CN103117565B - 一种研究交直流相互影响机理的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种交直流相互影响机理的分析方法。包括如下步骤：1）通过对所研究电网直流换相失败的实际录波和对实时数字仿真系统、电磁暂态的仿真，归纳出交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征；2）分析交流电网故障对直流运行的影响范围，即通过对主干电网三相或单相短路故障扫描，统计故障期间全网直流逆变站母线电压跌落水平，根据步骤1）的判定条件，分析故障导致直流换相失败的区域和直流功率跌落的程度；3）分析受端交流故障时系统稳定特性；4）分析直流闭锁时系统稳定特性。本发明能分析交直流相互影响机理以及由此产生的影响交直流大电网系统稳定特性的规律。本发明能适应大规模交直流混合系统的仿真，提高模拟仿真的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种研究交直流电网相互影响机理的分析方法,属于电力系统安全稳定分析的技术领域。
背景技术
能源资源分布与经济发展的不均衡，决定了南方电网在相当长一段时间内需要进行西电东送与跨区域的资源优化配置。远景随着南方电网大规模直流集中馈入受端电网，交直流相互影响问题进一步突出，电网运行风险和运行控制难度均可能增大。
由于大规模直流的集中馈入，受端交流故障将引起多回直流发生换相失败。多回直流换相失败导致受端电网负荷中心大量功率缺失可能引起电压稳定问题；换相失败到直流功率恢复期间，大量直流功率转移到交流通道可能引起的功角稳定问题；而多回直流功率恢复期间吸收大量无功又可能引起的受端电压稳定问题。另外大规模直流集中馈入电网，其联网直流闭锁或多回直流同时闭锁后，大规模直流功率转移，造成交流通道功率输送能力下降，送端系统功率过剩，而受端系统功率需缺，送受端系统功角拉开最终可能导致功角失稳。而大容量孤岛直流闭锁后，受端系统丢失电源将造成系统频率下降，有可能造成频率稳定问题。可以看出，交直流并联运行、多回直流集中馈入的电网特点使得受端系统无功电压问题、功角稳定问题和频率稳定问题紧密联系，相互交织，稳定特性十分复杂。
如何将交直流复杂电力系统中相互交织的功角稳定、频率稳定和电压稳定问题进行解耦，研究交直流相互影响机理，分析系统稳定特性及影响该特性的主要因素，才能提出有效的应对措施。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种从交直流影响机理的理论分析和仿真分析两方面对交直流电力系统稳定特性进行研究的研究交直流电网相互影响机理的分析方法。本发明将交直流并联运行、多回直流集中馈入大电网中，由于交直流相互影响而产生的相互交织的功角稳定问题、频率稳定问题和电压稳定问题进行解耦，从而分析交直流相互影响机理以及由此产生的影响交直流大电网系统稳定特性的规律。
本发明的交直流相互影响机理的分析方法，包括如下步骤：
1）通过对所研究电网直流换相失败的实际录波和对实时数字仿真系统、电磁暂态的仿真，归纳出交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征；
2）分析交流电网故障对直流运行的影响范围，即通过对主干电网三相或单相短路故障扫描，统计故障期间全网直流逆变站母线电压跌落水平，根据步骤1）的判定条件，分析故障导致直流换相失败的区域和直流功率跌落的程度；
3）分析受端交流故障时系统稳定特性；
4）分析直流闭锁时系统稳定特性。
上述步骤1）中，交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征是：三相或单相短路故障使逆变站换流母线电压跌落到正常运行电压值的百分数X，会导致直流换相失败，若电压降低到百分数Y，则故障能导致直流功率下降到零；
上述步骤3）中，根据步骤2）扫描结果选出影响直流换相失败范围最大且直流功率降低最严重的受端交流故障；同时为剖析联网和孤岛直流换相失败对系统稳定特性影响的差别，假定受端交流故障仅造成联网直流、孤岛直流分别换相失败；然后再考虑受端交流故障造成联网和孤岛运行直流均换相失败；由交流系统短路故障等造成直流换相失败，为单独分析直流换相失败后大容量功率缺失造成的系统失稳特性，即将直流功率缺失与受端电网短路故障后电压恢复问题解耦；计算中假定某种扰动能够使直流系统换相失败，但对系统电压没有影响；
上述解耦的模拟方法具体如下:
（a）将直流功率降低为0MW，并持续0.1秒，模拟直流持续换相失败；
（b）0.1秒时直流功率开始恢复；定义直流由零功率恢复到额定功率的时间为直流恢复时间TR，逐渐增大直流恢复时间，一直到系统失稳，该时间为直流临界恢复时间TR；同时分析此时的交流通道承受功率转移的能力、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
上述步骤4）中的分析直流闭锁时系统稳定特性包括分别从孤岛直流和联网直流两个方面进行分析。
上述孤岛直流和联网直流两个方面分析是将直流功率降低到0，逐步增大直流功率丢失量，直至系统失稳，从而研究交直流大电网能承受的孤岛直流、联网直流最大功率的丢失量、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
本发明将交直流并联运行、多回直流集中馈入大电网中，由于交直流相互影响而产生的相互交织的功角稳定问题、频率稳定问题和电压稳定问题进行解耦，从而分析交直流相互影响机理以及由此产生的影响交直流大电网系统稳定特性的规律。本发明的方法数据搭建方便，能适应于大规模交直流混合系统仿真计算，有效提高了模拟仿真的可靠性，是一种有效的研究交直流电网相互影响机理的分析方法。
附图说明
图1是本发明方法的实现流程图
具体实施方式
参照附图1，对本方法进行详细描述：
1）通过对所研究电网直流换相失败的实际录波和对实时数字仿真系统、电磁暂态仿真软件等工具仿真研究的整理分析，归纳出交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征，即三相或单相短路故障使逆变站换流母线电压跌落到正常运行电压值的百分数X，会导致直流换相失败。若电压降低到百分数Y，则故障可能导致直流功率下降到零。
2）分析交流电网故障对直流运行的影响范围，即通过对主干电网三相或单相短路故障扫描，统计故障期间全网直流逆变站母线电压跌落水平，根据步骤1）的判定条件，分析故障导致直流换相失败的区域和直流功率跌落的程度。
3）分析受端交流故障时系统稳定特性。根据步骤2）扫描结果选出影响直流换相失败范围最大且直流功率降低最严重的受端交流故障。同时为剖析联网和孤岛直流换相失败对系统稳定特性影响的差别，假定受端交流故障仅造成联网直流、孤岛直流分别换相失败；然后再考虑受端交流故障造成联网和孤岛运行直流均换相失败。交流系统短路等故障引起直流换相失败，为单独分析直流换相失败后大容量功率缺失造成的系统失稳特性，计算中假定某种扰动能够使直流系统换相失败，但对系统电压没有影响，即将直流功率缺失与受端电网短路故障后电压恢复问题解耦。模拟方法是采用机电暂态仿真程序中直流功率修改卡，具体如下:（a）将直流功率降低为0MW，并持续0.1秒，这模拟直流持续换相失败，0.1秒为交流故障时间即继电保护0.1秒后动作；（b）0.1秒后直流功率开始恢复。定义直流由零功率恢复到额定功率的时间为直流恢复时间TR。逐渐增大直流恢复时间，直至系统失稳，该时间为直流临界恢复时间TR。
3.1）联网直流换相失败后功率短时转移对系统稳定的影响。将所研究电网中的所有联网直流按照3）中的模拟方法，计算分析其临界恢复时间TR，交流通道承受功率转移的能力、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
3.2）孤岛直流换相失败后功率短时转移对系统稳定的影响。将所研究电网中的所有孤岛直流按照3）中的模拟方法（同时考虑对受端系统频率的影响关闭发电机调速器，增大负荷频率因子），计算分析其临界恢复时间TR，交流通道承受功率转移的能力、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
3.3）联网和孤岛直流换相失败后功率短时转移对系统稳定的影响。将所研究电网中的所有联网及孤岛直流按照3）中的模拟方法，（同时考虑对受端系统频率的影响关闭发电机调速器，增大负荷频率因子），计算分析其临界恢复时间TR，交流通道承受功率转移的能力、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。另外，为同时考虑直流换相失败和受端系统电压跌落因素,可在5）的模拟方法（a）中直流功率降低的同时系统发生一交流故障。
4）分析直流闭锁时系统稳定特性。分别从孤岛直流和联网直流分两个方面进行分析：
4.1）孤岛直流闭锁时系统稳定特性分析。为更准确的模拟孤岛运行直流闭锁对系统频率的影响，模拟计算时关闭全网调速器功能，增大全网负荷模型中频率因子，以负荷频率因子增量来等效发电机调速器的作用。计算时采用机电暂态仿真程序（中国电科院的BPA电力系统分析程序）中直流功率修改卡（即将直流功率降低到0）逐步增大直流功率丢失量，直至系统失稳，从而研究交直流电网能承受多大容量的孤岛直流功率的丢失、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
4.2）联网直流闭锁对系统稳定性分析。计算中计算时采用机电暂态仿真程序（中国电科院的BPA电力系统分析程序）中直流功率修改卡连续快速降低直流功率，同时切除相应的送受端换流站无功补偿容量。逐步增大直流功率丢失量，直至系统失稳，从而研究交直流电网能承受多大容量的孤岛直流功率的丢失、联网直流闭锁故障后交流通道承受功率转移的能力、系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
Claims (4)
1.一种交直流相互影响机理的分析方法，其特征在于包括如下步骤：
1）通过对所研究电网直流换相失败的实际录波和对实时数字仿真系统、电磁暂态的仿真，归纳出交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征；
2）分析交流电网故障对直流运行的影响范围，即通过对主干电网三相或单相短路故障扫描，统计故障期间全网直流逆变站母线电压跌落水平，分析故障导致直流换相失败的区域和直流功率下降的程度；
3）分析受端交流故障时实时数字仿真系统稳定特性；
4）分析直流闭锁时实时数字仿真系统稳定特性；
上述步骤1）中，交流电网故障引起的直流换相失败发生条件和动态特征是：三相或单相短路故障使直流逆变站换流母线电压跌落到正常运行电压值的百分数X，会导致直流换相失败，若电压降低到百分数Y，则故障能导致直流功率下降到零；
上述步骤3）中，根据步骤2）扫描结果选出影响直流换相失败范围最大且直流功率降低最严重的受端交流故障；同时为剖析联网和孤岛直流换相失败对数字仿真系统稳定特性影响的差别，假定受端交流故障仅造成联网直流、孤岛直流分别换相失败；然后再考虑受端交流故障造成联网直流和孤岛运行直流均换相失败；由交流系统短路故障造成直流换相失败，为单独分析直流换相失败后大容量功率缺失造成的实时数字仿真系统失稳特性，即将直流功率缺失与受端电网短路故障后电压恢复问题解耦；计算中假定直流系统换相失败，但对实时数字仿真系统电压没有影响。
2.根据权利要求1所述的交直流相互影响机理的分析方法，其特征在于上述解耦的模拟方法具体如下:
（a）将直流功率降低为0MW，并持续0.1秒，模拟直流持续换相失败；
（b）0.1秒时直流功率开始恢复；定义直流由零功率恢复到额定功率的时间为直流恢复时间，逐渐增大直流恢复时间，一直到实时数字仿真系统失稳，该时间为直流临界恢复时间；同时分析此时的交流通道承受功率转移的能力、实时数字仿真系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
3.根据权利要求1所述的交直流相互影响机理的分析方法，其特征在于上述步骤4）中的分析直流闭锁时实时数字仿真系统稳定特性包括分别从孤岛直流和联网直流两个方面进行分析。
4.根据权利要求3所述的交直流相互影响机理的分析方法，其特征在于上述孤岛直流和联网直流两个方面分析是将直流功率降低到0，逐步增大直流功率丢失量，直至系统失稳，从而研究交直流大电网能承受的孤岛直流、联网直流最大功率的丢失量、实时数字仿真系统失稳特性及造成失稳的决定性因素。
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