CN104410080A - 含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法，其包括以下步骤：S1、建立交流电网的节点导纳矩阵；S2、对交流电网的节点导纳矩阵进行修改，获得节点导纳修正矩阵；S3、计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵；S4、根据计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，计算待考察直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力评价指标；S5、根据电压支撑能力评价指标，对照评价阈值，对待考察的直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力进行评价。本发明通过计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，从而正确反映现有安装动态无功补偿装置的交流电网的电压支撑能力，对电网的规划和运行提供决策支持。

Description

含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种评价含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的方法。

背景技术

随着直流输电工程数量的进一步增加，直流送电容量将日益增大。直流输电系统的大规模接入对交流电网的电压支撑能力提出了严格的要求。为增强交流电网的电压支撑能力，在直流输电系统馈入节点，以及其他关键节点处，通常安装有动态无功补偿装置。

对于不含动态无功补偿装置的交流电网，常采用多馈入短路比指标或者多馈入有效短路比指标来评价其电压支撑能力。但是，对于含动态无功补偿装置的交流电网，目前尚无有效的指标来评价其电压支撑能力。由于多馈入短路比指标和多馈入有效短路比指标均不计入动态无功补偿装置的影响，直接套用多馈入短路比指标或者多馈入有效短路比指标来评价含动态无功补偿装置的交流电网，会得到十分保守的判断。其结果不能正确反映实际电网的电压支撑能力，将对电网的规划和运行起误导作用。

有鉴于此，现有评价方法亟待改善。

发明内容

针对现有评价方法的不足，本发明的目的在于提供一种评价含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的方法，其通过计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，旨在解决该领域尚无有效评价含动态无功补偿装置的交流电网电压支撑能力的指标的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在正常工作状态下，动态无功补偿装置可以近似地维持所接入节点电压恒定。动态无功补偿装置的这一运行特性将改变系统的节点导纳矩阵与节点阻抗矩阵。

其效果可以用在节点导纳矩阵中对应于其所接入节点的对角元处减去修正值(如j10000)来模拟。节点阻抗矩阵是节点导纳矩阵的逆矩阵，因此动态无功补偿装置对节点阻抗矩阵的影响也可以计算出来。而节点阻抗矩阵与交流电网的电压支撑能力关系密切，根据计入动态无功补偿装置影响的节点导纳矩阵，可以计算出电压支撑能力的评价指标。

一种含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法，其包括以下步骤：

S1、建立交流电网的节点导纳矩阵Y，所述节点导纳矩阵Y包括直流输电系统的交流滤波器以及无功补偿电容器：

$Y=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& ...& Y_{1i}& ...& Y_{1k}& ...& Y_{1n}\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ Y_{i1}& ...& Y_{\mathrm{ii}}& ...& Y_{\mathrm{ik}}& ...& Y_{\mathrm{in}}\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ \·& & \·& & \·& & \·\\ Y_{k1}& ...& Y_{\mathrm{ki}}& ...& Y_{\mathrm{kk}}& ...& Y_{\mathrm{kn}}\\ \·& & \·& & \·& & \\ \·& & \·& & \·& & \\ \·& & \·& & \·& & \\ Y_{n1}& ...& Y_{\mathrm{ni}}& ...& Y_{\mathrm{nk}}& ...& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，Y_ii是交流电网第i个节点的自导纳，Y_ik是交流电网第i、k个节点之间的互导纳，n为交流电网的节点总数，1≤i<k≤n；

S2、对所述交流电网的节点导纳矩阵Y进行修改，获得节点导纳修正矩阵所述节点导纳修正矩阵为在节点导纳矩阵Y中对应动态无功补偿装置接入节点的对角元处减去修正值M，假设在交流电网第i个和第k个节点接入动态无功补偿装置，则节点导纳修正矩阵为：

$\tilde{Y}=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& ...& Y_{1i}& ...& Y_{1k}& ...& Y_{1n}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ Y_{i1}& ...& Y_{\mathrm{ii}}-M& ...& Y_{\mathrm{ik}}& ...& Y_{\mathrm{in}}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ Y_{k1}& ...& Y_{\mathrm{ki}}& ...& Y_{\mathrm{kk}}-M& ...& Y_{\mathrm{kn}}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ Y_{n1}& ...& Y_{\mathrm{ni}}& ...& Y_{\mathrm{nk}}& ...& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(2\right)$

S3、计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵所述节点阻抗矩阵为节点导纳修正矩阵的逆矩阵：

$\tilde{Z}=\left(\begin{array}{ccccccc}{Z}_{11}& ...& Z_{1i}& ...& Z_{1k}& ...& Z_{1n}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ Z_{i1}& ...& Z_{\mathrm{ii}}& ...& Z_{\mathrm{ik}}& ...& Z_{\mathrm{in}}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;\\ Z_{k1}& ...& Z_{\mathrm{ki}}& ...& Z_{\mathrm{kk}}& ...& Z_{\mathrm{kn}}\\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \&CenterDot;& & \\ Z_{n1}& ...& Z_{\mathrm{ni}}& ...& Z_{\mathrm{nk}}& ...& Z_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(3\right)$

其中，Z_ii是交流电网第i个节点的自阻抗，Z_ik是交流电网第i、k个节点之间的互阻抗；

S4、根据计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵计算待考察直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力评价指标：

${\mathrm{VSEI}}_x=\frac{1}{K_x}---\left(4\right)$

假设共有h个直流输电系统，且直流输电系统1至h分别馈入交流电网的第1至h个节点，h＜＜n，则其中VSEI_x为直流输电系统x所馈入的交流电网第x个节点的电压支撑能力评价指标，1≤x≤h，K_x的取值采用公式(5)或公式(6)中的任一种：

$K_x=\underset{y=1}{\overset{h}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|Z_{\mathrm{xy}}\right|P_{\mathrm{dcny}}---\left(5\right)$

K_x＝|Z_xx|P_dcnx     (6)

其中Z_xy是节点阻抗矩阵中第x行第y列元素，P_dcnx和P_dcny分别是直流输电系统x和直流输电系统y额定直流功率的标幺值，1≤y≤h；

S5、根据所述电压支撑能力评价指标，对照评价阈值，对待考察的直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力进行评价，所述评价阈值为：

所述修正值只是个绝对值较大的纯虚数，在实际计算中可以取j10000、j20000、j30000等。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其通过建立包含交流滤波器以及无功补偿电容器的节点导纳矩阵，并对该节点导纳矩阵中对应于动态无功补偿装置接入节点的对角元进行修改，以计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，从而正确反映现有安装动态无功补偿装置的交流电网的电压支撑能力，对电网的规划和运行提供决策支持。

附图说明

图1为本发明所述含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法的流程图。

图2为本发明所提供的含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法实施算例中仿真模型的示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施算例

本发明提供一种含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施算例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，其为含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法的流程图。如图所示，所述方法依次包括以下步骤：

S1.建立交流电网的节点导纳矩阵。本发明所提供的含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法实施算例中仿真模型的示意图如图2所示。动态无功补偿装置安装在直流输电系统1馈入节点处。三个直流输电系统的额定直流功率相等，P_dcn1＝P_dcn2＝P_dcn3＝1。各个阻抗分别为：Z₁∠θ₁＝0.6∠90°，Z₂∠θ₂＝0.3∠90°，Z₃∠θ₃＝0.5∠90°，Z₁₂∠θ₁₂＝0.4∠90°，Z₂₃∠θ₂₃＝0.4∠90°，Z₁₃∠θ₁₃＝0.5∠90°。在额定运行状况下，直流输电系统的交流滤波器和无功补偿电容器应该恰好补偿直流输电系统所消耗的无功功率，通常将其视为恒定电纳。在本算例中，B_c1＝B_c2＝B_c3＝j0.59。

代入以上数据，建立交流电网的节点导纳矩阵如下：

$Y=\left(\begin{array}{ccc}-j5.5767& j2.5000& j2.0000\\ j2.5000& -j7.7433& j2.5000\\ j2.0000& j2.5000& -j5.9100\end{array}\right)$

S2.修改节点导纳矩阵。在直流输电系统1馈入节点处安装动态无功补偿装置，需要在节点导纳矩阵中第1行第1列元素处减去修正值，此处修正值取j10000，得到修改后的节点导纳矩阵：

$\tilde{Y}=\left(\begin{array}{ccc}-j10005.5767& j2.5000& j2.0000\\ j2.5000& -j7.7433& j2.5000\\ j2.0000& j2.5000& -j5.9100\end{array}\right)$

S3.计算节点阻抗矩阵。对修改后的节点导纳矩阵求逆，得到计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵：

$\tilde{Z}=\left(\begin{array}{ccc}j0.0001& j0.0001& j0.0001\\ j0.0001& j0.1496& j0.0633\\ j00001& j0.0633& j0.1960\end{array}\right)$

S4.计算电压支撑能力的评价指标。假设待考察直流输电系统馈入交流电网的第x个节点，则评价指标的计算方法是：

${\mathrm{VSEI}}_x=\frac{1}{K_x}$

上式中K_x的取值推荐在以下两种方式中选择一种：

(1)比较保守的估计：

$K_x=\underset{y=1}{\overset{h}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|Z_{\mathrm{xy}}\right|P_{\mathrm{dcny}}$

(2)比较乐观的估计：

K_x＝|Z_xx|P_dcnx

假设直流输电系统1至h分别馈入交流电网的第1至h个节点。其中Z_xy是节点阻抗矩阵中第x行第y列元素，P_dcnx和P_dcny分别是直流输电系统x和直流输电系统y额定直流功率的标幺值，1≤x≤h，1≤y≤h。

本实施算例中采用比较保守的估计，根据计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，计算得：

${\mathrm{VSEI}}_1=\frac{1}{\left|Z_{11}\right|P_{\mathrm{dcn}1}+\left|Z_{12}\right|P_{\mathrm{dcn}2}+\left|Z_{13}\right|P_{\mathrm{dcn}3}}=3333.33$

${\mathrm{VSEI}}_2=\frac{1}{\left|Z_{21}\right|P_{\mathrm{dcn}1}+\left|Z_{22}\right|P_{\mathrm{dcn}2}+\left|Z_{23}\right|P_{\mathrm{dcn}3}}=4.69$

${\mathrm{VSEI}}_3=\frac{1}{\left|Z_{31}\right|P_{\mathrm{dcn}1}+\left|Z_{32}\right|P_{\mathrm{dcn}2}+\left|Z_{33}\right|P_{\mathrm{dcn}3}}=3.86$

S5.评价电压支撑能力。根据各个直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力评价指标计算结果，对照评价阈值，可以判断各个直流输电系统馈入节点处电压支撑能力。评价阈值为：

在本实施算例中，3个直流输电系统馈入节点处电压支撑能力都强。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、建立交流电网的节点导纳矩阵Y，所述节点导纳矩阵Y包括直流输电系统的交流滤波器以及无功补偿电容器：

$Y=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& ...& Y_{1i}& ...& Y_{1k}& ...& Y_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{i1}& ...& Y_{\mathrm{ii}}& ...& Y_{\mathrm{ik}}& ...& Y_{\mathrm{in}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{k1}& ...& Y_{\mathrm{ki}}& ...& Y_{\mathrm{kk}}& ...& Y_{\mathrm{kn}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{n1}& ...& Y_{\mathrm{ni}}& ...& Y_{\mathrm{nk}}& ...& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，Y_ii是交流电网第i个节点的自导纳，Y_ik是交流电网第i、k个节点之间的互导纳，n为交流电网的节点总数，1≤i<k≤n；

S2、对所述交流电网的节点导纳矩阵Y进行修改，获得节点导纳修正矩阵所述节点导纳修正矩阵为在节点导纳矩阵Y中对应动态无功补偿装置接入节点的对角元处减去修正值M，假设在交流电网第i个和第k个节点接入动态无功补偿装置，则节点导纳修正矩阵为：

$\tilde{Y}=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& ...& Y_{1i}& ...& Y_{1k}& ...& Y_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{i1}& ...& Y_{\mathrm{ii}}-M& ...& Y_{\mathrm{ik}}& ...& Y_{\mathrm{in}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{k1}& ...& Y_{\mathrm{ki}}& ...& Y_{\mathrm{kk}}-M& ...& Y_{\mathrm{kn}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{n1}& ...& Y_{\mathrm{ni}}& ...& Y_{\mathrm{nk}}& ...& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(2\right)$

S3、计算计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵所述节点阻抗矩阵为节点导纳修正矩阵的逆矩阵：

$\tilde{Z}=\left(\begin{array}{ccccccc}{Z}_{11}& ...& Z_{1i}& ...& Z_{1k}& ...& Z_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{i1}& ...& Z_{\mathrm{ii}}& ...& Z_{\mathrm{ik}}& ...& Z_{\mathrm{in}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{k1}& ...& Z_{\mathrm{ki}}& ...& Z_{\mathrm{kk}}& ...& Z_{\mathrm{kn}}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{n1}& ...& Z_{\mathrm{ni}}& ...& Z_{\mathrm{nk}}& ...& Z_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(3\right)$

其中，Z_ii是交流电网第i个节点的自阻抗，Z_ik是交流电网第i、k个节点之间的互阻抗；

S4、根据计入动态无功补偿装置影响的节点阻抗矩阵，计算待考查直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力评价指标：

${\mathrm{VSEI}}_x=\frac{1}{K_x}---\left(4\right)$

假设共有h个直流输电系统，且直流输电系统1至h分别馈入交流电网的第1至h个节点，h＜＜n，则其中VSEI_x为直流输电系统x所馈入的交流电网第x个节点的电压支撑能力评价指标，1≤x≤h，K_x的取值采用公式(5)或公式(6)中的任一种：

$K_x=\underset{y=1}{\overset{h}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|Z_{\mathrm{xy}}\right|P_{\mathrm{dcny}}---\left(5\right)$

K_x＝|Z_xx|P_dcnx    (6)

其中Z_xy是节点阻抗矩阵Z中第x行第y列元素，P_dcnx和P_dcny分别是直流输电系统x和直流输电系统y额定直流功率的标幺值，1≤y≤h；

S5、根据所述电压支撑能力评价指标，对照评价阈值，对待考察的直流输电系统馈入节点处的电压支撑能力进行评价，所述评价阈值为：

2.根据权利要求1所述的含动态无功补偿装置的多直流馈入交流电网电压支撑能力的评价方法，其特征在于，所述修正值M为虚数，其值为j10000。