電力系統(tǒng)功能型計算軟件的設(shè)計研發(fā)

唐溧克，王淮冬，史雅豐，任思行，高 源

（長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長春 130012）

0 引言

電力系統(tǒng)得以在穩(wěn)定經(jīng)濟的條件下運行，與系統(tǒng)總裝機容量、最大負(fù)荷、額定頻率、無功功率、負(fù)荷變化量等參數(shù)有著密不可分的聯(lián)系。在互聯(lián)電力系統(tǒng)中，負(fù)荷變動是引起的頻率變化的主要原因。頻率擾動過大會給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來巨大影響，其直接或間接帶來的危害也是巨大的，所以對電網(wǎng)頻率的控制是電力系統(tǒng)主要控制目的之一。輸電為了更高的經(jīng)濟效益，大電網(wǎng)的無功補償就在電力系統(tǒng)中顯得尤為重要。無功補償主要是在于無功補償設(shè)備的容量確定，無功容量過大、過小對電力系統(tǒng)都會有影響[1]。所以頻率調(diào)整和無功補償?shù)挠嬎銣?zhǔn)確度就顯得非常重要。

針對頻率調(diào)整和無功補償這兩個問題，在原有的設(shè)計電力系統(tǒng)過程中，是通過人工手動或者Excel表格自帶的函數(shù)，對電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的數(shù)值和電力系統(tǒng)無功補償?shù)臄?shù)值進行計算。而這種傳統(tǒng)的計算方式容易產(chǎn)生較大的計算誤差并且計算效率低，Excel程序計算的輸入界面不美觀，提取有效數(shù)值煩瑣，并且需要對程序進行頻繁的修改，對數(shù)值的檢驗過程也十分復(fù)雜，容易出現(xiàn)人為的操作失誤。所以，設(shè)計一款界面簡潔、計算速度快、計算精度高、容易操作的計算軟件在電力系統(tǒng)設(shè)計過程中是極為必要的。本文針對這一問題，利用VB對電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的數(shù)值和電力系統(tǒng)無功補償?shù)臄?shù)值進行計算，并且實現(xiàn)對數(shù)值的校驗。

1 設(shè)計方案

1.1 互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整計算

在互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率控制中，大容量負(fù)荷變化引起的頻率波動主要由系統(tǒng)發(fā)電機組的備用容量來實現(xiàn)調(diào)頻的，若兩機組的備用容量不足或者系統(tǒng)調(diào)度直接由二次調(diào)頻的調(diào)頻設(shè)備進行調(diào)頻，可實現(xiàn)無差的頻率調(diào)整。

互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整主要是控制發(fā)電機組的運行容量大小，及時地調(diào)整發(fā)電機的輸出，對突然增加或者減少的負(fù)荷進行補償，維持負(fù)載波動的平衡?？刂苹ヂ?lián)電力系統(tǒng)的正常運行主要實現(xiàn)以下的目標(biāo)：

（1）實現(xiàn)發(fā)電機組的輸出隨所帶負(fù)荷變化而實時跟蹤改變，使系統(tǒng)頻率維持在規(guī)定允許范圍內(nèi)（50Hz±0.2Hz）[2]。

（2）互聯(lián)系統(tǒng)間的互為備用容量可以及時調(diào)整輸出功率，使系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線的交換功率在規(guī)定值內(nèi)，在限量內(nèi)保持聯(lián)絡(luò)線功率波動在允許計劃內(nèi)。

若要對目標(biāo)參數(shù)的精準(zhǔn)計算，最主要的是提供較為準(zhǔn)確的負(fù)荷變動，要針對互聯(lián)系統(tǒng)收集有功功率的變化情況，為計算提供日負(fù)荷變化曲線，以便在某一時段內(nèi)計算出較為精確的頻率變化量及聯(lián)絡(luò)線交換功率。

綜上所述，若要達(dá)到互聯(lián)系統(tǒng)的可靠運行，且頻率控制的可控目的，主要任務(wù)是控制頻率變化量及聯(lián)絡(luò)線的交換功率在可控允許范圍內(nèi)。故對頻率變化量和聯(lián)絡(luò)線的交換功率的計算顯得格外重要。這是對頻率調(diào)整，維持系統(tǒng)穩(wěn)定平衡的重要參數(shù)。

互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的計算是在兩機組都進行一次調(diào)頻、都不進行一次調(diào)頻、僅一側(cè)機組參加一次調(diào)頻的情況下對聯(lián)絡(luò)線上交換功率和頻率變量的計算進行程序設(shè)計的。

1.2 電力系統(tǒng)無功補償計算

無功補償是為了提高電力系統(tǒng)中的自然功率因數(shù)，在有多種補償方式的情況下應(yīng)該全面統(tǒng)籌規(guī)劃、合理進行布局、采用分級補償、就地平衡；集中補償方式和分散補償方式相互結(jié)合但以分散補償方式為主，高壓補償與低壓補償相互結(jié)合，以低壓的補償方式為主。

電力系統(tǒng)中由于供電的地區(qū)幅員廣闊，而無功功率在遠(yuǎn)距離的傳輸時，電流會在導(dǎo)線上消耗大量的有功功率，使得線路的損耗更大，因此從電力系統(tǒng)的經(jīng)濟方面考慮應(yīng)該盡量地減少無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸。無功補償主要是分為就地補償、集中補償、分散補償幾種方式[3]。分散補償和集中補償方式相結(jié)合要以分散補償為主。集中補償，是在變電所里集中的裝設(shè)容量比較大的補償電容器。但因為無功功率傳輸?shù)倪^程中會造成大量的功率損耗，故集中補償不適合在傳輸距離比較遠(yuǎn)的電力網(wǎng)。分散補償是指在配電網(wǎng)中分散的負(fù)荷區(qū)域，例如對配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進行的無功補償。

為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸電配電設(shè)備的效率，無功補償應(yīng)分級補償，就地平衡，達(dá)到最經(jīng)濟的目標(biāo)。所以電力系統(tǒng)無功補償計算會常用到最大負(fù)荷補償計算、平均負(fù)荷補償計算、變壓器和輸電線路無功補償計算、配電網(wǎng)無功補償容量計算、低壓無功補償容量計算（P）、低壓無功補償容量計算（s）。因此，運用以上6種無功補償計算進行程序設(shè)計。

1.3 軟件的計算程序流程框架

計算程序的設(shè)計，先要對程序結(jié)構(gòu)框架進行設(shè)計，根據(jù)框架模塊對各模塊控件進行編程設(shè)計[4]。計算程序的核心功能是各種計算函數(shù)可以實現(xiàn)相互調(diào)用功能和對數(shù)值校驗算法的設(shè)計。

2 計算軟件的理論基礎(chǔ)

此軟件由兩大模塊組成：計算模塊和數(shù)值校驗?zāi)K。軟件的計算參數(shù)較多，計算公式、參數(shù)的計算單位、數(shù)值的規(guī)定范圍主要參考《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）》。

2.1 頻率調(diào)整計算模塊

頻率調(diào)整計算主要用來計算兩互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率變化量和交換功率。在交換功率數(shù)值合理的條件下及時地對頻率進行調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2 無功補償計算模塊

無功補償計算主要對無功補償容量進行計算。根據(jù)電力系統(tǒng)無功補償原則，將計算出的無功補償容量通過規(guī)定的補償設(shè)備進行無功補償，保證系統(tǒng)在可靠、經(jīng)濟的狀態(tài)下運行。

2.3 校驗?zāi)K

對各種參數(shù)的輸入數(shù)值是否有效進行校驗；對比參數(shù)是否在規(guī)定有效范圍內(nèi)，確保參數(shù)輸入有效。

3 軟件應(yīng)用

本軟件以《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》例題數(shù)據(jù)為例，來展示軟件的計算效果和校驗功能的準(zhǔn)確性。

3.1 頻率調(diào)整計算模塊

輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓頻率、兩互聯(lián)電力系統(tǒng)的容量、需要增加的容量，可計算出聯(lián)絡(luò)線上需要傳輸?shù)墓β手岛皖l率偏移值的大小。

3.2 無功補償計算模塊

以常用的最大負(fù)荷補償計算和平均負(fù)荷補償計算為例展示計算效果。

工程例題，某變電所低壓計算負(fù)荷為：有功計算負(fù)荷800 kV，無功計算負(fù)荷580 kvar，現(xiàn)功率因數(shù)為0.81。若使低壓側(cè)的功率因數(shù)達(dá)到0.92，通過計算補償?shù)臒o功容量為238.391 kvar。

在正常情況下，實現(xiàn)補償容量的確定一般采用平均功率因數(shù)，平均有功負(fù)荷系數(shù)一般取0.82，通過平均負(fù)荷補償計算補償?shù)臒o功容量為195.481 kvar。

3.3 校驗?zāi)K

在各參數(shù)輸入完畢后需要對所輸入的參數(shù)進行校驗，減少因人為操作失誤造成的計算錯誤。

當(dāng)條件輸入框內(nèi)輸入的不是數(shù)值，將彈出提醒對話框提示需要修改的信息。以A系統(tǒng)容量輸入窗口為例，當(dāng)輸入不是數(shù)字的情況下，可以實現(xiàn)對輸入的無效值進行提示。

當(dāng)所輸入的參數(shù)不在規(guī)定有效范圍內(nèi)時，彈出警告窗口，提示操作者需要修改輸入?yún)?shù)。無功補償計算中在輸入功率因數(shù)的數(shù)值應(yīng)該是小于1的，在大于1的情況下點擊校驗1按鈕將會彈出輸入不合理的字樣。

3.4 擴展延伸模塊

為響應(yīng)國家的號召，促進國與國之間的聯(lián)系情感，軟件添加了英文界面選擇按鈕，可以選擇多個國家地區(qū)的電壓頻率進行互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整計算，所以此軟件不僅局限于國內(nèi)電力系統(tǒng)，還可以用于其他國家和地區(qū)，擴大了軟件的使用范圍。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)功能型計算軟件可實現(xiàn)精準(zhǔn)計算互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的基本參數(shù)和電力系統(tǒng)無功補償容量大小，還具有完整的英文操作界面、參數(shù)校驗功能、詳細(xì)的使用說明書，并且適配32個國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)電壓頻率參數(shù)存檔。該軟件已經(jīng)用于學(xué)校實驗室對電力系統(tǒng)設(shè)計的教學(xué)實驗，可提高對電力系統(tǒng)設(shè)計的效率和電力系統(tǒng)數(shù)值校驗的精確度，減少操作失誤和計算誤差。