CN104934982B - 一种多直流馈入系统的直流分区方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多直流馈入系统的直流分区方法，以换流站之间多直流落点相互作用因子大小作为分隔依据，兼顾分隔电气距离较大的换流站对和选择直流短路比较大的方案这两条分区原则，得到候选方案后，以换流站之间平均MIIF大小作为最优方案的选择标准。该直流分区方法能够有效减小故障下多直流馈入系统内发生换相失败直流换流站的个数，有利于系统在故障下保持稳定，对于实际电网直流分区方案的制定具有指导意义。

Description

一种多直流馈入系统的直流分区方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统电网分区方法，具体涉及一种多直流馈入系统的直流分区方法。

背景技术

随着直流输电技术的成熟，直流输电在远距离大容量输电工程中得到更为广泛的应用。而随之而来的是不可避免地同一受端系统会馈入多回直流线路，交直流系统以及直流落点之间复杂的相互作用产生了一系列问题，其中交流系统故障引起多个直流换流站同时发生换相失败的问题一直是广泛研究的课题，换相失败导致受端系统瞬时失去大量直流功率，对于交直流并列输电通道，换相失败更会使得潮流大量转移到交流通道而导致整个系统失稳。防止换相失败的一种措施是在交流系统故障期间改变直流系统的控制方式，另一种措施是将受端系统分区，减小分区之间的电气耦合程度。受端系统分区可分为同步分区和异步分区。同步分区指分区之间同步运行，通过加装特殊设备增大分区之间电气距离，一种方法是通过在交流联络线上加装故障限流器从而在故障期间减小分区之间的耦合，另一种方法是利用储能设备对交流系统进行分区，通过储能设备的充放电抑制联络线上的功率摇摆，近似达到直流输电中的定功率控制。然而不管是改变直流系统控制方式还是同步分区，均无法将分区彻底解耦，仍然存在大故障下多个换流站同时发生换相失败的可能性。异步分区，即直流分区，通过柔性直流输电系统(VSC-HVDC)将受端系统分隔成异步运行的小区，分区之间基本无耦合，能够彻底防止分区之间换流器同时发生换相失败的问题，随着电力电子技术的发展，直流分区具有更广阔的应用前景。

尽管直流分区已有了相关研究工作，但对于直流分区应用于多直流馈入系统，以及在此基础上具体的直流分区方法，目前还没有相关研究，实际工程中缺乏理论指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种多直流馈入系统的直流分区方法，能够指导实际工程中多直流馈入系统直流分区方案的制定。

解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种多直流馈入系统的直流分区方法，包括如下步骤：

步骤一：计算多直流馈入系统各个直流换流站之间的多直流落点相互作用因子MIIF的值M_ij，形成MIIF矩阵；

步骤二：由M_ij得到F_ij，从大到小排列各个F_ij，选择F_ij对应的前k对换流站作为候选分隔对象；

(F_ij的定义下面有解释，即M_ij和M_ji取较大值；k根据实际规划需要选择，如果希望候选方案多一点，则k取大一点，下文算例中k取4)

步骤三：判断所得的前k对换流站是否含有类似F_i,i+1、F_i,i+2形式的换流站对(与K值的大小无关，如果出现需要分隔换流站i和换流站i+1,同时也需要分隔换流站i+1和换流站i+2的情况，那么只需要分隔换流站i和换流站i+1就可以达到以上目的，所以下文将F_i,i+1、F_i,i+2合并为F_i,i+1)：若是，则F_i,i+1、F_i,i+2合并为F_i,i+1，即只分隔换流站(i)和换流站(i+1)，候选分隔对象增加下一个F_ij值对应的换流对；若否，则进入步骤四；

步骤四：根据分隔直流分区的数目p得到直流分区的初步候选方案，将多直流馈入系统分隔成p个直流分区(直流分区的数目根据实际工程定，综合考虑经济性以及系统的安全稳定性，下文算例中主要从经济性出发，取p＝2，即分成两个直流分区)，则共有个初步候选方案；

步骤五：判断初步候选方案是否存在各分区换流站数目相同的方案，若是，则在所述两个方案(例如，方案i和方案j)分区短路比差值H_ij超过阈值的情况下剔除分区短路比较小的方案，即如果H_ij>0，剔除方案j，如果H_ij<0，剔除方案i；若否，得到候选方案并进入步骤六；

步骤六：对每一种候选方案在仿真软件中进行分区和计算(之前步骤是确定分区的候选方案，这一步是对候选方案在仿真软件中进行搭建，计算优化指标L，从而得到从候选方案中选出最终的方案)，计算MIIF矩阵和优化指标L，优化指标L最小的方案即最优直流分区方案。

所述的步骤一中，通过以下公式计算多直流落点相互作用因子的值M_ij；

$M_{\mathrm{ji}}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{V}_j}{\mathrm{\&Delta;}{V}_i};$

其中：i为自扰动母线对应换流站的编号，j为观察母线对应换流站的编号，△V_i为第i个换流站的交流母线电压扰动量，取为1％，△V_j为第j个换流站的交流母线的电压变化量。

(V对应电压，i和j为编号)

所述步骤二中，通过以下公式由M_ij得到F_ij；

F_ij＝max(M_ij,M_ji)i,j＝1,2…t,i≠j；

其中：函数max(a,b)定义为取a和b的较大值，t为系统中直流换流站的个数。

所述步骤五中，通过以下公式计算方案i和方案j分区短路比的差值H_ij；

$H_{\mathrm{ij}}=\underset{l=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{n=1}{\overset{t_l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{SCR}}_{\mathrm{schemei},l,n}-\underset{m=1}{\overset{t_l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{SCR}}_{\mathrm{schemej},l,m})$

其中：p为分区数目，t_l为区内换流站个数，l为分区编号，SCR为换流站对应的短路比。

所述的步骤六中，通过以下公式计算优化指标L；

$L=\frac{1}{n(n-1)}\underset{i,j=1,i\&NotEqual;j}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{M}_{\mathrm{ij}}$

其中：n为受端系统换流站个数。

有益效果：本发明提供的多直流馈入系统直流分区方法以换流站之间多直流落点相互作用因子大小作为分隔依据，兼顾分隔电气距离较大的换流站对和选择直流短路比较大的方案这两条分区原则，得到候选方案后，以换流站之间平均MIIF大小作为最优方案的选择标准。本直流分区方法能够有效减小故障下多直流馈入系统内发生换相失败直流换流站的个数，有利于系统在故障下保持稳定，对于实际电网直流分区方案的制定具有指导意义。

附图说明

图1为本发明多直流馈入系统直流分区的执行流程示意图；

图2为2030年广东电网规划网架直流落点示意图；

图3a为广东电网直流分区候选方案示意图之一；

图3b为广东电网直流分区候选方案示意图之二；

图3c为广东电网直流分区候选方案示意图之三；

图3d为广东电网直流分区候选方案示意图之四；

图3e为广东电网直流分区候选方案示意图之五。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的多直流馈入系统直流分区方法进行详细说明。

如图1所示，一种多直流馈入系统的直流分区方法，包括如下步骤：

步骤一：

通过以下公式计算多直流馈入系统各个直流换流站之间的多直流落点相互作用因子(MIIF)的值M_ij，形成MIIF矩阵；

$M_{\mathrm{ji}}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{V}_j}{\mathrm{\&Delta;}{V}_i}$

其中：i为自扰动母线，j为观察母线，△V_i为换流站i交流母线的电压扰动量，为1％，△V_j为换流站j交流母线的电压变化量。

步骤二：

通过以下公式由M_ij得到F_ij，从大到小排列各个F_ij，选择F_ij对应的前k对换流站作为候选分隔对象；(本文取4，实际中电网规划人员可以自己取)

F_ij＝max(M_ij,M_ji)i,j＝1,2…t,i≠j

其中：函数max(a,b)定义为取a和b的较大值，t为系统中换流站的个数。

步骤三：

判断所得的以上4对(即上面的k)换流站是否含有类似F_i,i+1、F_i,i+2形式的换流站对：若是，则F_i,i+1、F_i,i+2合并为F_i,i+1，即只分隔换流站i和换流站(i+1)，候选分隔对象增加下一个F_ij值对应的换流对；若否，则进入步骤四。

步骤四：

根据分隔直流分区的数目得到直流分区的初步候选方案，例如，将多直流馈入系统分隔成p个直流分区，则共有个初步候选方案；本例取p＝2；

步骤五：

判断初步候选方案是否存在各分区换流站数目相同的方案，若是，则在两个方案(例如，方案i和方案j)分区短路比差值H_ij超过阈值的情况下剔除分区短路比较小的方案，即如果H_ij>0，剔除方案j，如果H_ij<0，剔除方案i；若否，则进入步骤六得到候选方案。

通过以下公式计算H_ij的值。

$H_{\mathrm{ij}}=\underset{l=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{n=1}{\overset{t_l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{SCR}}_{\mathrm{schemei},l,n}-\underset{m=1}{\overset{t_l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{SCR}}_{\mathrm{schemej},l,m})$

其中：p为分区数目，t_l为区内换流站个数，l为分区编号，SCR为换流站对应的短路比。

步骤六：

对每一种候选方案进行分区，计算MIIF矩阵和优化指标L，优化指标L最小的方案即最优直流分区方案，通过以下公式计算优化指标L的值；

$L=\frac{1}{n(n-1)}\underset{i,j=1,i\&NotEqual;j}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{M}_{\mathrm{ij}}$

其中：n为受端系统换流站个数。

对图2所示的2030年广东电网规划网架多直流馈入系统进行直流分区。

计算各个换流站之间的多直流落点相互作用因子的值M_ij，得到F_ij，选择F_ij对应的前4对换流站作为候选分隔对象，候选分隔对象为图2中换流站对1和10、换流站对5和7、换流站对8和9、换流站对6和7。(将Fij从大到小排列，取前4名，分别为F_1,10，F_5,7，F_8,9，F_6,7,取对应的换流站对)

换流站对5和7、换流站对6和7符合类似F_i,i+1、F_i,i+2的形式，(若要分隔换流站对5和7、换流站对6和7，只要分隔换流站对6和7即可实现，换句话说，分隔了换流站对6和7，那么换流站对5和7也就隔开了)分隔换流站对6和7即可，并根据F_ij大小引入换流站对5和6。

将广东电网分隔成2个直流分区，共有6种方案。

其中方案A：分隔乌东德直流、贵广直流II换流站对和云广直流I、三广直流换流站对；方案B：分隔伊江直流III、溪洛渡直流换流站对和云广直流I、三广直流换流站对；这两种方案均将广东电网分成了分别含有2个和8个换流站的两个分区；

计算两种方案中各换流站的短路比，取阈值为0，计算得H_A,B＝-15.16<0，因此剔除方案A。得到5种候选分区方案如图3所示。

对每一种候选方案进行在仿真软件中进行分区和计算，计算MIIF矩阵和优化指标L，得到图3b的优化指标L最小，选择该方案作为最优直流分区方案。

Claims (3)

1.一种多直流馈入系统的直流分区方法，其特征是包括如下步骤：

步骤一：计算多直流馈入系统各个直流换流站之间的多直流落点相互作用因子MIIF的值M_ij，形成MIIF矩阵；

通过以下公式计算多直流落点相互作用因子的值M_ij；

$M_{ij}=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_i}{{\mathrm{\&Delta;V}}_j};$

其中：i为自扰动母线对应换流站的编号，j为观察母线对应换流站的编号，

△V_i为第i个换流站的交流母线电压扰动量，取为1％，△V_j为第j个换流站的交流母线的电压变化量；

步骤二：由M_ij得到F_ij，从大到小排列各个F_ij，选择F_ij对应的前k对换流站作为候选分隔对象；

通过以下公式由M_ij得到F_ij；

F_ij＝max(M_ij,M_ji)i,j＝1,2…t,i≠j；

其中：函数max(a,b)定义为取a和b的较大值，t为系统中直流换流站的个数；

步骤三：判断所得的前k对换流站是否含有类似F_i,i+1、F_i,i+2形式的换流站对：若是，则F_i,i+1、F_i,i+2合并为F_i,i+1，即只分隔换流站i和换流站i+1，候选分隔对象增加下一个F_ij值对应的换流对；若否，则进入步骤四；

步骤四：根据分隔直流分区的数目p得到直流分区的初步候选方案，将多直流馈入系统分隔成p个直流分区，则共有个初步候选方案；

步骤五：判断初步候选方案是否存在各分区换流站数目相同的方案，若是，则在两个方案分区短路比差值H_ij超过阈值的情况下剔除分区短路比较小的方案，即如果H_ij>0，剔除方案j，如果H_ij<0，剔除方案i；若否，得到候选方案并进入步骤六；

通过以下公式计算方案i和方案j分区短路比的差值H_ij；

$H_{ij}=\underset{l=1}{\overset{p}{\&Sigma;}}(\underset{n=1}{\overset{t_l}{\&Sigma;}}{\mathrm{SCR}}_{schemei,l,n}-\underset{m=1}{\overset{t_l}{\&Sigma;}}{\mathrm{SCR}}_{schemej,l,m})$

其中：p为分区数目，t_l为区内换流站个数，l为分区编号，SCR为换流站对应的短路比；

步骤六：对每一种候选方案在仿真软件中进行分区和计算，计算MIIF矩阵和优化指标L，取优化指标L最小的方案为最优直流分区方案；

通过以下公式计算优化指标L；

$L=\frac{1}{n(n-1)}\underset{i,j=1,i\&NotEqual;j}{\overset{n}{\&Sigma;}}{M}_{ij}$

其中：n为受端系统换流站个数。

2.根据权利要求1所述的多直流馈入系统的直流分区方法，其特征在于：所述的步骤四中，k＝4。

3.根据权利要求2所述的多直流馈入系统的直流分区方法，其特征在于：所述的步骤四中，p＝2。