電容器投切母線電壓增量非線性模型的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電容器投切母線電壓增量的非線性模型以及其計(jì)算方法，屬于電 力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容器是在自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱AVC系統(tǒng)）中調(diào)節(jié)的主要設(shè)備，但是其 動(dòng)作對(duì)電壓和無功功率均存在調(diào)節(jié)效應(yīng)，當(dāng)電壓和無功功率的調(diào)節(jié)方向相反的時(shí)候，比如 電壓偏高，但是無功功率欠補(bǔ)，一旦投入容量不恰當(dāng)?shù)碾娙萜?，?huì)導(dǎo)致無功功率正常，電壓 卻越上限的情況，這種現(xiàn)象在電壓帶寬較窄的地調(diào)更普遍，所以AVC在決策前需要確定電 容器動(dòng)作是否會(huì)導(dǎo)致母線電壓越限。
[0003] 傳統(tǒng)的判斷方法是將電容器作為一個(gè)無功功率源，母線作為PQ節(jié)點(diǎn)，先計(jì)算出母 線電壓和無功功率注入的靈敏度，用電容器的額定容量乘以該靈敏度就可以得出電壓實(shí)際 的增量，進(jìn)而可以判斷出電容器動(dòng)作后母線電壓是否越限。靈敏度方法原理簡(jiǎn)單，但其存在 以下問題：
[0004] 1 :靈敏度方法使用全網(wǎng)量測(cè)，而很多地縣調(diào)量測(cè)布置以及量測(cè)質(zhì)量還是很薄弱 的；
[0005] 2 :靈敏度方法采用了很多假設(shè)，比如認(rèn)為原件兩端相位為0,電壓為標(biāo)么值，而這 些假設(shè)大多是不合理的；
[0006] 3 :靈敏度方法對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（阻抗、電容器額定容量）和運(yùn)行參數(shù)（有 功、無功功率）等依賴性很大，如果其他廠站的參數(shù)有誤，則會(huì)對(duì)其他廠站的計(jì)算帶來很大 的誤差；
[0007] 4:靈敏度方法認(rèn)為電容器始終向電網(wǎng)注入額定無功功率，但其對(duì)電網(wǎng)注入的無功 功率是和投入后的電壓成平方關(guān)系的，無法恰當(dāng)?shù)姆从畴娙萜鞯奶匦浴?br>[0008] 如果在電壓處在上下限邊緣，利用靈敏度方法可能會(huì)判斷電容器動(dòng)作電壓不越 限，于是AVC會(huì)發(fā)命令使電容器動(dòng)作，但由于受上面四種因素的影響，這個(gè)判斷結(jié)果是不可 靠的。于是電容器實(shí)際動(dòng)作后電壓越限，于是又對(duì)電容器發(fā)另一個(gè)命令，造成頻繁動(dòng)作、電 壓無功功率波動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電容器投切母線電壓增量的 非線性模型以及計(jì)算方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中采用靈敏度方法計(jì)算電容器投切母線電壓增量 導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確、電容器頻繁動(dòng)作、電壓無功波動(dòng)的技術(shù)問題。
[0010] 該方法僅需廠站內(nèi)量測(cè)，結(jié)合部分運(yùn)行參數(shù)即可計(jì)算出電容器投切動(dòng)作后母線電 壓增量。
[0011] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：電容器投切母線電壓增量非線性 模型的計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：電容器投切前記錄如下參數(shù)：
[0013] 上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。、當(dāng)前廠站主變高壓側(cè)母線電壓U1、當(dāng)前廠站 主變低壓側(cè)母線電壓U 2、上一級(jí)廠站內(nèi)主變變比K。： 1、當(dāng)前廠站內(nèi)主變變比K: 1、需要投切 動(dòng)作電容器的容量C、上一級(jí)廠站主變的阻抗RT(]+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗R T1+jXT1以及輸 電線路的阻抗R+jX ;
[0014] 步驟二：做如下三項(xiàng)假設(shè)：
[0015] 1、上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。在電容器投切前后近似不變；
[0016] 2、電阻遠(yuǎn)小于電抗，可同時(shí)忽略電阻和電壓降的橫向分量；
[0017] 3、忽略廠站內(nèi)主變的有功損耗和無功損耗；
[0018] 步驟三：基于步驟二的三項(xiàng)假設(shè)，對(duì)廠站內(nèi)主變等值電路進(jìn)行等效變換，具體如 下：
[0019] 將上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓折算到低壓側(cè)，作為等效電路的輸入電壓，則
[0020] 將上一級(jí)廠站主變的阻抗RTO+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗R T1+jXTJP輸電線路的阻 抗R+jX等效為電抗jXs (假設(shè)2,忽略電阻，Xs= X TQ+XT1+X);
[0021] 將當(dāng)前廠站主變低壓側(cè)母線電壓U2折算到高壓側(cè)，作為等效電路的輸出電壓，當(dāng) 前廠站主變高壓側(cè)母線電壓為KU 2;
[0022] 步驟四：在電容器投入前，根據(jù)步驟三輸出的等效電路，結(jié)合電網(wǎng)電壓降落原理， 得到如下公式：
[0024] 式中處是低壓側(cè)母線上的負(fù)荷的總無功功率；
[0025] 步驟五：將需要投切動(dòng)作的電容器投入，設(shè)當(dāng)前廠站主變低壓側(cè)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)母線 電壓增量為A U，同時(shí)對(duì)負(fù)荷無功功率產(chǎn)生的變化量為A Q，母線電壓的角頻率為電容 器投入后，向系統(tǒng)注入的無功功率為：Q =? C (U2+A U)2,于是有：
[0031] 如忽略負(fù)荷無功功率產(chǎn)生的變化量A Q，即令A(yù) Q = 〇,設(shè)投切電容器的額定電壓 為Un、額定容量為Qn
，代入式（4)簡(jiǎn)化后得：
[0033] 步驟六：計(jì)算Xs= XTO+XT1+X，并代入公式（5)計(jì)算，AU即為電容器投切后母線電 壓增量。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：不再需要全網(wǎng)量測(cè)，僅需廠站內(nèi)量 測(cè)，在已知電容器額定電壓、額定容量和系統(tǒng)綜合阻抗的情況下，結(jié)合運(yùn)行參數(shù)，就能夠準(zhǔn) 確地計(jì)算出電容器投切動(dòng)作后母線電壓增量，采用本發(fā)明方法算出的母線電壓增量判斷電 容器動(dòng)作后母線電壓是否越限，判斷結(jié)果可靠，能夠有效避免電容器頻繁動(dòng)作，減少無功功 率波動(dòng)。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發(fā)明中變電站等值電路圖。
[0036] 圖2是圖1基于假設(shè)的變電站等值電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038] 電容器投切母線電壓增量非線性模型的計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0039] 步驟一：電容器投切前記錄如下參數(shù)：
[0040] 上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。、當(dāng)前廠站主變高壓側(cè)母線電壓U1、當(dāng)前廠站 主變低壓側(cè)母線電壓U 2、上一級(jí)廠站內(nèi)主變變比K。： 1、當(dāng)前廠站內(nèi)主變變比K: 1、需要投切 動(dòng)作電容器的容量C、上一級(jí)廠站主變的阻抗RT(]+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗R T1+jXT1以及輸 電線路的阻抗R+jX ;
[0041] 步驟二：做如下三項(xiàng)假設(shè)：
[0042] 1、上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。在電容器投切前后近似不變；
[0043] 2、電阻遠(yuǎn)小于電抗，可同時(shí)忽略電阻和電壓降的橫向分量；
[0044] 3、忽略廠站內(nèi)主變的有功損耗和無功損耗；
[0045] 步驟三：基于步驟二的三項(xiàng)假設(shè)，對(duì)廠站內(nèi)主變等值電路進(jìn)行等效變換，如圖1所 示，是變電站的電路圖，具體等效變換步驟如下：
[0046] 將上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓折算到低壓側(cè)，作為等效電路的輸入電壓，則
[0047] 將上一級(jí)廠站主變的阻抗RTO+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗R T1+jXTJP輸電線路的阻 抗R+jX等效為電抗jXs (假設(shè)2,忽略電阻，Xs= X TQ+XT1+X);
[0048] 將當(dāng)前廠站主變低壓側(cè)母線電壓U2折算到高壓側(cè)，作為等效電路的輸出電壓，當(dāng) 前廠站主變高壓側(cè)母線電壓為KU 2;
[0049] 如圖2所示，是圖1基于步驟二的三項(xiàng)假設(shè)等效變換后的電路圖。
[0050] 步驟四：在電容器投入前，根據(jù)步驟三輸出的等效電路，結(jié)合電網(wǎng)電壓降落原理， 得到如下公式：
[0052] 式中是變電站低壓母線上流動(dòng)的無功功率；
[0053] 步驟五：將需要投切動(dòng)作的電容器投入，設(shè)當(dāng)前廠站主變低壓側(cè)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)母線 電壓增量為A U，同時(shí)對(duì)負(fù)荷無功功率產(chǎn)生的變化量為A Q，母線電壓的角頻率為電容 器投入后，向系統(tǒng)注入的無功功率為：Q =? C (U2+A U)2,于是有：
[0059] 忽略負(fù)荷無功功率產(chǎn)生的變化量AQ，即令A(yù)Q = 〇,設(shè)投切電容器的額定電壓為 Un、額定容量為Qn
1代入式（4)簡(jiǎn)化后得：
[0061] 步驟六：計(jì)算Xs= XTO+XT1+X，并代入公式（5)計(jì)算，AU即為電容器投切后母線電 壓增量，其中X T。、Xti、X可從EMS系統(tǒng)中讀取。
[0062] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.電容器投切母線電壓增量的非線性模型以及計(jì)算方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟一：電容器投切前記錄如下參數(shù)： 上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。、當(dāng)前廠站主變高壓側(cè)母線電壓U1、當(dāng)前廠站主變 低壓側(cè)母線電壓U2、上一級(jí)廠站內(nèi)主變變比1(。:1、當(dāng)前廠站內(nèi)主變變比K:l、需要投切動(dòng)作 電容器的容量C、上一級(jí)廠站主變的阻抗R?+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗RT1+jX T1以及輸電線 路的阻抗R+jX ; 步驟二：做如下三項(xiàng)假設(shè)： 1、 上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓U。在電容器投切前后近似不變； 2、 電阻遠(yuǎn)小于電抗，可同時(shí)忽略電阻和電壓降的橫向分量； 3、 忽略廠站內(nèi)主變的有功損耗和無功損耗； 步驟三：基于步驟二的三項(xiàng)假設(shè)，對(duì)廠站內(nèi)主變等值電路進(jìn)行等效變換，具體如下： 將上一級(jí)廠站主變高壓側(cè)母線電壓折算到低壓側(cè)，作為等效電路的輸入電壓，則上一 級(jí)廠站主變低壓側(cè)母線電壓將上一級(jí)廠站主變的阻抗R?+jXT。、當(dāng)前廠站主變的阻抗RT1+jXT1和輸電線路的阻抗 R+jX等效為電抗jXs; 將當(dāng)前廠站主變低壓側(cè)母線電壓U2折算到高壓側(cè)，作為等效電路的輸出電壓，當(dāng)前廠 站主變高壓側(cè)母線電壓為KU2; 步驟四：在電容器投入前，根據(jù)步驟三輸出的等效電路，結(jié)合電網(wǎng)電壓降落原理，得到 如下公式：式中是低壓側(cè)母線上的負(fù)荷的總無功功率； 步驟五：對(duì)于AVC預(yù)決策出的電容器，預(yù)判其投入對(duì)母線電壓的影響，設(shè)當(dāng)前廠站主 變低壓側(cè)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)母線電壓增量為AU，同時(shí)由于電壓變化引起的電壓變化對(duì)負(fù)荷無功 功率產(chǎn)生的變化量為AQ，母線電壓的角頻率為ω ;電容器投入后，向系統(tǒng)注入的無功功率 為：Q = c〇C(U2+AU)2,于是有：如果忽略負(fù)荷無功功率產(chǎn)生的變化量AQ，即令A(yù)Q = 0,設(shè)投切電容器的額定電壓為 Un、額定容量為QN，則弋入式⑷簡(jiǎn)化后得：步驟六：計(jì)算Xs= X?+XT1+X，并代入公式（5)計(jì)算，AU即為電容器投切后母線電壓增 量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容器投切母線電壓增量非線性模型的計(jì)算方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用靈敏度方法計(jì)算電容器投切母線電壓增量導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確、電容器頻繁動(dòng)作、電壓無功波動(dòng)的技術(shù)問題。本發(fā)明方法依據(jù)電力系統(tǒng)的基本原理，在三個(gè)基本假設(shè)的基礎(chǔ)上，在已知電容器額定電壓、額定容量和系統(tǒng)綜合阻抗的情況下，結(jié)合僅采集于廠站內(nèi)的量測(cè)，便能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出電容器投切動(dòng)作后母線電壓增量。采用本發(fā)明方法算出的母線電壓增量判斷電容器動(dòng)作后母線電壓是否越限，判斷結(jié)果可靠，能夠有效避免電容器頻繁動(dòng)作，減少無功功率波動(dòng)。
【IPC分類】H02J3/16, G06F19/00
【公開號(hào)】CN105162127
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510523954
【發(fā)明人】楊洛, 陸進(jìn)軍, 杜磊, 龔成明, 黃華, 陳天華, 徐春雷, 周璐
【申請(qǐng)人】國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司南通供電公司, 國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月24日