōu)先權日2013年1月12日
發(fā)明者溫柏堅, 鄧健俊, 張勇軍 申請人:華南理工大學