基于多饋入交直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算和分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于多饋入交直流系 統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展和特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)并將繼續(xù)出現(xiàn)多個(gè) 多饋入交直流系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)在為受端交流系統(tǒng)提供有功功率的同時(shí)，逆變站在換流 過(guò)程中需要吸收大量的無(wú)功功率，正常運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)所需無(wú)功可由補(bǔ)償裝置完全提供。 但當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，特別是逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生故障及故障恢復(fù)期間，直流輸電系 統(tǒng)需要從交流系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，這可能成為交流系統(tǒng)電壓失穩(wěn)或崩潰的誘因。
[0003] 與純交流系統(tǒng)和單饋入交直流相比，多饋入交直流系統(tǒng)有更多的動(dòng)態(tài)元件與非線 性環(huán)節(jié)，引起系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的因素更多也更復(fù)雜，如多回直流系統(tǒng)間的相互影響、直流 控制方式與控制參數(shù)的變化、無(wú)功補(bǔ)償方式、發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)、負(fù)荷模型和有載調(diào)壓變壓 器(on-load tap changer，0LTC)等等。這些動(dòng)態(tài)元件和非線性環(huán)節(jié)對(duì)電壓穩(wěn)定都起著重要 的作用。
[0004] 小干擾穩(wěn)定分析方法是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的一般性方法，同樣適用于電壓穩(wěn)定 分析。小干擾電壓穩(wěn)定實(shí)際上是一種李雅普諾夫意義下的漸近穩(wěn)定，它可以計(jì)及與電壓穩(wěn) 定問(wèn)題有關(guān)的各元件的動(dòng)態(tài)，其實(shí)質(zhì)在于將所考慮的動(dòng)態(tài)元件的微分方程在運(yùn)行點(diǎn)處線性 化，通過(guò)分析狀態(tài)方程特征矩陣的特征根來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用。許多文獻(xiàn) 在小干擾電壓穩(wěn)定研究中考慮了發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)、0LTC、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特 性，但考慮直流輸電系統(tǒng)(HVDC)的動(dòng)態(tài)研究非常少。并且，在基于小干擾電壓穩(wěn)定分析方法 判斷多饋入交直流系統(tǒng)的關(guān)鍵直流方面，目前國(guó)內(nèi)外尚未見相關(guān)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明基于小干擾電壓穩(wěn)定分析方法，提出基于多饋入交 直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 基于多饋入交直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法，所述方法包括如下步 驟：
[0008] 步驟1:采集多饋入交直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、動(dòng)態(tài)元件模型及模型參數(shù)，構(gòu)建多饋入 交直流系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組DAE;在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)(X〇，Y Q)處執(zhí)行線性化處理，獲取線性動(dòng) 態(tài)系統(tǒng)模型；
[0009] 步驟2:基于小干擾穩(wěn)定性分析方法求解系統(tǒng)特征值及相應(yīng)的左、右特征向量，通 過(guò)熄弧角相關(guān)比Ργ?獲取多饋入交直流系統(tǒng)中與穩(wěn)定性相關(guān)的特征值λυ?( i = 1，2，…，m)，并 確定最小特征值λυ min;
[0010] 步驟3:利用所述最小特征值λυ_判斷多饋入交直流系統(tǒng)的小干擾電壓穩(wěn)定性，根 據(jù)λυ min對(duì)應(yīng)的參與因子Pj min確定影響多饋入交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵直流。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟1中，構(gòu)建多饋入交直流系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組DAE的表達(dá)式 為：
[0013 ]式中，X e Rn為系統(tǒng)狀態(tài)變量;γ e Rm為代數(shù)變量;μ e R為變化參量;f和g分別為系統(tǒng) 的微分方程組和代數(shù)方程組;其中，微分方程表示元件、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性； 代數(shù)方程表示由網(wǎng)絡(luò)決定的潮流約束；
[0014]在系統(tǒng)平衡點(diǎn)(Χο，Υο)處將式（1)線性化，并消去變化參量μ，獲取線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模 型：
[0017]如果D非奇異，消去式中的代數(shù)變量增量ΔΥ，獲得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣方程如下描述：
[0019] 式中，X = A_BD-iG為ηΧη維系數(shù)矩陣，即該線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)矩陣。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟2中，通過(guò)分析狀態(tài)矩陣1的特征值，判斷線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的 小擾動(dòng)穩(wěn)定性；
[0021 ]如果多饋入交直流系統(tǒng)規(guī)模較小，即狀態(tài)變量低于1000，則采用QR算法計(jì)算狀態(tài) 矩陣Α的全部特征值及相應(yīng)的左、右特征向量;如果多饋入交直流系統(tǒng)規(guī)模較大，即狀態(tài)變 量高于1000,則采用隱式重啟動(dòng)Arnoldi算法計(jì)算自定義區(qū)域內(nèi)的特征值及其相應(yīng)的左、右 特征向量。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟2的熄弧角相關(guān)比PYi表示狀態(tài)矩陣A的第i個(gè)特征值h與直流熄 弧角γ的相關(guān)程度，將其定義為：
[0024]式中，XY j (j = 1，2，…，η)表示與逆變器熄弧角γ相關(guān)的狀態(tài)變量;η為直流回?cái)?shù)； Pki為量度第k個(gè)狀態(tài)量Xk與第i個(gè)特征值λ?相關(guān)物理量；
[0025]將pklS義為參與因子，其表達(dá)式為：
[0027] 式中，Vi和Ui分別為與λ?對(duì)應(yīng)的左、右特征向量;vki和Uki分別為左、右特征向量的 第k個(gè)元素;p kl的模| pkl |的大小反映 Xk和\的相關(guān)性大??；| Pkl |越大，則相關(guān)性越強(qiáng)。
[0028] 優(yōu)選的，所述步驟2中，通過(guò)熄弧角相關(guān)比ργι獲取多饋入交直流系統(tǒng)中與電壓穩(wěn) 定性相關(guān)的特征值的方法如下：
[0029]若根據(jù)步驟2求得的某個(gè)特征值Μ滿足熄弧角相關(guān)比ργι>1，且虛部為〇,則認(rèn)為該 特征值與多饋入交直流系統(tǒng)的小干擾電壓穩(wěn)定性相關(guān);令λυ^ληλυ,表示多饋入交直流 系統(tǒng)的小干擾電壓穩(wěn)定程度。
[0030] 優(yōu)選的，所述步驟2中，確定最小特征值λυ min包括，選取Aui(i = l，2，···，m)中距離 虛軸最近的特征值，即模I Aui |最小的特征值λυ min。
[0031] 優(yōu)選的，所述步驟3中，利用最小特征值λυ min判斷多饋入交直流系統(tǒng)的小干擾電壓 穩(wěn)定性的方法包括：
[0032] 若最小特征值λυ min>〇,則該多饋入交直流系統(tǒng)小干擾電壓不穩(wěn)定;若λυ min<〇， 且距離虛軸較遠(yuǎn)，則該多饋入交直流系統(tǒng)小干擾電壓穩(wěn)定;若AUmin<0,則該系統(tǒng)處于小干 擾電壓穩(wěn)定運(yùn)行臨界點(diǎn)。
[0033] 優(yōu)選的，所述步驟3中，根據(jù)最小特征值λυ min對(duì)應(yīng)的參與因子Pj min確定影響多饋 入交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性關(guān)鍵直流的方法包括：
[0034] 若系統(tǒng)中第j回直流逆變器熄弧角相關(guān)的狀態(tài)變量XYj的最小特征值A(chǔ)Umin對(duì)應(yīng)的 參與因子最大，則第j回直流為所述多饋入交直流系統(tǒng)的關(guān)鍵直流。
[0035] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的優(yōu)異效果為：
[0036] 本發(fā)明可運(yùn)用于電力系統(tǒng)的理論和計(jì)算分析，基于小干擾電壓穩(wěn)定分析方法，提 出基于多饋入交直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法，該方法能有效地找出影響多饋 入交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵直流，從而判別系統(tǒng)中最易導(dǎo)致電壓失穩(wěn)的區(qū)域;對(duì)預(yù)防 大電網(wǎng)發(fā)生電壓崩潰事故提供了新的技術(shù)支撐。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中兩饋入交直流算例等值系統(tǒng)示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中等值系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)潮流圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明提供的基于多饋入交直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0041] 基于多饋入交直流系統(tǒng)關(guān)鍵直流電壓穩(wěn)定性的判別方法，如圖3所示，所述方法包 括如下步驟：
[0042] 實(shí)施例：以一個(gè)含兩回直流輸電線路的算例系統(tǒng)為例，研究判斷多饋入交直流系 統(tǒng)中影響電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵直流的方法。兩饋入交直流算例系統(tǒng)的等值電路如圖1所示，兩 回直流的逆變側(cè)連接于相鄰的同側(cè)，逆變側(cè)換流母線通過(guò)一回交流線路連接，直流系統(tǒng)整 流側(cè)相互獨(dú)立。直流系統(tǒng)1的主控制模式為恒功率控制，直流系統(tǒng)2的主控制模式為恒電流 控制。送端系統(tǒng)為無(wú)窮大機(jī)組，受端交流系統(tǒng)模型用系統(tǒng)等值電勢(shì)源串聯(lián)等值阻抗來(lái)表示。 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)潮流圖如圖2所示。
[0043 ]步驟1:采集多饋入交直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、動(dòng)態(tài)元件模型及模型參數(shù)，構(gòu)建多饋入 交直流系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組DAE;在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)(Xo，Yo)處執(zhí)行線性化處理，獲取線性動(dòng) 態(tài)系統(tǒng)模型；
[0044]步驟1中，構(gòu)建多饋入交直流系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組DAE的表達(dá)式為：
[0046] 式中，X e Rn為系統(tǒng)狀態(tài)變量;Y e Rm為代數(shù)變量;μ e R為變化參量;f和g分別為系統(tǒng) 的微分方程組和代數(shù)方程組;其中，微分方程表示元件、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性； 代數(shù)方程表示由網(wǎng)絡(luò)決定的潮流約束；
[0047] 在系統(tǒng)平衡點(diǎn)(X〇，Y〇)處將式（1)線性化，并消去變化參量μ，獲取線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模 型：
[0049] 其中，系統(tǒng)狀態(tài)變量增量△ X總共有20個(gè)，如下所示：
[0050] Δ X - [ Δ 0 rl，Α ，Λ CO r2，$2，Δ CO r3，$3，Δ Xa-reel，Α Χγ-invl，A Vmesl，
[0051 ] Λ Vdi-mesl，A Idr-mesl，A Idi-mesl，A 7" i-mesl, Δ Xa-rec2 ,
[0052] Δ Χγ-inv2，Δ Vmes2，Δ Vdi-mes2，A Idr-mes2，A Idi-mes2，A y i-mes2]
[0054]如果D非奇異，消去式中的代數(shù)變量增量ΔΥ，獲得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣方程如下描述：
[0056]式中，A = A - BD C為η Xη維系數(shù)矩陣，即該線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)矩陣。 [