变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法

摘要

本发明涉及一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，属于电力系统中电压自动控制技术领域。首先在实时潮流计算结果基础上，求出采用准稳态潮流构造注入潮流变化量与母线电压变化量的线性方程，计算出在某一条母线上注入无功后对电网模型中母线电压幅值变化和电压相角变化，通过支路潮流公式计算出变电站内变压器绕组无功变化与母线电压变化和相角变化之间的关系，然后计算出变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的灵敏度。本方法给出变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的灵敏度，从而在变电站电压自动控制的过程中，对变电站内无功设备动作后变压器绕组无功功率进行预估，保证变电站无功设备控制策略的可靠性。

主权项

一种变电站内无功设备对变压器绕组无功功率影响的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)构建一个如下潮流方程，该潮流方程描述当前潮流状态下，分别向电网模型中所有母线注入有功功率和无功功率后，对电网模型中所有母线的电压影响：$-\left[\begin{array}{cc}H& N\\ M& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\Delta \theta \\ \Delta U\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\Delta P\\ \Delta Q\end{array}\right]$其中，为雅可比矩阵，其中H、M、N、L分别为雅可比矩阵的子阵，H表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入有功功率后对母线电压相角影响的偏导矩阵，L表示当前潮流状态下，向电网模型中的所有母线注入无功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，M表示在当前潮流状态下，在电网模型中向所有母线注入无功功率后对母线电压相角的影响的偏导矩阵，N表示当前潮流状态下，向电网模型中所有母线注入有功功率后对所有母线的电压幅值影响的偏导矩阵，Δθ表示电网模型中母线电压的相角变化量，ΔU表示电网模型中母线电压幅值变化量，ΔP表示在电网模型中注入的有功功率注入量，ΔQ表示在电网模型中注入的无功功率注入量；(2)设电网模型中变电站无功设备连接在第a条母线上，根据上述步骤(1)的潮流方程，计算电网模型中第a条母线上的注入无功功率ΔQ_a，即向电网模型中变电站无功设备注入无功功率ΔQ_a后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθ_a和电压幅值变化量ΔV_a，计算过程为：首先将步骤(1)的潮流方程的右边向量置为：初始化时设ΔQ_a＝1，电网模型中第a条母线上的注入无功功率为一个单位的变化量，即电网模型中变电站设备注入无功功率为一个单位的变化量，该变化量的无功功率增长单位为1，电网模型中除第a条母线以外的其他母线的无功功率单位变化量为0，求解步骤(1)的潮流方程，得到电网模型中变电站设备注入无功功率后，电网模型中第a条母线电压相角变化量Δθ_a和电压幅值变化量ΔV_a；(3)根据上述步骤(1)中的潮流方程，可以得到电网模型中支路潮流计算表达式如下：$Q_{mn}=-V_m^2(B_{mn}+y_c)-V_m{V}_n(G_{mn}{\mathrm{sin\theta }}_{mn}-B_{mn}{\mathrm{cos\theta }}_{mn})$其中，Q_mn表示电网模型中支路m‑n首端m流向支路m‑n末端n的无功潮流，V_m表示电网模型中支路m‑n首端m的电压，V_n表示电网模型中支路m‑n末端n的电压，y_c表示电网模型中支路m‑n的半导纳，G_mn表示电网模型中支路m‑n的电导，B_mn表示电网模型中支路m‑n的电纳，θ_mn表示电网模型中支路m‑n首端m电压相角与电网模型中支路m‑n末端n电压相角的差值；对于电网模型中变压器绕组支路m'‑n'，半导纳电导y_c＝0，且电导G_m’n’远小于电纳B_m'n'，G_m'n'可以忽略，k表示变电站内变压器绕组之间的电压比是一个常数，将上述支路潮流方程简化为：$Q_{m^{\prime }{n}^{\prime }}=-V_{m^{\prime }}^2{B}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}/k+V_{m^{\prime }}{V}_{n^{\prime }}{B}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}{\mathrm{cos\theta }}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}$(4)对上式对V_m',V_n',θ_m'n'求偏导数，计算得到变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Q_m'n'对变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压幅值之间的灵敏度和电压相角之间的关系如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}\frac{\partial Q_{m^{\prime }{n}^{\prime }}}{\partial V_{m^{\prime }}}=-2V_{m^{\prime }}{B}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}/k+V_{n^{\prime }}{B}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}{\mathrm{cos\theta }}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}\\ \frac{\partial Q_{m^{\prime }{n}^{\prime }}}{\partial {\theta }_{m^{\prime }}}=-V_{m^{\prime }}{V}_{n^{\prime }}{B}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}{\mathrm{sin\theta }}_{m^{\prime }{n}^{\prime }}\end{array}\right.$(5)设电网模型中变电站内变压器绕组连接在第a条母线上,根据式步骤(1)和步骤(2)得到的电网模型中变电站无功设备注入无功功率后第a条母线电压相角变化量Δθ_a和电压幅值变化量ΔV_a，以及根据步骤(3)计算得到变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Q_m'n'与变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压幅值的关系，以及变电站内变压器绕组支路m'‑n'无功潮流Q_mn对变电站内变压器绕组支路m'‑n'首端m'电压相角的关系，可以求出变电站无功设备对变电站内变压器绕组首端无功的灵敏度如下：$S_{QT}=\frac{\partial Q_{m^{\prime }{n}^{\prime }}}{\partial {\theta }_{m^{\prime }}}{\mathrm{\Delta \theta }}_a+\frac{\partial Q_{m^{\prime }{n}^{\prime }}}{\partial V_{m^{\prime }}}{\mathrm{\Delta V}}_a$(6)遍历电网模型中所有变电站内变压器绕组，返回步骤(3)，完成所有变电站内无功设备对变压器绕组无功潮流影响的计算。