采用变压器量测无功分析GIC-Q扰动的方法

我国电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的研究已取得重要进展,研究、认识GIC侵害变压器的次生干扰,制定电网灾害的防治策略是迫切需要解决的问题。根据GIC侵害变压器次生的无功损耗(GIC-Q)扰动的机理,建立了基于变电站相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测的无功分析变压器GIC-Q扰动的模型,提出了基于PMU量测无功计算变压器的GIC-Q的方法,并通过2016年5月8日地磁暴侵害山西阳泉500 kV变压器的实测数据计算了GIC-Q,与基于磁暴数据计算的变压器中性点GIC比较分析,验证了所提模型和算法的有效性。结果表明,利用PMU量测无功能有效计算变压器的GIC-Q,这对电网调度运行基于广域测量系统识别地磁暴侵害电网事件或评估GIC灾害风险有重要参考价值。     

电力变压器的GIC-Q损耗算法的研究综述

地磁感应电流(GIC)引起的电力变压器直流偏磁在全球的电网中几乎同时发生,GIC直流偏磁次生的全网变压器无功损耗同时增大可能导致电网电压不稳定,研究电网中各种变压器GIC无功(GIC-Q)损耗的算法是认识GIC-Q危害以及防治地磁暴电网灾害的基本手段之一。根据我国特高压大电网地磁暴灾害防御研究的需要,从变压器GIC-Q损耗工程算法和理论算法2方面,综述了国内外高压及超高压变压器GIC-Q损耗的算法及其研究进展,分析了我国单相四柱式和五柱式特高压变压器GIC-Q损耗工程算法和理论算法的研究需求,提出了特高压变压器GIC-Q损耗计算以及大规模电网GIC-Q计算上需要研究解决的问题。     

1000kV特高压变压器的GIC无功效应分析

地磁暴导致变压器损毁及电网事故的原因是输电线路的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)流经变压器的次生干扰所致,尤其1000 kV特高压变压器的GIC响应机制及大电网中的GIC无功(GIC-Q)效应是制定防御地磁暴灾害的策略迫切需要解决的问题。根据2017年9月8日地磁暴侵害山东昌乐站1000kV特高压变压器高中压侧的无功功率的实测数据,以及山东安丘地磁台的地电场实测数据,推导建立了基于变电站同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测无功数据和地电场数据计算、验证1000 kV特高压单相自耦变压器的GIC-Q扰动的模型,完成了2017年9月8日地磁暴GIC侵害昌乐站1000 kV变压器的GIC-Q扰动的理论计算。对计算结果的分析表明,利用PMU量测无功数据能有效计算分析变压器的GIC-Q扰动,这对基于电网调度运行防御地磁暴电网灾害具有重要的意义。     

基于粒子群优化算法的电网GIC-Q多目标优化策略

地磁感应电流(GIC)流经变压器绕组会产生直流偏磁现象,造成变压器无功损耗增加,破坏电网无功平衡,影响电网安全稳定运行。为了有效地抑制GIC对电网的不良影响,以无功补偿设备成本和电压偏移量最小为目标,提出一种基于粒子群优化算法的多目标无功优化策略,保证地磁场扰动下电网无功平衡。所提策略利用小生境共享机制不断更新粒子位置,并依据拥挤距离排序对Pareto最优解进行存档,保持解的多样性和均匀性;引入混沌变异避免陷入局部最优解,同时提高全局搜索能力。GIC标准算例的仿真结果验证了所提策略的准确性和有效性。     

基于K值法的单相四柱式特高压主体变的GIC-Q损耗计算

针对我国新建的1 000 kV特高压(UHV)电网采用的单相四柱式的特高压变压器,从工程防灾的角度,提出采用K值法计算单相四柱式特高压变压器主体变的GIC-Q扰动(GIC-K),采用磁–电路耦合方法建立了单相四柱式特高压主体变的模型,通过迭代计算得到了变压器发生GIC直流偏磁时的励磁电流特性以及变压器的无功损耗特性,并依据GIC-K值法对无功损耗特性进行了拟合,得到了基于GIC-K值法的单相四柱式特高压主体变的GIC-Q损耗的工程算法和计算结果。结果表明,单相四柱式特高压主体变的GIC无功损耗与GIC成近似线性关系,比例系数K值为2.44;计算得到的1 000 kV单相变压器的GIC-Q损耗可达到500 kV单相变压器GIC-Q损耗的2.07倍。     

基于径向基神经网络模型的电网地磁感应电流预测

为防范地磁感应电流(geomagnetically induced currents,简称GIC)引起的电网无功波动和变压器直流偏磁等影响,采用径向基函数(RBF)神经网络方法,取行星际扰动参数和GIC作为网络的输入—输出数据,利用空间扰动参数对GIC进行提前预测。结果显示:预测值和实际值的相关系数为0.96;将RBF神经网络方法应用到地磁感应电流的预测中,能取得较满意的效果,可为电网的减灾防灾提供依据。     

克服磁暴的变压器集群无功损耗优化控制方法

磁暴扰动下变压器集群无功损耗增加,带来了电力系统的电压稳定问题。为减小系统所有接地变压器因地磁感应电流(GIC)而产生的无功损耗,提出了中性点串接绕组的多变压器无功损耗控制优化方法。分析了磁暴扰动产生GIC和变压器无功损耗的机理及GIC与接地电阻的关系,构建了变压器无功损耗和接地电阻值最小的目标函数。根据国家标准中接地电阻值和系统稳定运行范围的规定,制定了接地电阻限值和系统正常运行约束条件,最后利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。以GIC标准模型为例,利用所提模型与方法对变压器GIC无功损耗进行优化控制,结果表明所提方法能够有效减小磁暴扰动产生的变压器无功损耗。     

应用K值算法的甘肃电网GIC-Q扰动计算

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GICs)流入高压变压器会造成其铁心产生半波偏磁饱和,吸收的无功增加,导致整个电网的无功波动与电压降低,可能威胁电网的安全运行。以甘肃750 k V电网和330 k V电网GIC的计算数据为基础,基于变压器GIC无功(GIC-Q)损耗系数K值算法,计算了750 k V和330 k V变压器的GIC无功损耗增量;在此基础上,利用电力系统综合分析程序和考虑全网GIC-Q同时增大、不同运行方式等因素的影响,采用牛顿法计算了甘肃750 kV电网和330 kV电网各节点GIC-Q波动的量值及其电压水平的指标;最后,研究了GIC-Q波动对750 kV电网和330 kV电网的节点电压的影响,以及两个电压等级电网之间GIC-Q和电压波动的相互影响。结果表明:整体上750 kV和330 kV电网节点GIC-Q和电压的波动不是非常大;与普通节点相比,750 kV终端变电站节点的GIC-Q和电压的波动相对大,是GIC侵害致灾风险相对高的站点。     

变压器地磁感应电流-无功功率动态关系分析

利用两段线性直线表示变压器铁心i-?曲线,推导得到了地磁感应电流(GIC)与变压器无功功率之间的静态数学关系.在此基础上,考虑GIC准直流特性以及变压器三角形联结绕组对零序磁通的影响,搭建了磁暴期间变压器铁心准直流零序等效电路模型,用于计算实际作用于变压器铁心的直流大小和无功损耗.运用经过插值处理的实测GIC秒数据,对一台1000kV交流变压器和一台800kV换流变压器进行了仿真计算.结果表明当考虑GIC准直流特性时,三角形联结绕组的存在会影响变压器无功损耗且这种影响在GIC流向发生转变所对应的波形过零点阶段尤为显著,相同GIC下换流变压器受到的影响更大.通过灵敏度分析,找到了决定变压器无功损耗受GIC准直流特性影响大小的主要参数.     

地磁暴引起电网电压波动抑制策略

地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)侵害变压器衍生的无功损耗具有全网同时性的特点,造成整个电网的无功不足与电压波动,可能威胁电网的安全运行。为此,以电压波动和电容器补偿容量最小为目标,计及发电机组无功出力和变压器可调变比约束,将补偿电容器作为无功优化的控制变量,提出了1种基于改进粒子群算法的多目标无功优化策略。20节点算例的仿真计算结果表明:在地电场强度幅值为1 V/km的地电场作用下,电网电压受地磁扰动的影响较大,大负荷下有5个节点电压越过下限值且最小电压幅值标幺值为0.913;通过多目标无功优化后节点电压得到明显改善,比未优化提高了4%,效果较好。所提出的通过调度手段合理制定的多目标无功优化治理方案,能够减轻磁暴灾害对电网的影响,抑制地磁扰动下电网电压的波动,提高电网抗磁暴风险的能力。