電容器投切母線電壓增量非線性模型的計算方法
【技術領域】
[0001] 本發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算方法，屬于電 力系統運行與控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 電容器是在自動電壓控制系統（以下簡稱AVC系統）中調節的主要設備，但是其 動作對電壓和無功功率均存在調節效應，當電壓和無功功率的調節方向相反的時候，比如 電壓偏高，但是無功功率欠補，一旦投入容量不恰當的電容器，會導致無功功率正常，電壓 卻越上限的情況，這種現象在電壓帶寬較窄的地調更普遍，所以AVC在決策前需要確定電 容器動作是否會導致母線電壓越限。
[0003] 傳統的判斷方法是將電容器作為一個無功功率源，母線作為PQ節點，先計算出母 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際 的增量，進而可以判斷出電容器動作后母線電壓是否越限。靈敏度方法原理簡單，但其存在 以下問題：
[0004] 1 :靈敏度方法使用全網量測，而很多地縣調量測布置以及量測質量還是很薄弱 的；
[0005] 2 :靈敏度方法采用了很多假設，比如認為原件兩端相位為0,電壓為標么值，而這 些假設大多是不合理的；
[0006] 3 :靈敏度方法對整個電網的結構參數（阻抗、電容器額定容量）和運行參數（有 功、無功功率）等依賴性很大，如果其他廠站的參數有誤，則會對其他廠站的計算帶來很大 的誤差；
[0007] 4:靈敏度方法認為電容器始終向電網注入額定無功功率，但其對電網注入的無功 功率是和投入后的電壓成平方關系的，無法恰當的反映電容器的特性。
[0008] 如果在電壓處在上下限邊緣，利用靈敏度方法可能會判斷電容器動作電壓不越 限，于是AVC會發命令使電容器動作，但由于受上面四種因素的影響，這個判斷結果是不可 靠的。于是電容器實際動作后電壓越限，于是又對電容器發另一個命令，造成頻繁動作、電 壓無功功率波動。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種電容器投切母線電壓增量的 非線性模型以及計算方法，解決現有技術中采用靈敏度方法計算電容器投切母線電壓增量 導致計算結果不準確、電容器頻繁動作、電壓無功波動的技術問題。
[0010] 該方法僅需廠站內量測，結合部分運行參數即可計算出電容器投切動作后母線電 壓增量。
[0011] 為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：電容器投切母線電壓增量非線性 模型的計算方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：電容器投切前記錄如下參數：
[0013] 上一級廠站主變高壓側母線電壓U。、當前廠站主變高壓側母線電壓U1、當前廠站 主變低壓側母線電壓U 2、上一級廠站內主變變比K。： 1、當前廠站內主變變比K: 1、需要投切 動作電容器的容量C、上一級廠站主變的阻抗RT(]+jXT。、當前廠站主變的阻抗R T1+jXT1以及輸 電線路的阻抗R+jX ;
[0014] 步驟二：做如下三項假設：
[0015] 1、上一級廠站主變高壓側母線電壓U。在電容器投切前后近似不變；
[0016] 2、電阻遠小于電抗，可同時忽略電阻和電壓降的橫向分量；
[0017] 3、忽略廠站內主變的有功損耗和無功損耗；
[0018] 步驟三：基于步驟二的三項假設，對廠站內主變等值電路進行等效變換，具體如 下：
[0019] 將上一級廠站主變高壓側母線電壓折算到低壓側，作為等效電路的輸入電壓，則
[0020] 將上一級廠站主變的阻抗RTO+jXT。、當前廠站主變的阻抗R T1+jXTJP輸電線路的阻 抗R+jX等效為電抗jXs (假設2,忽略電阻，Xs= X TQ+XT1+X);
[0021] 將當前廠站主變低壓側母線電壓U2折算到高壓側，作為等效電路的輸出電壓，當 前廠站主變高壓側母線電壓為KU 2;
[0022] 步驟四：在電容器投入前，根據步驟三輸出的等效電路，結合電網電壓降落原理， 得到如下公式：
[0024] 式中處是低壓側母線上的負荷的總無功功率；
[0025] 步驟五：將需要投切動作的電容器投入，設當前廠站主變低壓側產生的穩態母線 電壓增量為A U，同時對負荷無功功率產生的變化量為A Q，母線電壓的角頻率為電容 器投入后，向系統注入的無功功率為：Q =? C (U2+A U)2,于是有：
[0031] 如忽略負荷無功功率產生的變化量A Q，即令A Q = 〇,設投切電容器的額定電壓 為Un、額定容量為Qn
，代入式（4)簡化后得：
[0033] 步驟六：計算Xs= XTO+XT1+X，并代入公式（5)計算，AU即為電容器投切后母線電 壓增量。
[0034] 與現有技術相比，本發明所達到的有益效果是：不再需要全網量測，僅需廠站內量 測，在已知電容器額定電壓、額定容量和系統綜合阻抗的情況下，結合運行參數，就能夠準 確地計算出電容器投切動作后母線電壓增量，采用本發明方法算出的母線電壓增量判斷電 容器動作后母線電壓是否越限，判斷結果可靠，能夠有效避免電容器頻繁動作，減少無功功 率波動。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發明中變電站等值電路圖。
[0036] 圖2是圖1基于假設的變電站等值電路圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明 的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0038] 電容器投切母線電壓增量非線性模型的計算方法，包括如下步驟：
[0039] 步驟一：電容器投切前記錄如下參數：
[0040] 上一級廠站主變高壓側母線電壓U。、當前廠站主變高壓側母線電壓U1、當前廠站 主變低壓側母線電壓U 2、上一級廠站內主變變比K。： 1、當前廠站內主變變比K: 1、需要投切 動作電容器的容量C、上一級廠站主變的阻抗RT(]+jXT。、當前廠站主變的阻抗R T1+jXT1以及輸 電線路的阻抗R+jX ;
[0041] 步驟二：做如下三項假設：
[0042] 1、上一級廠站主變高壓側母線電壓U。在電容器投切前后近似不變；
[0043] 2、電阻遠小于電抗，可同時忽略電阻和電壓降的橫向分量；
[0044] 3、忽略廠站內主變的有功損耗和無功損耗；
[0045] 步驟三：基于步驟二的三項假設，對廠站內主變等值電路進行等效變換，如圖1所 示，是變電站的電路圖，具體等效變換步驟如下：
[0046] 將上一級廠站主變高壓側母線電壓折算到低壓側，作為等效電路的輸入電壓，則
[0047] 將上一級廠站主變的阻抗RTO+jXT。、當前廠站主變的阻抗R T1+jXTJP輸電線路的阻 抗R+jX等效為電抗jXs (假設2,忽略電阻，Xs= X TQ+XT1+X);
[0048] 將當前廠站主變低壓側母線電壓U2折算到高壓側，作為等效電路的輸出電壓，當 前廠站主變高壓側母線電壓為KU 2;
[0049] 如圖2所示，是圖1基于步驟二的三項假設等效變換后的電路圖。
[0050] 步驟四：在電容器投入前，根據步驟三輸出的等效電路，結合電網電壓降落原理， 得到如下公式：
[0052] 式中是變電站低壓母線上流動的無功功率；
[0053] 步驟五：將需要投切動作的電容器投入，設當前廠站主變低壓側產生的穩態母線 電壓增量為A U，同時對負荷無功功率產生的變化量為A Q，母線電壓的角頻率為電容 器投入后，向系統注入的無功功率為：Q =? C (U2+A U)2,于是有：
[0059] 忽略負荷無功功率產生的變化量AQ，即令AQ = 〇,設投切電容器的額定電壓為 Un、額定容量為Qn
1代入式（4)簡化后得：
[0061] 步驟六：計算Xs= XTO+XT1+X，并代入公式（5)計算，AU即為電容器投切后母線電 壓增量，其中X T。、Xti、X可從EMS系統中讀取。
[0062] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形 也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.電容器投切母線電壓增量的非線性模型以及計算方法，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： 上一級廠站主變高壓側母線電壓U。、當前廠站主變高壓側母線電壓U1、當前廠站主變 低壓側母線電壓U2、上一級廠站內主變變比1(。:1、當前廠站內主變變比K:l、需要投切動作 電容器的容量C、上一級廠站主變的阻抗R?+jXT。、當前廠站主變的阻抗RT1+jX T1以及輸電線 路的阻抗R+jX ; 步驟二：做如下三項假設： 1、 上一級廠站主變高壓側母線電壓U。在電容器投切前后近似不變； 2、 電阻遠小于電抗，可同時忽略電阻和電壓降的橫向分量； 3、 忽略廠站內主變的有功損耗和無功損耗； 步驟三：基于步驟二的三項假設，對廠站內主變等值電路進行等效變換，具體如下： 將上一級廠站主變高壓側母線電壓折算到低壓側，作為等效電路的輸入電壓，則上一 級廠站主變低壓側母線電壓將上一級廠站主變的阻抗R?+jXT。、當前廠站主變的阻抗RT1+jXT1和輸電線路的阻抗 R+jX等效為電抗jXs; 將當前廠站主變低壓側母線電壓U2折算到高壓側，作為等效電路的輸出電壓，當前廠 站主變高壓側母線電壓為KU2; 步驟四：在電容器投入前，根據步驟三輸出的等效電路，結合電網電壓降落原理，得到 如下公式：式中是低壓側母線上的負荷的總無功功率； 步驟五：對于AVC預決策出的電容器，預判其投入對母線電壓的影響，設當前廠站主 變低壓側產生的穩態母線電壓增量為AU，同時由于電壓變化引起的電壓變化對負荷無功 功率產生的變化量為AQ，母線電壓的角頻率為ω ;電容器投入后，向系統注入的無功功率 為：Q = c〇C(U2+AU)2,于是有：如果忽略負荷無功功率產生的變化量AQ，即令AQ = 0,設投切電容器的額定電壓為 Un、額定容量為QN，則弋入式⑷簡化后得：步驟六：計算Xs= X?+XT1+X，并代入公式（5)計算，AU即為電容器投切后母線電壓增 量。
【專利摘要】本發明公開了一種電容器投切母線電壓增量非線性模型的計算方法，解決了現有技術中采用靈敏度方法計算電容器投切母線電壓增量導致計算結果不準確、電容器頻繁動作、電壓無功波動的技術問題。本發明方法依據電力系統的基本原理，在三個基本假設的基礎上，在已知電容器額定電壓、額定容量和系統綜合阻抗的情況下，結合僅采集于廠站內的量測，便能夠準確地計算出電容器投切動作后母線電壓增量。采用本發明方法算出的母線電壓增量判斷電容器動作后母線電壓是否越限，判斷結果可靠，能夠有效避免電容器頻繁動作，減少無功功率波動。
【IPC分類】H02J3/16, G06F19/00
【公開號】CN105162127
【申請號】CN201510523954
【發明人】楊洛, 陸進軍, 杜磊, 龔成明, 黃華, 陳天華, 徐春雷, 周璐
【申請人】國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, 國電南瑞南京控制系統有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月24日