基于分布系數(shù)法的高低壓 電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行效益分析

秦 昕 李修華 裴 旵 呂思穎 要 航 孫 艷 李如琦

（1. 廣西電力系統(tǒng)最優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2. 廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 3. 廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，當(dāng)今電網(wǎng)正不斷向更高電壓等級(jí)發(fā)展，但我國(guó)高電壓等級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還不成熟[1]，同時(shí)低電壓電網(wǎng)不能單獨(dú)支撐整個(gè)電網(wǎng)，為了滿足現(xiàn)在大量輸電和用電的需求，電網(wǎng)只能暫時(shí)將不同電壓等級(jí)運(yùn)行的線路，通過(guò)聯(lián)系兩端變壓器電磁回路而并聯(lián)運(yùn)行，即采用高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行[2-5]。

電磁環(huán)網(wǎng)雖然在發(fā)揮設(shè)備輸電能力、保證電源輸送可靠性、提高電網(wǎng)運(yùn)行可行性等方面發(fā)揮重要作用，但它只能作為電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的一種過(guò)渡結(jié)構(gòu)，這是由于當(dāng)采用電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，高電壓等級(jí)的線路跳閘后引起的功率轉(zhuǎn)移容易造成低電壓等級(jí)的線路穩(wěn)定破壞，嚴(yán)重情況下會(huì)引起連鎖反應(yīng)造成大面積停電事故[6-11]。因此，需要在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行有效的分析計(jì)算與調(diào)度監(jiān)控。本文采用基于分布系數(shù)法的電磁環(huán)網(wǎng)潮流控制技術(shù)[12]，用PSD-BPA軟件進(jìn)行潮流仿真計(jì)算，研究了廣西電磁環(huán)網(wǎng)在采用新舊方法時(shí)合山電廠在相應(yīng)情況下的不同出力值計(jì)算與調(diào)度監(jiān)控。基于分布系數(shù)的電磁環(huán)網(wǎng)潮流控制方法在確保系統(tǒng)安全的前提下，能夠解決傳統(tǒng)控制方法存在的問題，使電磁環(huán)網(wǎng)潮流得以快速準(zhǔn)確地監(jiān)控，發(fā)揮現(xiàn)有電磁環(huán)網(wǎng)的輸送能力，并且在涉及機(jī)組出力送出問題時(shí)，顯著提高了電廠送出能力，充分挖掘現(xiàn)有的發(fā)電設(shè)備潛力。

1 分布系數(shù)法

傳統(tǒng)的電磁環(huán)網(wǎng)潮流控制形式是高低壓線路潮流之和小于給定的功率極限值，即

式中，L1、L2分別為低高壓線路的潮流值；C為給定的功率極限值，即等于L2斷開，L1達(dá)到滿載時(shí)的潮流值及L2斷開前瞬間L1、L2線路的潮流值之和。傳統(tǒng)方法的關(guān)鍵在于C值如何求得，通常做法是不斷調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力直至滿足高電壓等級(jí)的線路斷開后造成低電壓等級(jí)線路的功率達(dá)到其穩(wěn)定極限為止，即可得到C值。得到C值后通過(guò)調(diào)節(jié)電廠出力使得高低壓線路潮流之和等于給定的功率極限值，這時(shí)的電廠出力就是傳統(tǒng)方法的調(diào)節(jié)結(jié)果。但這種方法存在兩個(gè)問題：一是在調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力時(shí)，高電壓等級(jí)的線路跳閘后也有可能造成低電壓等級(jí)線路的功率超過(guò)其穩(wěn)定限值；二是在輸送電能時(shí)易造成窩電，降低電力供應(yīng)能力。因此需要新的控制方法對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)實(shí)行合理有效的計(jì)算分析與調(diào)度監(jiān)控。

分布系數(shù)法是將高電壓線路潮流乘以分布系數(shù)后疊加到低電壓線路潮流上，以疊加后的低電壓線路潮流不超過(guò)穩(wěn)定限值為控制原則，即

式中，a為分布系數(shù)，在調(diào)度監(jiān)控時(shí)為常數(shù)；max1L為 線路L1的穩(wěn)定極限值。分布系數(shù)法的關(guān)鍵在于a值的求解，求解方法是在某一運(yùn)行工況下，通過(guò)調(diào)整機(jī)組出力或負(fù)荷功率使得高電壓等級(jí)的線路斷開后造成低電壓等級(jí)線路的功率達(dá)到其穩(wěn)定限值為止，記錄 線路開斷前的L1、L2及開斷后的max1L，即采用下式 求取

分布系數(shù)法的調(diào)控手段是：把求解到的a值設(shè)為定值，高低壓等級(jí)線路均合上，通過(guò)不斷調(diào)整相應(yīng)電廠的出力使得低壓線路潮流加上高壓線路潮流與a之積等于L1的穩(wěn)定極限值，這時(shí)得出的電廠出力就是分布系數(shù)法的調(diào)節(jié)結(jié)果。

2 電磁環(huán)網(wǎng)效益分析數(shù)學(xué)模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

文獻(xiàn)[13]提出電磁環(huán)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益主要來(lái)源于輸送的電力，故有必要對(duì)電廠機(jī)組出力值進(jìn)行分析，通過(guò)比較在采用不同潮流控制方法下電廠的出力值得出分布系數(shù)法的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，因此目標(biāo)函數(shù)為

式中，t為時(shí)間點(diǎn)；f為24小時(shí)電廠機(jī)組出力總值；Pt為t點(diǎn)電廠機(jī)組出力總值。

2.2 約束條件

（1）潮流方程約束

1）對(duì)于傳統(tǒng)方法，其約束條件為

式中，L1、L2分別為低高壓線路的潮流值；C為給定的功率極限值。

2）對(duì)于分布系數(shù)法，其約束條件為

式中，a為分布系數(shù)；max1L為線路L1的穩(wěn)定極限值。

（2）電廠機(jī)組容量約束

式中，Pi為第i機(jī)組出力；為第i機(jī)組容量。

（3）電網(wǎng)安全性約束

調(diào)節(jié)電廠機(jī)組出力時(shí)需要保證電網(wǎng)各電壓在安全范圍之內(nèi)。

3 電廠出力值計(jì)算流程

基于廣西電力調(diào)度中心給定的廣西電網(wǎng)大方式仿真數(shù)據(jù)，可以利用PSD-BPA軟件進(jìn)行潮流計(jì)算，計(jì)算流程圖如圖1所示。

圖1 電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行效益分析流程圖

4 實(shí)例分析

以廣西電網(wǎng)中溯河-來(lái)賓電磁環(huán)網(wǎng)的2014年某日數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用PSD-BPA潮流計(jì)算軟件，計(jì)算了該電磁環(huán)網(wǎng)的熱穩(wěn)控制極限。溯河-來(lái)賓電磁環(huán)網(wǎng)示例圖如圖2所示。

圖2 溯河-來(lái)賓電磁環(huán)網(wǎng)示例圖

當(dāng)500kV溯來(lái)雙線斷開，逐漸增加合山新廠出力時(shí)，溯河-磨東220kV低壓線先達(dá)到滿載狀態(tài)，故500kV溯來(lái)雙線和220kV溯磨線組成高低壓電磁環(huán)網(wǎng)。從中國(guó)南方電網(wǎng)2013年12月發(fā)布的《2014年廣西電網(wǎng)年度運(yùn)行方式》得出40℃下220kV溯磨線 的熱有功限值為215MW（即max1L），又通過(guò)計(jì)算廣 西電網(wǎng)近兩年溯來(lái)電磁環(huán)網(wǎng)極端工況的潮流，可得到L1（溯磨線）和L2（溯來(lái)線）的C值為565MW，a值為0.19。

對(duì)2014年典型日24個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行潮流計(jì)算，可得到相應(yīng)的合山電廠在采用分布系數(shù)法和傳統(tǒng)方法控制潮流時(shí)的出力差值，從而得到該電廠一天以及一年多發(fā)的電量和增加的產(chǎn)值，計(jì)算結(jié)果詳見下表和圖3。

表 溯河-來(lái)賓電磁環(huán)網(wǎng)中合山電廠出力差值比較表

圖3 分布系數(shù)法與傳統(tǒng)方法的合山電廠出力差值圖

由表1及圖3可知，傳統(tǒng)電磁環(huán)網(wǎng)控制方法使得高低壓電磁環(huán)網(wǎng)的高低壓線路參數(shù)受機(jī)組出力的影響很大，且調(diào)控精度不高并減弱了電磁環(huán)網(wǎng)的輸送能力，大大降低了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。采用分布系數(shù)法控制潮流時(shí)，合山電廠一天可多發(fā)的有功功率為6713.7MW，比采用傳統(tǒng)方法時(shí)的有功功率增長(zhǎng)了62.26%；多發(fā)的發(fā)電量為6713700kWh，平均每小時(shí)可多發(fā)有功功率為279.73MW。按照合山電廠2012年和2013年發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)平均值（4079+ 5015）/2=4547折算，合山電廠一年可多發(fā)電量為279.73×4547×1000=1279485020kWh。根據(jù)廣西區(qū)物價(jià)局發(fā)布的《廣西壯族自治區(qū)物價(jià)局關(guān)于進(jìn)一步疏導(dǎo)環(huán)保電價(jià)矛盾的通知》（桂價(jià)格[2014]108號(hào)文），合山電廠上網(wǎng)電價(jià)為0.4574元/kWh。因此，合山電廠一年可增加產(chǎn)值為1279485020×0.4574=585236448.1元，折合約為5.852億元。

若合山電廠全年8760小時(shí)均投入運(yùn)行，那么合山電廠一年可多發(fā)電量高達(dá)279.73×8760×1000= 2450434800kWh，合山電廠一年可增加產(chǎn)值將達(dá)到2450434800×0.4574=1120828878元，折合約為11.208億元。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前電磁環(huán)網(wǎng)的傳統(tǒng)潮流控制方法不能正確反映機(jī)組出力、負(fù)荷等系統(tǒng)工況變化對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)潮流的影響，存在安全隱患及不能充分發(fā)揮電磁環(huán)網(wǎng)的輸送能力問題。而采用分布系數(shù)法控制潮流時(shí)，合山電廠一天可多發(fā)的有功功率為6713.7MW，比采用傳統(tǒng)方法時(shí)的有功功率增長(zhǎng)62.26%，多發(fā)的發(fā)電量為6713700kWh。按照合山電廠2012年和2013年發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)平均值折算，其一年可多發(fā)電量高達(dá)1279485020kWh?？梢姡疚牟捎玫幕诜植枷禂?shù)的電磁環(huán)網(wǎng)潮流控制方法在確保系統(tǒng)安全的前提下，能夠解決傳統(tǒng)控制方法存在的問題，使電磁環(huán)網(wǎng)潮流得以快速準(zhǔn)確地監(jiān)控，發(fā)揮現(xiàn)有電磁環(huán)網(wǎng)的輸送能力，并且在涉及機(jī)組出力送出問題時(shí)，顯著提高了電廠送出能力，充分挖掘了現(xiàn)有的發(fā)電設(shè)備潛力。

因此，采用本項(xiàng)目研究的分布系數(shù)電磁環(huán)網(wǎng)潮流控制方法，可提高電網(wǎng)運(yùn)行效益水平，獲得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益雙豐收。

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