CN103425822B - 一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真分析方法，依据功率缺额引起的两大区联网通道功率波动机制，分析交流同步联网通道潮流转移比的重要影响因素，综合考虑这些因素对潮流转移比的影响特性，制定出一套科学、合理的适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比仿真分析方法。本发明的潮流转移比仿真分析方法为互联电力系统的运行方式安排和控制措施的确定提供了有力支撑，具有适应性强、考虑因素全面等优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。

Description

一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法。

背景技术

随着交直流互联电网的成形，交直流通道相互耦合逐渐成为影响电网安全稳定的关键因素之一。特高压直流与交流通道的送、受端均位于同一同步交流电网时，发生直流闭锁故障，特高压交流通道上将会产生大幅度的功率波动。随着直流馈入容量的增大，单极或双极闭锁等故障将造成同步电网发电功率重新调整，特高压交流联络通道上的转移功率幅度越来越大，很可能造成特高压线路功率超过其静稳极限，对大区同步电网的安全稳定运行构成极大的威胁。

目前在对两大区同步电网交流联络线的有功功率波动的机理研究方面已有初步成果，但电力系统运行人员更为关心哪些因素对联网通道潮流转移比的影响更为关键？这些因素对通道转移比的影响特性如何？目前没有一种仿真分析方法对这些影响因素及这些因素对通道转移比的影响特性进行分析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法，本发明深入分析直流闭锁故障下交流联网通道潮流转移特性，研究出整套科学、合理的适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比仿真分析方法，为实际电网的运行方式安排和控制措施提供参考。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法，其改进之处在于，所述方法依据功率缺额引起的两大区联网通道功率波动机制，分析交流同步联网通道潮流转移比的影响因素，根据影响因素特性制定适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法；所述方法包括下述步骤：

步骤A：建立大区互联电网基础仿真数据模型；

步骤B：确定基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比、特高压直流输电能力以及直流闭锁故障下的安全稳定控制措施，并分析特高压交直流耦合关系；

步骤C：分别调整特高压交流同步联网通道潮流转移比的影响因素，并评估影响因素的影响特性；

步骤D：分析联网通道潮流转移比对直流闭锁故障下特高压交流通道稳定水平及安全稳定控制措施的影响特性。

优选的，所述步骤A中，建立包含特高压直流通道和特高压交流通道的两大区互联电网基础仿真数据模型；特高压直流通道向其中一个大区电网输送电力。

优选的，所述步骤B中，确定基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比、特高压直流输电能力以及直流闭锁故障下的安全稳定控制措施，并分析基础工况下特高压交直流耦合关系；

所述特高压交流通道有功潮流转移比K%用下述表达式表示：

$K\%=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{l\max }}{{\mathrm{\ΔP}}_0}\×100\%;$

其中：ΔP_lmax为联络线有功波动最大值，ΔP₀为系统出现的功率缺额。

较优选的，特高压交流通道有功潮流转移比的影响因素包括：区域电网的总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置和故障点周边开机方式。

较优选的，特高压直流输送能力指的是增大直流输送功率，满足直流单极闭锁不采取安控措施特高压同步电网不失稳的条件下，直流双极输送功率的极限值。

较优选的，直流闭锁故障下的安全稳定控制措施包括：

（1）采取故障后集中切受端电网负荷的措施；

（2）若受端电网存在直流外送通道，采取故障后降低直流外送通道功率的措施；

（3）若直流双极投运，发生单极闭锁故障后，采取提升非故障极直流功率的措施。

优选的，所述步骤C中，分别调整两大区互联电网总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置、故障点周边开机方式影响因素，评估影响因素对特高压有功潮流转移比的影响特性。

较优选的，影响因素的调整方法分别如下：

1）两大区互联电网总惯性常数比：通过分别求取交流联络线两端电网中所有发电机组的惯性时间常数之和获得，仿真计算中调整大区电网负荷总容量来改变惯性常数比；

2）特高压串补设备运行工况：特高压交流通道全线无串补、投入部分串补和投入全部串补；

3）负荷特性：结合不同马达比例的负荷模型的影响特性；

4）特高压交流通道输送功率：保持特高压直流功率受入功率不变的情况下，逐渐增加特高压交流通道输送功率；

5）故障点位置：在引起相同功率缺额的情况下，根据故障距离交流联络线的远近不同调整故障点位置；

6）故障点周边开机方式：调整故障点周边地区的小开机方式、基础开机方式或满开机方式。

优选的，所述步骤D中，调整上述影响因素使特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比，分析联网通道潮流转移比对直流闭锁故障下特高压交流通道稳定水平及安全稳定控制措施的影响特性。

较优选的，特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比时，特高压交流通道稳定水平及直流闭锁故障下安全稳定控制措施的变化准则包括：

<1>特高压直流输电能力提高；

<2>直流闭锁故障下的安全稳定控制措施量减少。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的一种适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比仿真方法能够判别出对特高压交流同步联网通道转移比影响较为关键的因素，评估出这些因素对有功潮流转移比的影响特性。研究的特高压交流联网通道不同，有功潮流转移比的关键影响因素也不同，这些因素对其的影响特性也各不相同。

2、本发明提供的一种适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比仿真方法为互联电力系统的运行方式安排和控制措施的确定提供了有力支撑，具有适应性强、考虑因素全面等优点。

附图说明

图1是本发明提供的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法流程图；

图2是本发明提供的特高压直流投入后的互联同步电网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法依据功率缺额引起的两大区联网通道功率波动机制，分析交流同步联网通道潮流转移比的影响因素，根据影响因素特性制定适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法；其流程图如图1所示，包括下述步骤：

步骤A：建立包含特高压直流和特高压交流通道的大区互联电网基础仿真数据模型：建立有着特高压交流通道联系的两大区同步电网数据模型，特高压直流通道向其中一个大区电网输送电力。本发明提供的特高压直流投入后的互联同步电网示意图如图2所示。

步骤B：确定基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比、特高压直流输电能力以及直流闭锁故障下的安全稳定控制措施，并分析特高压交直流耦合关系；

特高压交流通道有功潮流转移比K%定义为：

$K\%=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{l\max }}{{\mathrm{\&Delta;P}}_0}\&times;100\%$

其中：ΔP_lmax为联络线有功波动最大值，ΔP₀为系统出现的功率缺额。

对联络线功率波动峰值的理论推导以及工程经验，分析归纳出特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比的相关影响因素有：区域电网的总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置、故障点周边开机方式。

特高压直流输送能力指的是增大直流输送功率，满足直流单极闭锁不采取安控措施特高压同步电网不失稳的条件下，直流双极输送功率的极限值。

直流闭锁故障下的安控措施包括：

（1）采取故障后集中切受端电网负荷的措施；

（2）若受端电网存在直流外送通道，采取故障后紧急降低直流外送通道功率的措施；

（3）若直流双极投运，发生单极闭锁故障后，采取紧急提升非故障极直流功率的措施。

步骤C：分别调整两大区互联电网总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置、故障点周边开机方式等影响因素，评估这些因素对特高压有功潮流转移比的影响特性；

各个影响因素的调整方法是：

1）两大区互联电网总惯性常数比：通过分别求取交流联络线两端电网中所有发电机组的惯性时间常数之和获得，仿真计算中调整大区电网负荷总容量来改变惯性常数比；

2）特高压串补设备运行工况：特高压交流通道全线无串补、投入部分串补和投入全部串补；

3）负荷特性：结合不同马达比例的负荷模型的影响特性；

4）特高压交流通道输送功率：保持特高压直流功率受入功率不变的情况下，逐渐增加特高压交流通道输送功率；

5）故障点位置：在引起相同功率缺额的情况下，根据故障距离交流联络线的远近不同调整故障点位置；

6）故障点周边开机方式：调整故障点周边地区的小开机方式、基础开机方式或满开机方式。

步骤D：调整上述影响因素使特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比，分析联网通道潮流转移比对直流闭锁故障下特高压交流通道稳定水平及安全稳定控制措施的影响特性。。

特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比时，特高压交流通道稳定水平及直流闭锁故障下安控措施的变化准则为：

<1>特高压直流输电能力提高；

<2>直流闭锁下的安控措施量减少。

实施例

当哈密-郑州±800kV直流发生闭锁故障时，华北-华中联网通道上的有功潮流将出现大幅波动。运用本发明提供的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法，包括下述步骤：

步骤A：建立2014年枯大基础方式下华北-华中两大区域同步电网仿真数据模型，华北-华中电网通过1000kV长南线相联，特高压南送功率为5000MW，哈密-郑州±800kV直流双极投运，新疆哈密向河南郑州地区送电5000MW。

步骤B：采用工程实用算法，仿真计算出华北-华中特高压联络线南送静稳极限约为6491MW；哈郑直流单极闭锁故障，引起华中电网有功缺额ΔP₀＝2500MW，长南线功率波动头摆峰值为6490MW，即ΔP_lmax＝1490MW，从而计算出有功潮流转移比K%＝59.6%；特高压直流输电能力，即考虑哈郑直流单极闭锁不采取安控措施特高压同步电网不失稳，哈郑直流双极输送功率极限为6100MW；发生哈郑直流双极闭锁故障，为保证同步电网稳定，可采取集中切河南负荷2328MW的措施或者采取速降三峡送出直流功率2100MW的措施。

步骤C：评估六大因素对特高压有功潮流转移比的影响特性：

（1）两大区互联电网惯性常数比：

表1不同惯性常数比下特高压长南线功率转移比变化情况

仿真结果表明，哈郑直流单极闭锁故障下，华北-华中区域电网惯性常数比值越大，特高压长南线有功头摆峰值转移比越高。

（2）特高压串补设备运行工况：

表2不同特高压串补设备运行工况下特高压长南线功率转移比变化情况

仿真结果表明，特高压长治-南阳-荆门加装串补后，华北-华中联网系统电气联系更加紧密，因此华中电网产生功率缺额后通道有功潮流转移比逐步增大。

（3）负荷特性：

表3不同负荷模型条件下特高压长南线功率转移比变化情况

仿真结果表明，随着河南电网负荷模型中马达比例的增加，特高压有功功率的转移比逐步增大。

（4）特高压长南线输送功率：

表4特高压长南线不同初始功率条件下有功转移比变化情况

仿真结果表明，长南线功率从2000MW增加至3000MW过程中，华北-华中联网系统阻尼减小，特高压转移比增加，长南线功率3000MW时，哈密-郑州直流单极闭锁条件下特高压转移比达到64.8%；长南线功率继续增加，哈郑直流闭锁后长南线功率波动逐渐逼近静稳极限，特高压转移比又有所降低，长南线功率5000MW时，特高压转移比为59.6%。

（5）故障点位置：

表5不同故障地点条件下有功转移比变化情况

故障形式	功率缺额MW	转移比
			灵宝直流闭锁	750	82.1%
开火掉1机	600	80.0%
			三峡掉1机	760	79.2%
姚孟掉1机	600	78.7%
			鸭河掉1机	600	74.0%

仿真结果表明，故障地点与特高压长南线距离越近，转移比越小；故障地点与特高压长南线距离相近的，其转移比也相近。

（6）故障点周边开机方式：

表6不同故障点周边开机方式下有功转移比变化情况

仿真结果表明，当故障周围发电机较多时转移比较大，反之转移比较小。

步骤D：调整系统惯量、特高压串补运行工况、系统负荷模型、特高压输送功率及郑州直流换流站附近开机方式等因素使特高压有功潮流转移比达到较大值，分析哈密-郑州直流闭锁故障下转移比调整前后特高压直流输送能力及其相应的安控措施情况，见表7所示。

表7特高压有功潮流转移比适应性分析

本发明提供的适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真分析方法，依据功率缺额引起的两大区联网通道功率波动机制，分析交流同步联网通道转移比的重要影响因素，综合考虑这些因素对潮流转移比的影响特性，制定出一套科学、合理的适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道转移比仿真分析方法。本发明的潮流转移比仿真分析方法为互联电力系统的运行方式安排和控制措施的确定提供了有力支撑，具有适应性强、考虑因素全面等优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法，其特征在于，所述方法依据功率缺额引起的两大区联网通道功率波动机制，分析交流同步联网通道潮流转移比的影响因素，根据影响因素特性制定适用于特高压直流投入后的特高压交流同步联网通道潮流转移比仿真方法；所述方法包括下述步骤：

步骤A：建立大区互联电网基础仿真数据模型；

步骤B：确定基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比、特高压直流输电能力以及直流闭锁故障下的安全稳定控制措施，并分析特高压交直流耦合关系；

步骤C：分别调整特高压交流同步联网通道潮流转移比的影响因素，并评估影响因素的影响特性；

步骤D：分析联网通道潮流转移比对直流闭锁故障下特高压交流通道稳定水平及安全稳定控制措施的影响特性；

所述步骤A中，建立包含特高压直流通道和特高压交流通道的两大区互联电网基础仿真数据模型；特高压直流通道向其中一个大区电网输送电力；

所述步骤B中，确定基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比、特高压直流输电能力以及直流闭锁故障下的安全稳定控制措施，并分析基础工况下特高压交直流耦合关系；

所述特高压交流通道有功潮流转移比K％用下述表达式表示：

$K\%=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{lmax}}{{\mathrm{\&Delta;P}}_0}\&times;100\%;$

其中：ΔP_lmax为联络线有功波动最大值，ΔP₀为系统出现的功率缺额；

特高压交流通道有功潮流转移比的影响因素包括：区域电网的总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置和故障点周边开机方式；

特高压直流输送能力指的是增大直流输送功率，满足直流单极闭锁不采取安控措施特高压同步电网不失稳的条件下，直流双极输送功率的极限值；

直流闭锁故障下的安全稳定控制措施包括：

(1)采取故障后集中切受端电网负荷的措施；

(2)若受端电网存在直流外送通道，采取故障后降低直流外送通道功率的措施；

(3)若直流双极投运，发生单极闭锁故障后，采取提升非故障极直流功率的措施；

所述步骤C中，分别调整两大区互联电网总惯性常数比、特高压串补设备运行工况、负荷特性、特高压交流通道输送功率、故障点位置、故障点周边开机方式影响因素，评估影响因素对特高压有功潮流转移比的影响特性；

影响因素的调整方法分别如下：

1)两大区互联电网总惯性常数比：通过分别求取交流联络线两端电网中所有发电机组的惯性时间常数之和获得，仿真计算中调整大区电网负荷总容量来改变惯性常数比；

2)特高压串补设备运行工况：特高压交流通道全线无串补、投入部分串补和投入全部串补；

3)负荷特性：结合不同马达比例的负荷模型的影响特性；

4)特高压交流通道输送功率：保持特高压直流功率受入功率不变的情况下，逐渐增加特高压交流通道输送功率；

5)故障点位置：在引起相同功率缺额的情况下，根据故障距离交流联络线的远近不同调整故障点位置；

6)故障点周边开机方式：调整故障点周边地区的小开机方式、基础开机方式或满开机方式；

所述步骤D中，调整上述影响因素使特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比，分析联网通道潮流转移比对直流闭锁故障下特高压交流通道稳定水平及安全稳定控制措施的影响特性；

特高压有功潮流转移比大于基础工况下特高压交流通道有功潮流转移比时，特高压交流通道稳定水平及直流闭锁故障下安全稳定控制措施的变化准则包括：

<1>特高压直流输电能力提高；

<2>直流闭锁故障下的安全稳定控制措施量减少。