基于分布系数法的高低压 电磁环网运行效益分析

秦 昕 李修华 裴 旵 吕思颖 要 航 孙 艳 李如琦

（1. 广西电力系统最优化与节能技术重点实验室 2. 广西电网电力调度控制中心 3. 广西大学电气工程学院）

0 引言

随着经济和社会的飞速发展，当今电网正不断向更高电压等级发展，但我国高电压等级电网网架结构还不成熟[1]，同时低电压电网不能单独支撑整个电网，为了满足现在大量输电和用电的需求，电网只能暂时将不同电压等级运行的线路，通过联系两端变压器电磁回路而并联运行，即采用高低压电磁环网运行[2-5]。

电磁环网虽然在发挥设备输电能力、保证电源输送可靠性、提高电网运行可行性等方面发挥重要作用，但它只能作为电网发展过程中的一种过渡结构，这是由于当采用电磁环网运行时，高电压等级的线路跳闸后引起的功率转移容易造成低电压等级的线路稳定破坏，严重情况下会引起连锁反应造成大面积停电事故[6-11]。因此，需要在实际运行中对电磁环网进行有效的分析计算与调度监控。本文采用基于分布系数法的电磁环网潮流控制技术[12]，用PSD-BPA软件进行潮流仿真计算，研究了广西电磁环网在采用新旧方法时合山电厂在相应情况下的不同出力值计算与调度监控。基于分布系数的电磁环网潮流控制方法在确保系统安全的前提下，能够解决传统控制方法存在的问题，使电磁环网潮流得以快速准确地监控，发挥现有电磁环网的输送能力，并且在涉及机组出力送出问题时，显著提高了电厂送出能力，充分挖掘现有的发电设备潜力。

1 分布系数法

传统的电磁环网潮流控制形式是高低压线路潮流之和小于给定的功率极限值，即

式中，L1、L2分别为低高压线路的潮流值；C为给定的功率极限值，即等于L2断开，L1达到满载时的潮流值及L2断开前瞬间L1、L2线路的潮流值之和。传统方法的关键在于C值如何求得，通常做法是不断调整发电机组出力直至满足高电压等级的线路断开后造成低电压等级线路的功率达到其稳定极限为止，即可得到C值。得到C值后通过调节电厂出力使得高低压线路潮流之和等于给定的功率极限值，这时的电厂出力就是传统方法的调节结果。但这种方法存在两个问题：一是在调整发电机组出力时，高电压等级的线路跳闸后也有可能造成低电压等级线路的功率超过其稳定限值；二是在输送电能时易造成窝电，降低电力供应能力。因此需要新的控制方法对电磁环网实行合理有效的计算分析与调度监控。

分布系数法是将高电压线路潮流乘以分布系数后叠加到低电压线路潮流上，以叠加后的低电压线路潮流不超过稳定限值为控制原则，即

式中，a为分布系数，在调度监控时为常数；max1L为 线路L1的稳定极限值。分布系数法的关键在于a值的求解，求解方法是在某一运行工况下，通过调整机组出力或负荷功率使得高电压等级的线路断开后造成低电压等级线路的功率达到其稳定限值为止，记录 线路开断前的L1、L2及开断后的max1L，即采用下式 求取

分布系数法的调控手段是：把求解到的a值设为定值，高低压等级线路均合上，通过不断调整相应电厂的出力使得低压线路潮流加上高压线路潮流与a之积等于L1的稳定极限值，这时得出的电厂出力就是分布系数法的调节结果。

2 电磁环网效益分析数学模型

2.1 目标函数

文献[13]提出电磁环网的经济效益主要来源于输送的电力，故有必要对电厂机组出力值进行分析，通过比较在采用不同潮流控制方法下电厂的出力值得出分布系数法的经济性优势，因此目标函数为

式中，t为时间点；f为24小时电厂机组出力总值；Pt为t点电厂机组出力总值。

2.2 约束条件

（1）潮流方程约束

1）对于传统方法，其约束条件为

式中，L1、L2分别为低高压线路的潮流值；C为给定的功率极限值。

2）对于分布系数法，其约束条件为

式中，a为分布系数；max1L为线路L1的稳定极限值。

（2）电厂机组容量约束

式中，Pi为第i机组出力；为第i机组容量。

（3）电网安全性约束

调节电厂机组出力时需要保证电网各电压在安全范围之内。

3 电厂出力值计算流程

基于广西电力调度中心给定的广西电网大方式仿真数据，可以利用PSD-BPA软件进行潮流计算，计算流程图如图1所示。

图1 电磁环网运行效益分析流程图

4 实例分析

以广西电网中溯河-来宾电磁环网的2014年某日数据为基础，采用PSD-BPA潮流计算软件，计算了该电磁环网的热稳控制极限。溯河-来宾电磁环网示例图如图2所示。

图2 溯河-来宾电磁环网示例图

当500kV溯来双线断开，逐渐增加合山新厂出力时，溯河-磨东220kV低压线先达到满载状态，故500kV溯来双线和220kV溯磨线组成高低压电磁环网。从中国南方电网2013年12月发布的《2014年广西电网年度运行方式》得出40℃下220kV溯磨线 的热有功限值为215MW（即max1L），又通过计算广 西电网近两年溯来电磁环网极端工况的潮流，可得到L1（溯磨线）和L2（溯来线）的C值为565MW，a值为0.19。

对2014年典型日24个时间点进行潮流计算，可得到相应的合山电厂在采用分布系数法和传统方法控制潮流时的出力差值，从而得到该电厂一天以及一年多发的电量和增加的产值，计算结果详见下表和图3。

表 溯河-来宾电磁环网中合山电厂出力差值比较表

图3 分布系数法与传统方法的合山电厂出力差值图

由表1及图3可知，传统电磁环网控制方法使得高低压电磁环网的高低压线路参数受机组出力的影响很大，且调控精度不高并减弱了电磁环网的输送能力，大大降低了电厂的经济效益。采用分布系数法控制潮流时，合山电厂一天可多发的有功功率为6713.7MW，比采用传统方法时的有功功率增长了62.26%；多发的发电量为6713700kWh，平均每小时可多发有功功率为279.73MW。按照合山电厂2012年和2013年发电设备利用小时数平均值（4079+ 5015）/2=4547折算，合山电厂一年可多发电量为279.73×4547×1000=1279485020kWh。根据广西区物价局发布的《广西壮族自治区物价局关于进一步疏导环保电价矛盾的通知》（桂价格[2014]108号文），合山电厂上网电价为0.4574元/kWh。因此，合山电厂一年可增加产值为1279485020×0.4574=585236448.1元，折合约为5.852亿元。

若合山电厂全年8760小时均投入运行，那么合山电厂一年可多发电量高达279.73×8760×1000= 2450434800kWh，合山电厂一年可增加产值将达到2450434800×0.4574=1120828878元，折合约为11.208亿元。

5 结束语

综上所述，目前电磁环网的传统潮流控制方法不能正确反映机组出力、负荷等系统工况变化对电磁环网潮流的影响，存在安全隐患及不能充分发挥电磁环网的输送能力问题。而采用分布系数法控制潮流时，合山电厂一天可多发的有功功率为6713.7MW，比采用传统方法时的有功功率增长62.26%，多发的发电量为6713700kWh。按照合山电厂2012年和2013年发电设备利用小时数平均值折算，其一年可多发电量高达1279485020kWh。可见，本文采用的基于分布系数的电磁环网潮流控制方法在确保系统安全的前提下，能够解决传统控制方法存在的问题，使电磁环网潮流得以快速准确地监控，发挥现有电磁环网的输送能力，并且在涉及机组出力送出问题时，显著提高了电厂送出能力，充分挖掘了现有的发电设备潜力。

因此，采用本项目研究的分布系数电磁环网潮流控制方法，可提高电网运行效益水平，获得经济和社会效益双丰收。

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