一種評(píng)價(jià)特高壓直流分層接入方式下不同層間電壓相互作用程度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種評(píng)價(jià)特高壓直流分層接入方式下不同層間電壓相互作用程度的方法，屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)特高壓直流以分層方式接入交流電網(wǎng)的特點(diǎn)建立交直流系統(tǒng)的等值模型，同時(shí)根據(jù)直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和交流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)建立等值模型的潮流約束方程，然后在運(yùn)行點(diǎn)處推導(dǎo)出潮流約束方程的降階雅克比矩陣，最后對(duì)階雅克比矩陣求逆，獲取其中的元素并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理得到500kV層與1000kV層的電壓相互作用因子。本發(fā)明能夠?yàn)樘馗邏褐绷鞣謱咏尤牍こ?00kV層和1000層的無功配置和無功優(yōu)化提供指導(dǎo)。
【專利說明】
一種評(píng)價(jià)特高壓直流分層接入方式下不同層間電壓相互作用 程度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種一種特高 壓直流以分層方式接入交流系統(tǒng)時(shí)層間換流母線電壓相互作用程度的評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，我國(guó)特高壓交直流輸電技術(shù)和工程應(yīng)用取得突破。晉東南一南陽一荊門 1000 kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程及擴(kuò)建工程、800kV向家壩復(fù)龍一上海奉賢特高壓直流示 范工程已建成投運(yùn)并持續(xù)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)優(yōu)化配置我國(guó)能源資源發(fā)揮了重要作用。 未來10~20年，還將有數(shù)十回特高壓直流輸電工程建成投運(yùn)，向東中部負(fù)荷中心地區(qū)送電。
[0003] 基于電網(wǎng)換相換流器的高壓直流輸電技術(shù)，需要受端交流電網(wǎng)提供足夠的換相電 壓，且在換相失敗后的功率恢復(fù)過程中還需吸收大量的無功功率，多饋入直流將給受端交 流電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的安全穩(wěn)定問題。多饋入直流集中落入東中部電網(wǎng)將是未來我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展 面臨的突出問題之一，其存在的主要問題是受端電網(wǎng)是否能夠提供堅(jiān)強(qiáng)的電壓支撐。
[0004] 為從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上有效解決多饋入直流系統(tǒng)的問題，劉振亞等人在《中國(guó)電機(jī)工程 學(xué)報(bào)》第33卷第10期于2013年4月5日發(fā)表了文章"特高壓直流分層接入方式在多饋入直流 電網(wǎng)的應(yīng)用研究"提出了一種特高壓直流分層接入的方式。特高壓直流分層方式接入時(shí)受 端系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，直流輸電系統(tǒng)采用雙極結(jié)構(gòu)，串聯(lián)在直流線路上的兩個(gè)逆變閥 各自獨(dú)立，分別接到500kV層和1000 kV層的換流母線上，形成兩個(gè)直流落點(diǎn)。這種接線方式 雖然在提高受端系統(tǒng)電壓支撐能力、引導(dǎo)潮流合理分布方面存在優(yōu)勢(shì)，但是由于形成了多 個(gè)直流落點(diǎn)，而且落點(diǎn)之間電氣距離較近，之間的相互影響不可忽略。同時(shí)由于在直流側(cè)， 兩個(gè)換流閥是串聯(lián)連接，這更增加了 500kV和1000 kV換流母線之間的電氣耦合。因此如何定 量評(píng)價(jià)各層直流換流母線電壓間的相互作用強(qiáng)弱顯的尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是:為評(píng)價(jià)各層直流換流母線電壓間的相互作用，提供了一種特高 壓直流以分層方式接入交流系統(tǒng)時(shí)500kV層和1000 kV層換流母線電壓相互作用程度的評(píng)價(jià) 方法，該方法能同時(shí)考慮直流分層接入系統(tǒng)特殊的接線方式、直流系統(tǒng)不同運(yùn)行方式和交 流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0006] 具體地說，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟：
[0007] 1)根據(jù)特高壓直流分層方式接入交流電網(wǎng)的特點(diǎn)建立交直流系統(tǒng)的等效模型，其 中交流部分沿500kV和1000 kV換流母線對(duì)受端電網(wǎng)進(jìn)行在線戴維南等值，直流部分采用直 流輸電系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行等值；
[0008] 2)獲取直流線路的電阻參數(shù)，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括整流站和逆變 站的換流閥閉鎖情況、整流站和逆變站的控制方式、整流站和逆變站控制器的給定量、 500kV和1000 kV換流母線處濾波器的投切情況以及換流變壓器的變比及抽頭動(dòng)作情況，根 據(jù)所獲得的信息建立直流系統(tǒng)約束方程，根據(jù)當(dāng)前直流系統(tǒng)的控制方式和各逆變站控制器 的給定量得出直流控制約束方程；
[0009] 3)聯(lián)立步驟2)中的直流系統(tǒng)約束方程和直流控制約束方程得到高低端逆變站注 入500kV層和1000 kV層的有功功率和無功功率，其為換流母線電壓幅值的函數(shù)；
[0010] 4)不考慮特高壓直流分層接入的情況，建立交流系統(tǒng)的潮流約束方程，并得到其 雅克比形式的潮流增量方程；
[0011] 5)考慮到有特高壓直流分層接入的情況，對(duì)步驟4)中的潮流約束方程和雅克比潮 流增量方程進(jìn)行修正，得到修正后的潮流約束方程和修正后的雅克比潮流增量方程；
[0012] 6)對(duì)步驟5)修正后的雅克比潮流增量方程進(jìn)行處理得到降階雅克比矩陣
[0013] 7)根據(jù)步驟6)中的降階雅克比矩陣，計(jì)算500kV層換流母線對(duì)1000 kV層換流母線 的電壓作用因子和I OOOkv層換流母線對(duì)500kV層換流母線的電壓作用因子；
[0014] 8)根據(jù)步驟7)中求得的電壓作用因子評(píng)價(jià)500kV層與1000 kV層的電壓相互作用程 度，如果其值接近1則說明一層對(duì)另一層的電壓作用強(qiáng)，如果接近〇,說明電壓作用弱。
[0015] 通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得了下述技術(shù)效果:針對(duì)直流分層接入方式提 出了評(píng)價(jià)兩個(gè)層電壓相互作用程度的指標(biāo)，該指標(biāo)考慮了直流系統(tǒng)特殊的接線方式、直流 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及交流系統(tǒng)的狀態(tài)，方法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，可以做到在線實(shí)時(shí)判斷500kV 層和1000 kV層間電壓相互作用程度。因此本發(fā)明能夠?yàn)樘馗邏褐绷鞣謱咏尤牍こ?00kV層 和1000層的無功配置和無功優(yōu)化提供良好的指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是特高壓直流分層方式接入時(shí)受端系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為特高壓直流分層接入時(shí)的等值模型。
[0018] 圖3為500kV層和1000 kV層電壓相互作用程度評(píng)價(jià)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 本發(fā)明的流程如圖3所示，具體如下：
[0021 ]步驟1:根據(jù)特高壓直流分層方式接入交流電網(wǎng)的特點(diǎn)建立交直流系統(tǒng)的等效模 型，其中交流部分沿500kV和1000 kV換流母線對(duì)受端電網(wǎng)進(jìn)行在線戴維南等值，直流部分采 用直流輸電系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行等值。
[0022] 等效模型如圖2所示。圖中為交流系統(tǒng)等值電勢(shì)為交 流系統(tǒng)等值阻抗，Z12Z91;*500kV和1000 kV層間的耦合阻抗，Pac；1、P ac；2和^^、^^為交流線 路上的有功功率和無功功率，PdhPd2和Qdl、Q d2為直流系統(tǒng)注入交流系統(tǒng)有功功率和無功功 率（即高端和低端逆變站輸出的有功功率和無功功率），？3。12、？ 3。21和1。12、〇3。21為交流聯(lián)絡(luò) 線上的有功功率和無功功率，U 1Z S1、U2 Z δ2為換流母線電壓，BcjPBc2為交流濾波器和無功 補(bǔ)償電容的等值導(dǎo)納，U dl、Ud2分別為高端和低端逆變站的直流電壓，Pdr、I d分別為直流輸送 的功率和直流線路上的電流，Rd為直流線路電阻;X1、X 2為換流變的漏抗。
[0023]步驟2:獲取直流線路的電阻參數(shù)，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括整流站和 逆變站的換流閥閉鎖情況、整流站和逆變站的控制方式、整流站和逆變站控制器的給定量、
[0024] 500kV和1000 kV換流母線處濾波器的投切情況以及換流變壓器的變比及抽頭動(dòng)作情況，根 據(jù)所獲得的信息建立直流系統(tǒng)約束方程，直流系統(tǒng)約束方程見式(1)_(9)。
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 式中：Udc^Ud。^別為高端和低端逆變站的空載直流電壓；γ !、γ 2分別為高端和低 端逆變站的熄弧角;B為六脈動(dòng)換流閥的個(gè)數(shù);h、1?為換流變壓器的變比，Udl、U d2分別為高 端和低端逆變站實(shí)際直流電壓;Pdl、Pd2分別為高端和低端逆變站輸出的有功功率;Q dl、Qd2分 別為高端和低端逆變站輸出的無功功率。U1SSOOkV層換流母線電壓幅值;U 2SlOOOkV層換 流母線電壓幅值。
[0034] 確定直流的控制方式和控制給定量得到直流控制約束方程。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，整流側(cè) 用來確定直流線路電流，采用定直流電流控制或定直流功率控制，可以用式(10)描述。
[0035] Id=Idset 〇r Pdr = Pdrset (10)
[0036] 式中：Idse3t為整流站定電流控制的給定量;Pdmt為整流站定功率控制的給定量。
[0037] 逆變側(cè)用來控制直流線路電壓，采用定熄弧角控制或定直流電壓控制方式。兩個(gè) 逆變站是獨(dú)立控制，所以一共有四種控制組合可供選擇，見式(11)。
[0038]
[0039] 式中：ylse3t、Y2se3t為分別為高端和低端逆變站定熄弧角控制的給定量;Udlse3t、 Ud2sert分別為高端和低端逆變站定直流電壓控制的給定量。
[0040] 步驟3:聯(lián)立步驟2)中的直流系統(tǒng)約束方程和直流控制約束方程得到高低端逆變 站注入500kV層和1000 kV層的有功功率和無功功率，其為換流母線電壓幅值的函數(shù)。即聯(lián)立 式（1)_式(9)的9個(gè)直流系統(tǒng)約束方程和式（10)-式（I 1)的3個(gè)直流控制約束方程計(jì)算高端 換流站和低端換流站注入交流系統(tǒng)的有功功率Pdl、Pd2和無功功率Q dl、Qd2,得到的結(jié)果可以 表示為山和1]2的函數(shù)，如式（12)所示：
[0041 ]
( 12 )
[0042] 其中：i = 1代表高端逆變站;i = 2代表低端逆變站。
[0043]步驟4:不考慮特高壓直流分層接入的情況，建立交流系統(tǒng)的潮流約束方程，并得 到其雅克比形式的潮流增量方程。對(duì)于圖2所示的直流以分層方式接入交流系統(tǒng)的模型，考 慮直流沒接入時(shí)的交流網(wǎng)絡(luò)。交流網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，其潮流方程可以寫為：
[0044]
[0045]式中，Ui、Uj為節(jié)點(diǎn)i和j的電壓幅值;Sij為節(jié)點(diǎn)i和j的相角差;GijJ ij為節(jié)點(diǎn)i和j之 間的電導(dǎo)和電納;Pi、Qi為節(jié)點(diǎn)i的注入的有功和無功功率。
[0046] 將上述潮流方程寫成含有雅克比矩陣的增量形式，見式(14)，
[0047]
[0048] 式中，Δ P和Δ Q是節(jié)點(diǎn)注入功率的變化量;J是系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)（δ〇，υ〇)處的雅可比矩 陣，為8階矩陣，具體表達(dá)式如下：
[0049]
[0050]
[0051] 步驟5:慮到有特高壓直流分層接入的情況，對(duì)步驟4)中的潮流約束方程和雅克比 潮流增量方程進(jìn)行修正，得到修正后的潮流約束方程和修正后的雅克比潮流增量方程。在 直流分層接入點(diǎn)計(jì)及式（12)的高低端逆變站的有功注入和無功注入時(shí)，式(13)的潮流方程 可以被改寫為式（15)，
[0052]
[0053]同理可以得到其修正后的雅克比增量的形式，見式（16):
[0054]
[0055]
[0056]
"7)
[0057] 對(duì)于矩陣A，（A)lj代表A矩陣的i行j列的元素。逆變站的功率輸出只受各層換流母 線電壓幅值的影響，因此直流接入后對(duì)雅克比矩陣J的影響表現(xiàn)在Jpu和Jqli上。若節(jié)點(diǎn)i有逆 變站接入，則Jpu和Jqli中的元素作相應(yīng)的修改變?yōu)镴 'PLi和Υ QLi。
[0058]步驟6:對(duì)步驟5)修正后的雅克比潮流增量方程進(jìn)行處理得到降階雅克比矩陣JR， 具體為式(18):
[0059]
Q8)
[0060] 步驟7:根據(jù)步驟6)中的降階雅克比矩陣JR，計(jì)算500kV層換流母線對(duì)1000 kV層換 流母線的電壓作用因子和I OOOkv層換流母線對(duì)500kV層換流母線的電壓作用因子。
[0061] 500kV層換流母線對(duì)1000 kV層換流母線的電壓作用程度用K12表示，見式（19):
[0062]
(19)
[0063] 1000 kV層換流母線對(duì)500kV層換流母線的電壓作用程度用K21表示，見式(20):
[0064] 、 (20)
[0065] 步驟8:根據(jù)步驟7)中求得的電壓作用因子評(píng)價(jià)500kV層與1000 kV層的電壓相互作 用程度，如果其值接近1則說明一層對(duì)另一層的電壓作用強(qiáng)，如果接近0,說明電壓作用弱。 [0066] 經(jīng)過一段時(shí)間延遲后，更新交直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，重復(fù)上面的過程再進(jìn)行判斷。 [0067] 實(shí)施例1:
[0068] 本實(shí)施例中搭建了如圖2所示的直流分層接入交流系統(tǒng)的模型，戴維南等值后的 交流系統(tǒng)參數(shù)和直流系統(tǒng)參數(shù)以及運(yùn)行點(diǎn)的狀態(tài)變量如表1所示。
[0069] 表1實(shí)施例的直流分層接入交流系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)
[0071 ]假設(shè)直流系統(tǒng)的控制方式為整流站定直流功率控制，高低端逆變器都為定熄弧角 控制。首先計(jì)算出兩個(gè)逆變器注入交流系統(tǒng)的有功功率和無功功率為式(21):
[0073] 建立交流部分的潮流方程，將式（21)中逆變器注入500kV層和1000 kV層交流系統(tǒng) 的功率帶入潮流方程進(jìn)行修正，并在運(yùn)行點(diǎn)處線性化，最終得到降階雅克比矩陣的逆陣，見 式(22)。
[0074]
(22)
[0075] 據(jù)降階雅克比矩陣求得 500kV層換流母線 對(duì)1000 kV層換流母線作用程度;? :表1OOOkV層換流 母線對(duì)500kV層換流母線作用程度。
[0076] 如果以0.5為電壓相互作用強(qiáng)弱的閾值，根據(jù)K值可以得到的結(jié)論為:500kV層換流 母線對(duì)1000 kV層換流母線作用程度強(qiáng)；1000 kV層換流母線對(duì)500kV層換流母線作用程度弱。
[0077] 實(shí)施例表明，只要對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行戴維南等值，對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行建模并獲取得相 關(guān)系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)就能求得特高壓直流分層系統(tǒng)受端500kV層換流母線和1000 kV層換 流母線的電壓相互作用程度。
[0078] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種評(píng)價(jià)特高壓直流分層接入方式下不同層間電壓相互作用程度的方法，其特征在 于，包括如下步驟： 1) 根據(jù)特高壓直流分層方式接入交流電網(wǎng)的特點(diǎn)建立交直流系統(tǒng)的等效模型，其中交 流部分沿500kV和lOOOkV換流母線對(duì)受端電網(wǎng)進(jìn)行在線戴維南等值，直流部分采用直流輸 電系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行等值； 2) 獲取直流線路的電阻參數(shù)，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括整流站和逆變站的 換流閥閉鎖情況、整流站和逆變站的控制方式、整流站和逆變站控制器的給定量、500kV和 lOOOkV換流母線處濾波器的投切情況以及換流變壓器的變比及抽頭動(dòng)作情況，根據(jù)所獲得 的信息建立直流系統(tǒng)約束方程，根據(jù)當(dāng)前直流系統(tǒng)的控制方式和各逆變站控制器的給定量 得出直流控制約束方程； 3) 聯(lián)立步驟2)中的直流系統(tǒng)約束方程和直流控制約束方程得到高低端逆變站注入 500kV層和lOOOkV層的有功功率和無功功率，其為換流母線電壓幅值的函數(shù)； 4) 不考慮特高壓直流分層接入的情況，建立交流系統(tǒng)的潮流約束方程，并得到其雅克 比形式的潮流增量方程； 5) 考慮到有特高壓直流分層接入的情況，對(duì)步驟4)中的潮流約束方程和雅克比潮流增 量方程進(jìn)行修正，得到修正后的潮流約束方程和修正后的雅克比潮流增量方程； 6) 對(duì)步驟5)修正后的雅克比潮流增量方程進(jìn)行處理得到降階雅克比矩陣 7) 根據(jù)步驟6)中的降階雅克比矩陣，計(jì)算500kV層換流母線對(duì)lOOOkV層換流母線的電 壓作用因子和1 OOOkV層換流母線對(duì)500kV層換流母線的電壓作用因子； 8) 根據(jù)步驟7)中求得的電壓作用因子評(píng)價(jià)500kV層與lOOOkV層的電壓相互作用程度， 如果其值接近1則說明一層對(duì)另一層的電壓作用強(qiáng)，如果接近〇,說明電壓作用弱。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK106058906SQ201610323338
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月15日
【發(fā)明人】周前, 劉福鎖, 倪明, 李兆偉, 李滿禮, 徐珂, 解兵, 汪成根
【申請(qǐng)人】國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集團(tuán)公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院