CN103915835B - 一种计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法。包括以下步骤：1）针对研究的运行方式，建立孤岛系统中交流电网潮流计算用数据；2）针对上述数据，逐一考虑元件开断，进行静态电压稳定计算，得到各N-1情况下允许的直流功率最大值，即静态电压稳定极限；3）取步骤2）中计算得到的各N-1情况下静态电压稳定极限的最小值作为正常运行方式下直流功率允许的最大值，即暂态电压稳定极限。进行孤岛系统运行方式直流功率安排时，将直流功率限制在该极限之下，可以确保任何N-1故障后系统可以电压稳定，从而满足《电力系统安全稳定导则》的要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统计算分析领域，涉及一种利用静态电压稳定分析方法计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法。
背景技术
高压及特高压直流输电技术由于其技术和经济特点，在远距离、大容量输电中得到广泛应用。直流输电工程的容量一般较大，联网运行中发生直流闭锁故障，直流功率将转移到并联运行的交流通道，造成系统失稳的风险，需要安全稳定控制系统采取切机切负荷措施来确保稳定，使得电网运行对安全稳定控制系统依赖程度日益增大。此外，直流联网运行，为保证直流单极闭锁故障后系统稳定，并联运行的交流通道潮流需要预留较大裕度，用于承接直流单极闭锁转移的功率。
直流孤岛运行不仅可以化解直流双极闭锁稳控拒动或多回直流同时单极闭锁故障导致系统失稳的风险，而且可以释放并联运行交流通道的裕度，提高交直流输电通道总的输电能力。因此，越来越多的直流输电工程均将送端孤岛运行作为其正常运行方式之一，以降低系统安全风险。
然而，直流送端孤岛运行的下述特点可能导致出现电压稳定问题：
（1）功率远距离大容量输送。以南方电网楚穗直流送端为例，小楚、金楚通道的线路长度均在200km以上，大方式单回线路输送的功率一般在1000MW以上，如线路故障跳闸，其所输送的潮流转移到其他线路，将导致线路的无功损耗大量增加，换流站母线电压降低。
（2）换流站使用了大量的并联电容器和滤波器，当电压降低时其无功输出大量减少，不利于电压稳定。
（3）换流变的抽头调整与交流系统OLTC的调节效果类似，不利于电压稳定。
另一方面，整流侧触发角在低电压下会自动降低，最小可达到5度，有利于降低换流器的无功消耗，抬升系统电压，有利于电压稳定，无功小组也可以根据电压情况自动进行投切，也有利于电压稳定。
此外，暂态电压稳定性与静态电压稳定性存在着密切的关系。在暂态过程中，直流的控制系统会随外界条件的改变而自动调节其运行点，导致其有功和无功负荷相应的发生改变，但是任何时刻，直流的负荷和交流系统的潮流方程是必须满足的，暂态过程中的每个中间过程，换流站的有功、无功负荷和其电压必然在交流系统一定的PV曲线上。因此故障后接线方式的静稳极限在一定程度上反映了系统的稳定程度。方式安排时的直流功率应尽量不超过故障后的静稳极限。
发明内容
本发明的目的是提出一种计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法。本发明利用静态电压稳定分析方法计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限，从而避免大量的暂态稳定计算分析，提高计算分析的效率，且不是准确性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法，对于需要计算暂态电压稳定极限的运行方式，通过计算该方式基础上各元件开断情况下的静态电压稳定极限，取其最小值来作为该方式的暂态电压稳定极限，直流功率安排时应将直流功率限制在该极限之下。
本发明计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法，包括以下步骤：
1）针对研究的运行方式，建立孤岛系统中交流电网潮流计算用数据；
2）针对上述数据，逐一考虑元件开断，进行静态电压稳定计算，得到各N-1情况下允许的直流功率最大值，即静态电压稳定极限；
计算时，针对孤岛系统特点，采用以下近似计算方法：不考虑详细的直流系统，将直流用负荷P+jQ替代，同时考虑Q=-(P/10)，即考虑换流站从交流系统吸收有功功率P（MW）时，向系统注入无功(P/10)Mvar；按比例逐渐增加P+jQ至PV曲线的极限点，以此时的P作为静态电压稳定极限；
3）取步骤2）中计算得到的各N-1情况下静态电压稳定极限的最小值作为正常运行方式下直流功率允许的最大值，即暂态电压稳定极限。
本发明利用静态电压稳定分析方法计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限，从而避免大量的暂态稳定计算分析，提高计算分析的效率，且保证准确性。本发明是一种方便实用的计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法。
附图说明
图1是本发明方法的实施流程图。
图2是南方电网楚穗直流送端孤岛运行10机5线方式图。
图3是暂态稳定与静态稳定关系的举例说明图。以10机5线方式为例，当发生小楚线N-1故障时，故障前系统运行点位于10机5线，触发角15度，投入14组无功小组的PV曲线上的A点；故障后换流变抽头和无功小组投退前，系统运行点位于10机4线，触发角5度，投入14组无功小组的PV曲线上的B点；换流变抽头改变和投入2组无功小组后系统运行点位于10机4线，触发角5度，投入16组无功小组的PV曲线上的C点。
具体实施方式
本发明提出的利用静态电压稳定分析方法计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法，包括以下步骤：
1）针对研究的运行方式，建立孤岛系统中交流电网潮流计算用数据，包括发电机、变压器、线路等数据；
2）针对上述数据，逐一考虑元件开断，进行静态电压稳定计算，得到各N-1情况下允许的直流功率最大值，即静态电压稳定极限。
计算时，针对孤岛系统特点，对于直流输电系统可以采用以下近似计算方法：不考虑详细的直流系统，将直流用负荷P+jQ替代，同时考虑Q=-(P/10)，即考虑换流站从交流系统吸收有功功率P（MW）时，向系统注入无功(P/10)Mvar；按比例逐渐增加P+jQ至PV曲线的极限点，以此时的P作为静态电压稳定极限。
上述考虑是基于孤岛系统的以下规律：正常情况下换流站与交流系统的无功交换基本平衡；故障情况下，整流侧触发角在低电压下会自动降低，最小可达到5度，有利于降低换流器的无功消耗，抬升系统电压，有利于电压稳定，无功小组也可以根据电压情况自动进行投切，也有利于电压稳定；考虑上述两个因素时，换流站会向交流系统注入一定的无功，其数值基本上与有功呈Q=-(P/10)的比例关系。
计算时，由于增加直流功率时取不同的平衡机时静态电压稳定的计算结果会有不同，因此应考虑平衡机取不同机组的情况分别计算，并取最小的极限数值作为静稳极限值。
3）取步骤2）中计算得到的各N-1情况下静态电压稳定极限的最小值作为正常运行方式下直流功率允许的最大值，即暂态电压稳定极限。
上述方法是由于孤岛系统中，暂态电压稳定性与静态电压稳定性存在着密切的关系。暂态过程中的每个中间过程，换流站的有功、无功负荷和其电压必然在交流系统一定的PV曲线上。因此故障后接线方式的静稳极限在一定程度上反映了系统的稳定程度。方式安排时的直流功率应尽量不超过故障后的静稳极限。
本发明所提供的计算方法已在南方电网楚穗直流送端孤岛运行方式下得到有效的验证。
以图2所示的楚穗直流送端孤岛系统为例，计算了小湾出线3回、金安桥出线2回，不同开机情况下的稳定极限，如表1所示，且已作为南方电网电力调度控制中心运行方式安排的依据。
表1小湾3线，金安桥2线方式稳定极限表
Claims (2)
1.一种计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法，其特征在于，对于需要计算暂态电压稳定极限的运行方式，通过计算该方式基础上各元件开断情况下的静态电压稳定极限，取其最小值来作为该方式的暂态电压稳定极限，直流功率安排时应将直流功率限制在该极限之下；
具体包括以下步骤：
1）针对研究的运行方式，建立孤岛系统中交流电网潮流计算用数据；
2）针对上述数据，逐一考虑元件开断，进行静态电压稳定计算，得到各N-1情况下允许的直流功率最大值，即静态电压稳定极限；
计算时，针对孤岛系统特点，采用以下近似计算方法：不考虑详细的直流系统，将直流用负荷P+jQ替代，同时考虑Q=-(P/10)，即考虑换流站从交流系统吸收有功功率P时，向系统注入无功Mvar；按比例逐渐增加P+jQ至PV曲线的极限点，以此时的P作为静态电压稳定极限；
3）取步骤2）中计算得到的各N-1情况下静态电压稳定极限的最小值作为正常运行方式下直流功率允许的最大值，即暂态电压稳定极限。
2.根据权利要求1中所述的计算直流送端孤岛方式暂态电压稳定极限的方法，其特征在于上述步骤1）孤岛系统中交流电网潮流计算用数据包括发电机、变压器、线路数据。
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