电力系统无功电压调控的失配机理与协调优化

电力系统无功电压调控的失配机理与协调优化
作者：张勇军，温柏坚，林建熙，张豪 著
出版时间： 2017年版
内容简介
　　随着我国电力系统互联的深入发展和高速膨胀、大容量超高压交直流输电的应用以及分布式电源比重的提高，导致多级电网之间无功耦合的高度复杂性，各区域间的电气联络日益复杂，电磁环网运行越来越普遍，对电网电压水平的控制已不能仅仅局限于本区域本电压等级内的范围，需要从多级电网内外调控手段的相互配合角度来指导大电网的无功电压控制。目前多级大电网无功电压调控问题的解决需要以自动电压控制系统（automatic voltage control，AVC）为依托，统一运行信息的来源与采集，处理厂/站信息的使用，实现对电网中离散与连续设备的控制以及不同层、级电网之间的调控配合。调控配合问题的核心是如何解决存在差异的调控目标之间、调控需求与调控能力之间的配合问题，其主要体现在以下几个方面：1）区域无功资源与负荷需求的配合；2）区域自动调控策略与负荷时间特性的配合；3）区域无功资源与自动调控系统间的配合；4）区域内自动调控系统间的配合；5）上下级电网间的调控配合。从调控特性上看，调控配合可总结为空间、时间与目标3个维度上的配合。省级电网和地区电网作为我国分级调度体制中z重要的两级电网，其上下层级间的调控配合即省地间调控配合问题是多级大电网无功电压调控配合问题的核心。在目前的无功电压管理中，省级电网调度（简称“省调”）定期下发各主要220 kV变电站的主变功率因数与高压侧母线电压运行范围，供地区电网调度（简称“地调”）执行与考核，省地级AVC系统的逐步推广运用为实现实时考核提供了运行基础。AVC的调控模式包括区域优化控制与就地校正控制：区域优化控制主要考核地区主导电压节点，一般基于无功优化进行调控目标的确定，这种控制模式无法体现省地级电网的分级调度体制特点，其实现效果往往与优化结果有差距；就地校正控制通过九区图及其改进区图进行变电站本站的无功电压调控，通常以变电站的低压侧电压和高压侧无功为控制对象，对本站独立调控，无法兼顾对相邻站点与上层电网的调控影响，可能造成相互间调控效果的劣化。在大电网无功耦合逐步加深、调控相互影响逐渐增强的情形下，省地级 AVC 系统的调控方式与策略需要充分考虑省级电网与地区电网调控能力与调控目标的差异性，实现省级电网与地区电网间的调控配合，驱动有调控能力的一方在配合过程中为双方调控目标的实现与调控需求的满足做出更多的贡献。本文首先介绍在互联大电网的背景下，电力系统的无功电压调控出现新的配合问题，分析总结配合问题的性质，在此基础上对电压调控失配问题进行机理分析，并以大方式下的省地电压调控失配为例提出解决的思路与策略。
目录
前言第１章概述１ １１ 研究背景１ １．１．１ 大电网无功电压调控的问题和困难１ １．１．２ 无功电压调控适配的客观需求３ １．１．３ 无功电压调控过程中亟待解决的问题４ １２ 无功电压调控的评价标准４ １．２．１ 电压质量标准５ １．２．２ 无功配置标准５ １３ 无功电压调控的管理运行机制７ １．３．１ 统一调度分级管理结构７ １．３．２ 主要考核对象７ １．３．３ 主要的参数整定７ １４ 国内外无功电压调控的研究与应用现状８ １．４．１ 变电站ＶＱＣ与系统ＡＶＣ简况８ １．４．２ 自动电压控制技术发展１０ １５ 本书的主要研究内容１３ 第２章无功电压调控失配问题的机理分析１５ ２１ 无功电压调控配合概念１５ ２．１．１ 无功电压调控设备１５ ２．１．２ 无功电压调控的理想状态１８ ２．１．３ 无功电压调控适配的性质２０ ２２ 省地电网无功电压调控的适配性２２ ２．２．１ 空间维度２３ ２．２．２ 时间维度２３ ２．２．３ 目标维度２４ ２３ 无功电压调控适配的分析体系及其关键２５ ２．３．１ 三维分析体系２５ ２．３．２ 调控适配判据２６ ２４ 本章小结２９ 第３章省地电网无功电压调控失配评估方法与指标３０ ３１ ５００犽犞供电片区站点间电压幅值相关性３０ ３２ 无功电压调控失配的状态和判定方法３１ ３．２．１ 高压母线电压偏高的情况３３ ３．２．２ 高压母线电压适中的情况３５ ３．２．３ 高压母线电压偏低的情况３６ ３３ 失配程度量化评估指标３６ ３．３．１ 运行失配度３６ ３．３．２ 结构失配度３９ ３４ 实例仿真４１ ３５ 本章小结４３ 第４章无功电压调控失配问题的博弈分析与建模４４ ４１ 上下级电网电压调控配合问题的等值分析模型４４ ４．１．１ 等值分析模型４４ ４．１．２ 区域分析模型４６ ４２ 博弈理论４７ ４．２．１ 电力系统无功电压调控的博弈本质４７ ４．２．２ 多级电压调控的博弈建模４８ ４．２．３ 大电网电压调控的博弈分析思路４９ ４．２．４ 收益函数建模５１ ４３ 基于区域等值模型的片区无功电压调控失配分析５４ ４．３．１ 等值模型及策略组合的说明５４ ４．３．２ 非合作博弈５５ ４．３．３ 合作博弈５９ ４４ 本章小结６０ 第５章无功电压调控配合特性分析６２ ５１ 典型无功电压调控失配场景仿真分析６２ ５．１．１ 高压母线电压偏高的失配分析６２ ５．１．２ 高压母线电压偏低的失配分析６９ ５２ 区域电网调控特性分析案例７６ ５．２．１ 系统轻载情况分析７７ ５．２．２ 系统重载情况分析８１ ５３ 区域电网调控措施分析８５ ５．３．１ 系统轻载调控策略分析８５ ５．３．２ 系统重载调控策略分析８６ ５４ 应对失配的策略８８ ５．４．１ 空间维８８ ５．４．２ 时间维８８ ５．４．３ 目标维８９ ５５ 本章小结８９ 第６章受端电网动态电压支撑优化建模９０ ６１ 受端电网的动态电压支撑问题９０ ６２ 动态电压支撑优化的数学模型９１ ６．２．１ 状态转移费用９１ ６．２．２ 年运行费用计算９２ ６．２．３ ＯＤＶＳ优化模型９３ ６３ 优化计算流程９３ ６４ 仿真计算分析９４ ６．４．１ 计算条件９４ ６．４．２ 寻优计算９５ ６５ 本章小结９７ 第７章地区电网感性无功补偿优化配置方法研究１００ ７１ 地区电网感性无功补偿配置的研究现状１００ ７２ 数学模型１０１ ７．２．１ 目标函数１０１ ７．２．２ 约束条件１０２ ７３ 发电厂平均功率因数１０２ ７４ 某地区电网无功电压分析１０３ ７．４．１ 项目背景１０３ ７．４．２ 小运行方式下的无功电压分析１０３ ７．４．３ 感性无功补偿规划计算１０５ ７．４．４ 结果对比与分析１０６ ７５ 本章小结１０７ 第８章电力系统无功电压调控策略１０９ ８１ ２２０犽犞主变压器合理挡位整定及其相应建议１０９ ８２ ５００犽犞主变压器有载调压的调控策略１１２ ８．２．１ ５００ｋＶ 主变压器有载调压的工程意义１１２ ８．２．２ 数学模型１１３ ８．２．３ 一挡调节效应指标１１４ ８．２．４ 实际算例１１５ ８．２．５ ５００ｋＶ 主变压器有载调压配置与调挡建议１１７ ８．２．６ 结论１１８ ８３ 关口功率因数限值整定及其相应建议１１８ ８．３．１ 负荷相关功率因数整定方法１１９ ８．３．２ 电压相关功率因数整定方法１２４ ８．３．３ 下游省地关口协调功率因数的确定１２７ ８．３．４ 算例仿真分析１２８ ８．３．５ 结果对比分析１３４ ８４ 变电站犃犞犆（犞犙犆）参数整定方法１３８ ８．４．１ ＡＶＣ改进２１区图策略１３８ ８．４．２ 变电站ＡＶＣ （ＶＱＣ）参数整定１４３ ８５ 多级电网无功电压调控手段协调配合的原则１４７ ８．５．１ 现有ＡＶＣ策略１４７ ８．５．２ ５００ｋＶ 站ＡＶＣ系统控制策略１４８ ８．５．３ 区域算例１５２ ８．５．４ 省地电网协调配合原则与方案１５６ ８６ 本章小结１５８ 第９章电力系统无功补偿配置原则建议１６０ ９１ 静态／动态无功补偿组合配置１６０ ９２ 中压电抗器配置可行性探讨１６４ ９３ 无功配置原则和建议１６９ ９．３．１ 无功补偿配置的基本原则１６９ ９．３．２ ５００ｋＶ 变电站的无功补偿１７０ ９．３．３ ２２０ｋＶ 变电站的无功补偿１７０ ９．３．４ ３５～１１０ｋＶ 变电站的无功补偿１７１ ９．３．５ １０ｋＶ 及其他电压等级配电网的无功补偿１７１ ９．３．６ 电力用户的无功补偿１７２ ９４ 本章小结１７２