CN105140911A - 基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法，其包括如下步骤：A、对多直流馈入受端电网进行潮流计算；B、建立受端交流电网的节点导纳矩阵Y；C、计算节点阻抗矩阵Z，所述节点阻抗矩阵Z为所述节点导纳矩阵Y的逆矩阵；D、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；E、对待考察节点处的电压支撑能力进行评价。本发明解决了目前尚无适用于一般多直流馈入受端电网的电压支撑能力评价方法的问题。

Description

基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于潮流计算的评价多直流馈入受端电网电压支撑能力的方法。

背景技术

随着高压直流输电技术的广泛应用，多直流馈入受端电网已经在现代电力系统中形成。直流输电系统在运行过程中消耗大量无功功率，降低受端电网的电压稳定水平。为了增强受端电网的电压支撑能力，其中通常安装有动态无功补偿装置。

针对多直流馈入受端电网，建立能够有效评估故障后关键节点暂态电压支撑能力和直流功率恢复能力的指标体系，无论对电网的规划建设还是运行调度都有重要意义。对于不含动态无功补偿装置的多直流馈入受端电网，现有实践通常采用多馈入有效短路比指标评价其电压支撑能力。而对于安装有动态无功补偿装置的多直流馈入受端电网，目前尚无有效的方法评价其电压支撑能力。由于多馈入有效短路比指标没有计入动态无功补偿装置的影响，因此不能直接套用。

适用于一般的多直流馈入受端电网的电压支撑能力评价方法有待提出。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于潮流计算的多直流馈入受端电网电压支撑能力的评价方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法，其包括如下步骤：

A、对多直流馈入受端电网进行潮流计算；

B、建立受端交流电网的节点导纳矩阵Y；

C、计算节点阻抗矩阵Z，所述节点阻抗矩阵Z为所述节点导纳矩阵Y的逆矩阵；

D、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；

E、对待考察节点处的电压支撑能力进行评价。

本发明可解决目前尚无适用于一般多直流馈入受端电网的电压支撑能力评价方法的问题。

根据本发明另一具体实施方式，步骤A具体包括如下步骤：

A1、在电力系统潮流计算平台上搭建所要研究的多直流馈入受端电网的模型；

A2、将该电力系统中所有动态无功补偿装置接入该电力系统，并按照额定容量出力；

A3、在步骤A1和步骤A2的条件下进行潮流计算，记录各个直流输电系统馈入节点的交流电压大小的标幺值。假设所有直流输电系统馈入节点组成集合N_dc，节点x∈N_dc意味着该节点处连接有直流输电系统。记该节点的交流电压大小标幺值为U_x。

根据本发明另一具体实施方式，步骤A1中，所有直流输电系统采取整流侧定直流电流，逆变侧定熄弧角控制方式，直流电流大小与熄弧角大小取额定值。

根据本发明另一具体实施方式，步骤B中，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，动态无功补偿装置SVC所对应的电容；其忽略所有输电线路的电阻，所有物理量采用标幺值。

根据本发明另一具体实施方式，节点导纳矩阵Y为：

$Y=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& \mathrm{...}& Y_{1i}& \mathrm{...}& Y_{1j}& \mathrm{...}& Y_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{i1}& \mathrm{...}& Y_{ii}& \mathrm{...}& Y_{ij}& \mathrm{...}& Y_{in}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{j1}& \mathrm{...}& Y_{ji}& \mathrm{...}& Y_{jj}& \mathrm{...}& Y_{jn}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{n1}& \mathrm{...}& Y_{ni}& \mathrm{....}& Y_{nj}& \mathrm{...}& Y_{nn}\end{array}\right),$

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

根据本发明另一具体实施方式，步骤C中，所述节点阻抗矩阵Z为：

$Z=\left(\begin{array}{ccccccc}{Z}_{11}& \mathrm{...}& Z_{1i}& \mathrm{...}& Z_{1j}& \mathrm{...}& Z_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{i1}& \mathrm{...}& Z_{ii}& \mathrm{...}& Z_{ij}& \mathrm{...}& Z_{in}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{j1}& \mathrm{...}& Z_{ji}& \mathrm{...}& Z_{jj}& \mathrm{...}& Z_{jn}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{n1}& \mathrm{...}& Z_{ni}& \mathrm{....}& Z_{nj}& \mathrm{...}& Z_{nn}\end{array}\right).$

其中，Z_ii是交流电网第i个节点的自阻抗，Z_ij是交流电网第i、j个节点之间的互阻抗。

根据本发明另一具体实施方式，步骤D中，假设节点x处有直流输电系统馈入，令其为待考察的节点，定义该点处电压支撑能力指标为：

${\mathrm{EESCR}}_x=\frac{U_x}{\underset{k\∈N_{dc}}{\Σ}{z}_k^x{P}_{dcn0k}}$

该指标称为扩展有效短路比，其中，U_x为该点的交流电压大小标幺值(已在步骤A中计算得到)；

N_dc为所有直流输电系统馈入节点的集合，x,k∈N_dc；

P_dcn0k为节点k处直流输电系统额定有功功率的标幺值；

为节点阻抗矩阵第x行第k列元素(为一纯虚数)顺时针旋转90°所得实数。

根据本发明另一具体实施方式，步骤E中的评价阈值为：

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

本发明解决了目前尚无适用于一般多直流馈入受端电网的电压支撑能力评价方法的问题。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的基于潮流计算的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法的流程图；

图2是实施例1的仿真模型的示意图。

具体实施方式

实施例1

参阅图1，其为本实施例基于潮流计算的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法的流程图。如图所示，本实施例的方法依次包括以下步骤：

A、对多直流馈入受端电网进行潮流计算。本实施例中仿真模型的示意图如图2所示。其中直流系统1的额定功率是1；直流系统2的额定功率是2。Z₁∠θ₁＝0.4∠90°，Z₂∠θ₂＝0.2∠90°，Z₁₂∠θ₁₂＝0.5∠90°。不接入动态无功补偿装置时，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。在本实施例中，B_c1＝B_c2＝B_c3＝j0.59。在直流系统1馈入节点处安装STATCOM，其额定容量为0.4；在直流系统2馈入节点处安装SVC，其额定容量为0.2。

在电力系统潮流计算平台上搭建上述多直流馈入受端电网的模型，其中所有直流输电系统采取整流侧定直流电流，逆变侧定熄弧角控制方式，直流电流大小与熄弧角大小取额定值。将该电力系统中所有动态无功补偿装置接入该电力系统，并按照额定容量出力。在上述条件下进行潮流计算，记录各个直流输电系统馈入节点的交流电压大小的标幺值。

在本实施例中，计算得直流系统1馈入节点处交流电压大小标幺值为U₁＝1.155；直流系统2馈入节点处交流电压大小标幺值为U₂＝1.095。

B、建立受端交流电网的节点导纳矩阵。在本实施例中，受端交流电网节点导纳矩阵为：

$Y=\left(\begin{array}{cc}-j3.91& j2\\ j2& -j5.62\end{array}\right)$

C、计算节点阻抗矩阵。对上述节点导纳矩阵求逆，得到节点阻抗矩阵：

$Z=\left(\begin{array}{cc}j0.313& j0.111\\ j0.111& j0.218\end{array}\right)$

D、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。假设节点x处有直流输电系统馈入，令其为待考察的节点，定义该点处电压支撑能力指标为：

${\mathrm{EESCR}}_x=\frac{U_x}{\underset{k\∈N_{dc}}{\Σ}{z}_k^x{P}_{dcn0k}}---\left(3\right)$

该指标称为扩展有效短路比。式中，U_x为该点的交流电压大小标幺值(已在S1中计算得到)，N_dc为所有直流输电系统馈入节点的集合，x,k∈N_dc，P_dcn0k为节点k处直流输电系统额定有功功率的标幺值，为节点阻抗矩阵第x行第k列元素(为一纯虚数)顺时针旋转90°所得实数。

在本实施例中：

${\mathrm{EESCR}}_1=\frac{1.155}{0.313\×1+0.111\×2}=2.2$

${\mathrm{EESCR}}_2=\frac{1.095}{0.111\×1+0.218\×2}=2.0$

E、对待考察节点处的电压支撑能力进行评价。所述评价阈值为：

在本实施例中，直流系统1馈入节点处电压支撑能力为中，直流系统2馈入节点处电压支撑能力为中。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法，其包括如下步骤：

A、对多直流馈入受端电网进行潮流计算；

B、建立受端交流电网的节点导纳矩阵Y；

C、计算节点阻抗矩阵Z，所述节点阻抗矩阵Z为所述节点导纳矩阵Y的逆矩阵；

D、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；

E、对待考察节点处的电压支撑能力进行评价。

2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤A具体包括如下步骤：

A1、在电力系统潮流计算平台上搭建所要研究的多直流馈入受端电网的模型；

A2、将该电力系统中所有动态无功补偿装置接入该电力系统，并按照额定容量出力；

A3、在步骤A1和步骤A2的条件下进行潮流计算，记录各个直流输电系统馈入节点的交流电压大小的标幺值。

3.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，步骤A1中，所有直流输电系统采取整流侧定直流电流，逆变侧定熄弧角控制方式，直流电流大小与熄弧角大小取额定值。

4.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤B中，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，动态无功补偿装置SVC所对应的电容；其忽略所有输电线路的电阻，所有物理量采用标幺值。

5.根据权利要求4所述的评价方法，其特征在于，所述节点导纳矩阵Y为：

$Y=\left(\begin{array}{ccccccc}{Y}_{11}& \mathrm{...}& Y_{1i}& \mathrm{...}& Y_{1j}& \mathrm{...}& Y_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{i1}& \mathrm{...}& Y_{ii}& \mathrm{...}& Y_{ij}& \mathrm{...}& Y_{in}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{j1}& \mathrm{...}& Y_{ji}& \mathrm{...}& Y_{jj}& \mathrm{...}& Y_{jn}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Y_{n1}& \mathrm{...}& Y_{ni}& \mathrm{....}& Y_{nj}& \mathrm{...}& Y_{nn}\end{array}\right),$

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

6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，步骤C中，所述节点阻抗矩阵Z为：

$Z=\left(\begin{array}{ccccccc}{Z}_{11}& \mathrm{...}& Z_{1i}& \mathrm{...}& Z_{1j}& \mathrm{...}& Z_{1n}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{i1}& \mathrm{...}& Z_{ii}& \mathrm{...}& Z_{ij}& \mathrm{...}& Z_{in}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{j1}& \mathrm{...}& Z_{ji}& \mathrm{...}& Z_{jj}& \mathrm{...}& Z_{jn}\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ .& & .& & .& & .\\ Z_{n1}& \mathrm{...}& Z_{ni}& \mathrm{....}& Z_{nj}& \mathrm{...}& Z_{nn}\end{array}\right).$

其中，Z_ii是交流电网第i个节点的自阻抗，Z_ij是交流电网第i、j个节点之间的互阻抗。

7.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤D中，假设节点x处有直流输电系统馈入，令其为待考察的节点，定义该点处电压支撑能力指标为：

${\mathrm{EESCR}}_x=\frac{U_x}{\underset{k\∈N_{dc}}{\Σ}{z}_k^x{P}_{dcn0k}}$

其中，U_x为该点的交流电压大小标幺值；

N_dc为所有直流输电系统馈入节点的集合，x,k∈N_dc；

P_dcn0k为节点k处直流输电系统额定有功功率的标幺值；

为节点阻抗矩阵第x行第k列元素顺时针旋转90°所得实数。

8.根据权利要求7所述的评价方法，其特征在于，步骤E中的评价阈值为：