本發(fā)明涉及電力仿真技術(shù)領域，具體涉及一種變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)無功功率應滿足“分層分區(qū)，就地平衡”的基本要求。從“分層”的要求來看，交流電網(wǎng)中各變電站內(nèi)無功補償設備的投切，總量上應基本補償線路充電功率(扣除線路并聯(lián)電抗器容量)扣除線路、變壓器無功損耗后的缺額；從“分區(qū)”的要求來看，理想情況下變電站內(nèi)無功補償設備的投切應保證站間無功潮流為0，即不存在無功潮流在站與站之間流動。而電網(wǎng)運行方式千變?nèi)f化，不同的有功輸送水平下，線路和變壓器上的無功損耗均相差甚遠，同時母線電壓也存在波動，反過來又影響無功損耗。電壓和無功是存在相互依存相互制約的復雜關系。因此，要完全滿足無功“分層分區(qū)，就地平衡”的要求，交流變電站內(nèi)無功設備的投切，需跟蹤潮流的變化進行實時投切。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)及其方法，無功交換功率小，控制效果好。
為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)，其特點是，包含：
數(shù)據(jù)獲取模塊，用于根據(jù)變電站內(nèi)設備基礎參數(shù)和潮流方式組合形成投切前運行方式，并獲取投切前運行方式數(shù)據(jù)；
計算模塊，與所述的數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于根據(jù)投切前運行方式數(shù)據(jù)，獲得無功狀態(tài)量的計算結(jié)果；
優(yōu)化模塊，與所述的計算模塊連接，用于根據(jù)無功狀態(tài)量的計算結(jié)果進行投切優(yōu)化，確定變電站內(nèi)的無功補償容量；
執(zhí)行模塊，與所述的優(yōu)化模塊連接，用于根據(jù)變電站內(nèi)的無功補償容量，對既定無功補償狀態(tài)下中壓側(cè)電壓變化時的無功交換量進行校核。
所述的數(shù)據(jù)獲取模塊包含數(shù)據(jù)合成單元及分別與之連接的基礎方式數(shù)據(jù)獲取單元及基礎設備數(shù)據(jù)獲取單元，所述的數(shù)據(jù)合成單元與所述的計算模塊連接，其中，所述的基礎方式數(shù)據(jù)獲取單元用于根據(jù)各出線有功功率組合、主變分接頭位置及等值發(fā)電機機端電壓獲取基礎方式數(shù)據(jù)；所述的基礎設備數(shù)據(jù)獲取單元用于根據(jù)主變、出線電抗及變電站內(nèi)無功補償設備容量、組數(shù)獲取基礎設備數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)合成單元用于根據(jù)基礎方式數(shù)據(jù)和基礎設備數(shù)據(jù)獲得投切前運行方式數(shù)據(jù)。
一種變電站無功投切優(yōu)化仿真方法，其特點是，包含以下步驟：
步驟s1：根據(jù)變電站內(nèi)設備基礎參數(shù)和潮流方式組合形成投切前運行方式，并獲取投切前運行方式數(shù)據(jù)；
步驟s2：根據(jù)投切前運行方式數(shù)據(jù)，獲得無功狀態(tài)量的計算結(jié)果；
步驟s3：根據(jù)無功狀態(tài)量的計算結(jié)果進行投切優(yōu)化，確定變電站內(nèi)的無功補償容量；
步驟s4：根據(jù)變電站內(nèi)的無功補償容量，對既定無功補償狀態(tài)下中壓側(cè)電壓變化時的無功交換量進行校核。
所述的步驟s1中包含：
步驟s1.1：根據(jù)各出線有功功率組合、主變分接頭位置及等值發(fā)電機機端電壓獲取基礎方式數(shù)據(jù)；
步驟s1.2：根據(jù)主變、出線電抗及變電站內(nèi)無功補償設備容量、組數(shù)獲取基礎設備數(shù)據(jù)；
步驟s1.3：根據(jù)基礎方式數(shù)據(jù)和基礎設備數(shù)據(jù)獲得投切前運行方式數(shù)據(jù)。
本發(fā)明一種變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)及其方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：通過仿真得出變電站無功投切優(yōu)化策略，能夠?qū)o功交換功率進行控制，控制效果好。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明一種變電站無功投切優(yōu)化仿真方法的流程圖；
圖3為特高壓交流變電站內(nèi)補償容量無功平衡原則示意圖；
圖4a為特高壓交流變電站潮流組合示意圖一；
圖4b為特高壓交流變電站潮流組合示意圖二；
圖5為交流變電站等值結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
現(xiàn)代的電力系統(tǒng)仿真軟件開始向研究人員提供二次開發(fā)接口，允許研究人員開發(fā)腳本程序，以便擴充模型、自動完成大批量的仿真計算及結(jié)果分析。pss/e是這類分析工具的代表。自pss/e30版本起，開始支持python開發(fā)語言。python開發(fā)語言是一種近幾年流行起來的跨平臺的、面向?qū)ο蟮?、通用的、開放的編程語言。作為腳本語言，python開發(fā)語言的設計目標之一就是成為一種“膠水”語言。在基于pss/e開發(fā)高級應用時，python開發(fā)語言能夠直接調(diào)用pss/e內(nèi)部提供的豐富的api函數(shù)，從而完全控制pss/e以實現(xiàn)各種短路、潮流計算功能。
本發(fā)明基于python程序設計語言，調(diào)用pss/e作為核心計算引擎，開發(fā)了變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)，如圖1所示，包含：數(shù)據(jù)獲取模塊100，用于根據(jù)變電站內(nèi)設備基礎參數(shù)和潮流方式組合形成投切前運行方式，并獲取投切前運行方式數(shù)據(jù)；計算模塊200，與所述的數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于根據(jù)投切前運行方式數(shù)據(jù)，獲得無功狀態(tài)量的計算結(jié)果；優(yōu)化模塊300，與所述的計算模塊連接，用于根據(jù)無功狀態(tài)量的計算結(jié)果進行投切優(yōu)化，確定變電站內(nèi)的無功補償容量；執(zhí)行模塊400，與所述的優(yōu)化模塊連接，用于根據(jù)變電站內(nèi)的無功補償容量，對既定無功補償狀態(tài)下中壓側(cè)電壓變化時的無功交換量進行校核。
在本實施例中，較佳地，所述的數(shù)據(jù)獲取模塊100包含數(shù)據(jù)合成單元101及分別與之連接的基礎方式數(shù)據(jù)獲取單元102及基礎設備數(shù)據(jù)獲取單元103，所述的數(shù)據(jù)合成單元101與所述的計算模塊200連接，其中，所述的基礎方式數(shù)據(jù)獲取單元102用于根據(jù)各出線有功功率組合、主變分接頭位置及等值發(fā)電機機端電壓獲取基礎方式數(shù)據(jù)；所述的基礎設備數(shù)據(jù)獲取單元103用于根據(jù)主變、出線電抗及變電站內(nèi)無功補償設備容量、組數(shù)獲取基礎設備數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)合成單元101用于根據(jù)基礎方式數(shù)據(jù)和基礎設備數(shù)據(jù)獲得投切前運行方式數(shù)據(jù)。
結(jié)合上述的變電站無功投切優(yōu)化仿真系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了一種變電站無功投切優(yōu)化仿真方法，如圖2所示，包含以下步驟：
步驟s1：根據(jù)變電站內(nèi)設備基礎參數(shù)和潮流方式組合形成投切前運行方式，并獲取投切前運行方式數(shù)據(jù)。
步驟s1.1：根據(jù)各出線有功功率組合、主變分接頭位置及等值發(fā)電機機端電壓獲取基礎方式數(shù)據(jù)；
步驟s1.2：根據(jù)主變、出線電抗及變電站內(nèi)無功補償設備容量、組數(shù)獲取基礎設備數(shù)據(jù)；
步驟s1.3：根據(jù)基礎方式數(shù)據(jù)和基礎設備數(shù)據(jù)獲得投切前運行方式數(shù)據(jù)。
步驟s2：根據(jù)投切前運行方式數(shù)據(jù)，獲得無功狀態(tài)量的計算結(jié)果。
步驟s3：根據(jù)無功狀態(tài)量的計算結(jié)果進行投切優(yōu)化，確定變電站內(nèi)的無功補償容量。
步驟s4：根據(jù)變電站內(nèi)的無功補償容量，對既定無功補償狀態(tài)下中壓側(cè)電壓變化時的無功交換量進行校核。
在本實施例中，用于確定特高壓(1000kv)各變電站無功補償裝置投切原則。特高壓投入低壓無功補償?shù)娜萘颗c特高壓輸送功率水平密切相關。因此，初步確定特高壓系統(tǒng)無功補償裝置投切控制原則為：隨著特高壓輸送功率的變化，投切無功補償設備使特高壓系統(tǒng)與500kv電網(wǎng)的無功交換功率最小。根據(jù)這一原則，下面計算特高壓無功補償控制及與系統(tǒng)無功交換情況。
本發(fā)明中假設特高壓變電站間線路中點的無功潮流為0，即變電站內(nèi)無功投切量按圖3所示原則進行。
圖3中，虛線框內(nèi)為變電站無功平衡區(qū)域，滿足式下式：
式(1)中各變量含義如下：
qci：變電站內(nèi)i號變壓器的低壓無功補償容量，容性為正，感性為負；
t：變電站內(nèi)變壓器臺數(shù)；
qsys：變電站從下級系統(tǒng)吸收的無功；
n：變電站出線回路數(shù)；
δqti：i號變電器無功損耗；
qshunti：變電站內(nèi)i號出線并聯(lián)電抗器容量
subi：相鄰i號變電站母線
按式(1)原則，變電站內(nèi)無功補償容量應為：
為達到“分層”平衡要求，令qsys為0，則無功補償容量為：
也就是說，站內(nèi)無功補償量，等于變壓器無功損耗、一半出線無功損耗、站內(nèi)線路高壓并聯(lián)電抗器容量三者之和扣除一半出線充電功率后的無功缺額。
變壓器無功損耗δqti、線路無功損耗
式(4)和式(5)中各變量含義如下：
pti：i號變壓器有功潮流；
qti：i號變壓器無功潮流；
vti：i號變壓器母線線電壓(潮流監(jiān)測點側(cè))
pli：i號出線有功潮流；
qli：i號出線無功潮流；
vli：i號出線線電壓(潮流監(jiān)測點側(cè))
xti：i號變壓器電抗
xli：i號出線電抗
正常條件下，系統(tǒng)電壓均在標幺值1附近運行，且功率因數(shù)在0.9以上。用標幺值表示式如下：
將式(6)和式(7))代入式(3)，得到：
令：
varstate為變電站在對應的方式下的無功狀態(tài)量。則變電站內(nèi)無功補償量為：
無功狀態(tài)量varstate的物理含義是變電站無功損耗(主變+一半出線)同站內(nèi)線路并聯(lián)電抗器容量之和減去出線一半充電功率的差值。也就是站內(nèi)所需無功補償容量等于無功狀態(tài)量。
由上面的分析可知，要保證在變電站無功平衡區(qū)域內(nèi)盡可能做到無功本地平衡，站內(nèi)無功補償設備需根據(jù)無功狀態(tài)量varstate進行投切。而無功狀態(tài)量varstate受有功潮流變化影響較大。且對于多出線的變電站，各分支元件(包括出線、主變)潮流大小，方向均會相互影響。以某變電站(含兩回出線，兩臺主變)為例進行說明。
圖4a中，兩回出線屬同一方向，潮流方向均一致，顯然變壓器潮流為兩回出線潮流之和。此時線路潮流越大，可認為無功狀態(tài)量varstate越大，所需站內(nèi)補償量越多。
而圖4b中，兩回出線來自不同方向，潮流方向相反，變電站除承擔為本地負荷供電任務外，尚承擔了一部分穿越潮流，變壓器潮流為兩回出線潮流之差。此時兩回線路潮流若同時增大，變壓器潮流不一定增大，甚至可能減小，無功狀態(tài)量varstate變化趨勢需具體分析。
若變電站出線在三回、四回甚至更多，則不同潮流組合更為復雜。
不論潮流方向如何變化，表征變電站無功缺額的無功狀態(tài)量varstate同所需無功補償量的關系是不變的。因此，可對各種功率組合下變電站內(nèi)無功狀態(tài)量varstate進行監(jiān)視，以此作為站內(nèi)無功投切的依據(jù)。
對單一變電站進行無功投切優(yōu)化時，可將變電站等值為如圖5所示結(jié)構(gòu)：對變電站內(nèi)主變，無功補償設備、母線及站外出線(母線至出線中點)予以保留，主變中壓側(cè)以外系統(tǒng)用等值發(fā)電機表示，線路有功潮流用出線末端的等值負荷表示，無功負荷設為0。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。