电力系统功能型计算软件的设计研发

唐溧克，王淮冬，史雅丰，任思行，高 源

（长春工业大学电气与电子工程学院，吉林 长春 130012）

0 引言

电力系统得以在稳定经济的条件下运行，与系统总装机容量、最大负荷、额定频率、无功功率、负荷变化量等参数有着密不可分的联系。在互联电力系统中，负荷变动是引起的频率变化的主要原因。频率扰动过大会给电网的稳定性带来巨大影响，其直接或间接带来的危害也是巨大的，所以对电网频率的控制是电力系统主要控制目的之一。输电为了更高的经济效益，大电网的无功补偿就在电力系统中显得尤为重要。无功补偿主要是在于无功补偿设备的容量确定，无功容量过大、过小对电力系统都会有影响[1]。所以频率调整和无功补偿的计算准确度就显得非常重要。

针对频率调整和无功补偿这两个问题，在原有的设计电力系统过程中，是通过人工手动或者Excel表格自带的函数，对电力系统频率调整的数值和电力系统无功补偿的数值进行计算。而这种传统的计算方式容易产生较大的计算误差并且计算效率低，Excel程序计算的输入界面不美观，提取有效数值烦琐，并且需要对程序进行频繁的修改，对数值的检验过程也十分复杂，容易出现人为的操作失误。所以，设计一款界面简洁、计算速度快、计算精度高、容易操作的计算软件在电力系统设计过程中是极为必要的。本文针对这一问题，利用VB对电力系统频率调整的数值和电力系统无功补偿的数值进行计算，并且实现对数值的校验。

1 设计方案

1.1 互联电力系统频率调整计算

在互联电力系统频率控制中，大容量负荷变化引起的频率波动主要由系统发电机组的备用容量来实现调频的，若两机组的备用容量不足或者系统调度直接由二次调频的调频设备进行调频，可实现无差的频率调整。

互联电力系统频率调整主要是控制发电机组的运行容量大小，及时地调整发电机的输出，对突然增加或者减少的负荷进行补偿，维持负载波动的平衡。控制互联电力系统的正常运行主要实现以下的目标：

（1）实现发电机组的输出随所带负荷变化而实时跟踪改变，使系统频率维持在规定允许范围内（50Hz±0.2Hz）[2]。

（2）互联系统间的互为备用容量可以及时调整输出功率，使系统间联络线的交换功率在规定值内，在限量内保持联络线功率波动在允许计划内。

若要对目标参数的精准计算，最主要的是提供较为准确的负荷变动，要针对互联系统收集有功功率的变化情况，为计算提供日负荷变化曲线，以便在某一时段内计算出较为精确的频率变化量及联络线交换功率。

综上所述，若要达到互联系统的可靠运行，且频率控制的可控目的，主要任务是控制频率变化量及联络线的交换功率在可控允许范围内。故对频率变化量和联络线的交换功率的计算显得格外重要。这是对频率调整，维持系统稳定平衡的重要参数。

互联电力系统频率调整的计算是在两机组都进行一次调频、都不进行一次调频、仅一侧机组参加一次调频的情况下对联络线上交换功率和频率变量的计算进行程序设计的。

1.2 电力系统无功补偿计算

无功补偿是为了提高电力系统中的自然功率因数，在有多种补偿方式的情况下应该全面统筹规划、合理进行布局、采用分级补偿、就地平衡；集中补偿方式和分散补偿方式相互结合但以分散补偿方式为主，高压补偿与低压补偿相互结合，以低压的补偿方式为主。

电力系统中由于供电的地区幅员广阔，而无功功率在远距离的传输时，电流会在导线上消耗大量的有功功率，使得线路的损耗更大，因此从电力系统的经济方面考虑应该尽量地减少无功功率的远距离传输。无功补偿主要是分为就地补偿、集中补偿、分散补偿几种方式[3]。分散补偿和集中补偿方式相结合要以分散补偿为主。集中补偿，是在变电所里集中的装设容量比较大的补偿电容器。但因为无功功率传输的过程中会造成大量的功率损耗，故集中补偿不适合在传输距离比较远的电力网。分散补偿是指在配电网中分散的负荷区域，例如对配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输电配电设备的效率，无功补偿应分级补偿，就地平衡，达到最经济的目标。所以电力系统无功补偿计算会常用到最大负荷补偿计算、平均负荷补偿计算、变压器和输电线路无功补偿计算、配电网无功补偿容量计算、低压无功补偿容量计算（P）、低压无功补偿容量计算（s）。因此，运用以上6种无功补偿计算进行程序设计。

1.3 软件的计算程序流程框架

计算程序的设计，先要对程序结构框架进行设计，根据框架模块对各模块控件进行编程设计[4]。计算程序的核心功能是各种计算函数可以实现相互调用功能和对数值校验算法的设计。

2 计算软件的理论基础

此软件由两大模块组成：计算模块和数值校验模块。软件的计算参数较多，计算公式、参数的计算单位、数值的规定范围主要参考《电力系统稳态分析（第三版）》。

2.1 频率调整计算模块

频率调整计算主要用来计算两互联电力系统频率变化量和交换功率。在交换功率数值合理的条件下及时地对频率进行调整，保证系统稳定运行。

2.2 无功补偿计算模块

无功补偿计算主要对无功补偿容量进行计算。根据电力系统无功补偿原则，将计算出的无功补偿容量通过规定的补偿设备进行无功补偿，保证系统在可靠、经济的状态下运行。

2.3 校验模块

对各种参数的输入数值是否有效进行校验；对比参数是否在规定有效范围内，确保参数输入有效。

3 软件应用

本软件以《电力系统稳态分析》例题数据为例，来展示软件的计算效果和校验功能的准确性。

3.1 频率调整计算模块

输入标准电压频率、两互联电力系统的容量、需要增加的容量，可计算出联络线上需要传输的功率值和频率偏移值的大小。

3.2 无功补偿计算模块

以常用的最大负荷补偿计算和平均负荷补偿计算为例展示计算效果。

工程例题，某变电所低压计算负荷为：有功计算负荷800 kV，无功计算负荷580 kvar，现功率因数为0.81。若使低压侧的功率因数达到0.92，通过计算补偿的无功容量为238.391 kvar。

在正常情况下，实现补偿容量的确定一般采用平均功率因数，平均有功负荷系数一般取0.82，通过平均负荷补偿计算补偿的无功容量为195.481 kvar。

3.3 校验模块

在各参数输入完毕后需要对所输入的参数进行校验，减少因人为操作失误造成的计算错误。

当条件输入框内输入的不是数值，将弹出提醒对话框提示需要修改的信息。以A系统容量输入窗口为例，当输入不是数字的情况下，可以实现对输入的无效值进行提示。

当所输入的参数不在规定有效范围内时，弹出警告窗口，提示操作者需要修改输入参数。无功补偿计算中在输入功率因数的数值应该是小于1的，在大于1的情况下点击校验1按钮将会弹出输入不合理的字样。

3.4 扩展延伸模块

为响应国家的号召，促进国与国之间的联系情感，软件添加了英文界面选择按钮，可以选择多个国家地区的电压频率进行互联电力系统频率调整计算，所以此软件不仅局限于国内电力系统，还可以用于其他国家和地区，扩大了软件的使用范围。

4 结语

电力系统功能型计算软件可实现精准计算互联电力系统频率调整的基本参数和电力系统无功补偿容量大小，还具有完整的英文操作界面、参数校验功能、详细的使用说明书，并且适配32个国家和地区的标准电压频率参数存档。该软件已经用于学校实验室对电力系统设计的教学实验，可提高对电力系统设计的效率和电力系统数值校验的精确度，减少操作失误和计算误差。