CN105205741A - 一种直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明的技术方案在将交直流混联系统等值化简为“直流-电源-负荷”的标准环网内，综合考察直流接入、负荷动态、电源支撑与网络传递作用下的电压特性，选择在负荷母线处以临界故障切除时间为评价指标，将直流系统接入对受端交流系统暂态电压稳定的影响都等效至负荷母线上进行对比评价，该方法可便于简单、高效地评估直流接入模式对受端交流电网电压稳定的影响。

Description

一种直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法。

背景技术

高压直流输电系统中的换流装置自身需要消耗大量的无功功率，约为其传输功率的40％－60％，除了需要在换流站进行大量的无功补偿外，还需要从交流系统中获取部分。在交直流混联系统中由于直流落点相对密集，交直流系统间的电气耦合紧密，交流与直流系统间以及直流系统间的相互作用复杂。受端交流系统发生故障可能会引发多回直流同时或相继换相失败，在严重情况下可能进一步导致直流闭锁，引起较大的功率不平衡和潮流转移。因此，高压直流输电系统的运行情况将直接关系到整个系统的安全性与经济性，尤其是直流系统对受端交流电网暂态电压稳定的影响值得重点关注。

直流系统由于其快速可控性，已经成为提升互联电网安全性的有力措施。同时，直流系统还存在多种灵活的接入模式，如可将受端正负极分别接入不同变电站或同一变电站的不同母线，均可实现增加直流子系统间的电气距离，降低交直流系统的相互影响的效果。通过直流接入及调整合理的接入模式是提升交直流混联系统电压稳定性应的可行方案。但缺乏有效地评价直流接入对受端交直流系统电压稳定影响的评价方法。

目前，直流接入对受端交直流系统电压稳定的影响分析仅停留在稳态功率比较层面，提出了基于换流母线处交流短路功率与直流功率比值的短路比、和多馈入有效短路比之类的评价指标。这些做法仅通过简单比较交流功率与直流功率的相对大小从而来衡量交流系统对于直流系统的支撑能力，并没有解答直流系统在电压稳定问题中的角色与作用。而且这种处理方法及其指标全部立足于换流母线处，即认为直流系统与交流系统之间的相互作用集中体现在换流母线上，割裂了电压稳定问题是受负荷的无功需求、电源的无功支撑能力以及网络无功传递等多因素综合作用影响的这一共识。无法解答直流系统在电压稳定问题中的角色与作用。因此亟需一种新的评价方法，能够直观、高效低评估直流接入对受端电网电压稳定的影响。

目前提出了短路比及其改进型的多馈入有效短路比等一系列评价指标来评价交流系统和直流系统之间的相互影响，通过交流短路功率与直流功率间的比值来衡量交流系统与直流系统的相对强弱。这种方法的核心是基于稳态功率比较，即根据换流母线处的短路功率和直流输送功率的比值大小来反应交流系统与直流系统间的相对强弱。这种方法表征了交流系统与直流系统之间的相对强弱，该数值越大意味着交流系统越强，对直流系统的支撑越强。

现有的分析方法与评价指标基于稳态的功率层面考虑，立足点在直流系统接入交流系统的换流母线上，以交流短路功率和直流输送功率的比值大小来反应交流系统与直流系统间的相对强弱。但也存在着下述问题：

(1)现有技术无法反映直流系统在电压稳定问题中所发挥的作用。

现在的研究表明，电压稳定是受负荷的无功需求、电源的无功支撑能力以及网络无功传递等多因素综合作用影响的动态问题。事实上，受扰后直流系统的动态无功存在性质与量值上的快速变化，显然将加剧电压稳定问题的复杂性。但现有的技术方案没有考察直流系统在电压稳定问题中的角色与所发挥的作用。

(2)现有技术无法量化直流系统在电压稳定问题上的参与程度与影响范围。

现有的技术方案，仅着眼于换流母线处，割裂了电压稳定问题中诸多因素之间的耦合关系，无法将直流系统无功的变化和负荷的无功需求改变、电源的无功支撑及网络无功传递能力有效地联系起来，因而无法量化直流系统在电压稳定问题上的参与程度与影响范围。

发明内容

为了分析直流系统接入对受端交流系统电压稳定带来的影响及评价不同直流接入模式对电压稳定的影响程度，本发明提出一种直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法，包括以下步骤：S1、对受端交流电网进行网络等值；S2、利用时域仿真法计算多种直流接入模式下等效负荷母线的临界故障切除时间；S3、通过比较临界故障时间的大小做出评价。

本发明的技术方案在将交直流混联系统等值化简为“直流-电源-负荷”的标准环网内，综合考察直流接入、负荷动态、电源支撑与网络传递作用下的电压特性，选择在负荷母线处以临界故障切除时间为评价指标，将直流系统接入对受端交流系统暂态电压稳定的影响都等效至负荷母线上进行对比评价。该方法改变了以往仅立足于换流母线来考场交流系统与直流系统间的相对强弱，将影响电压稳定问题的诸多因素，如直流的作用、网络的功率传递、负荷的无功需求、电源的电压支撑统筹考虑。同时，该方法可使不同接入模式下直流系统对受端交流电网电压稳定的影响分析更为直观，便于研究和设计人员简单、高效地评估直流接入模式对受端交流电网电压稳定的影响。

附图说明

图1为本发明评价方法的含直流接入的受端电网简化图；

图2为本发明评价方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理作具体的描述。

本发明的直流接入模式对受端交流电网电压稳定影响的评价方法：

1、对受端交流电网进行等值处理

利用已有的BPA网络等值程序，对受端交流电网进行标准形式等值，保持直流接入点不变，对受端交流电网进行网络化简，如图1所示，得到标准形式的受端系统。

2、计算临界故障切除时间

根据得到的标准化受端系统，在交流系统的等效负荷母线处设置故障，故障类型为三相短路，借助时域仿真法分别对计算n种接入模式下的交直流系统进行暂态稳定计算，求出故障线路的临界切除时间T_1～n。

3、性能评价

通过对比n种直流接入模式下，负荷等效母线的临界故障切除时间T_1～n的相对大小，可以对直流接入模式对受端电网电压稳定的影响作出评价。

直流接入模式对受端交流电网电压稳定影响的评价方法的基本流程如图2所示。

如果是研究n种直流接入模式对受端电网暂态稳定的影响，需要依次计算每种直流接入方式下，等效负荷母线的临界故障切除时间T_1～n，然后对比n种接入模式下临界故障切除时间T的相对大小。临界故障切除时间T_1～n越大，说明该种直流接入模式下受端交流电网的暂态电压稳定性越好；临界故障切除时间T_1～n越小，则暂态电压稳定性越差。

从电压稳定的本质上讲，电压失稳的发生过程是一个动态过程。引起电压不稳定的根本原因是电力系统没有能力维持无功功率的动态平衡，系统中无功不足导致电压失稳。由于直流系统含有大量的动态元件、控制系统复杂，交直流电网的非线性程度大大增加，因此直流系统的接入将使得受端交流电网电压稳定问题进一步复杂。

从换流母线处研究交直流间的动态无功交互情况，在一定程度上能够反映出直流对受端交流系统动态无功电压特性的影响，但没有计及直流的无功动态变化在交流系统网络结构的传递过程，也没有关注负荷的动态特性在暂态电压稳定中发挥的作用。综合目前的研究成果可知，系统离散的控制行为和负荷特性在暂态电压失稳过程中起到至关重要的作用，暂态电压失稳是由异步感应电动机、直流换流器等具有快速调节特性的设备引起的，暂态的负荷特性对电压的变化更为敏感，在交流系统暂态电压稳定研究中，对负荷中心的动态无功需求与负荷母线的电压波动也更关注。

因此，如果能从负荷母线处入手，评估直流的接入对受端交流电网暂态电压稳定的影响，就能将关键影响因素，负荷的动态特性与网络传递作用综合考虑在内，对直流的接入带来的影响与发挥的作用做出更科学、准确的评价。

临界故障切除时间是评估交流系统暂态稳定的一个重要指标，可通过在负荷母线出设置三相故障，计算和比较各种直流接入模式下交流系统负荷母线的临界故障切除时间来对直流接入模式带来的影响进行高效、快速的评估。但交流系统通常会有多条负荷母线，选择其中一条来评估显然不够准确；如果计算所有负荷母线的临界故障切除时间进行排序比较，计算量大而且当排序不一致时难以评判其优劣。

因此本发明选择保持直流接入点不变，对受端电网进行等值化简，包括对发电机进行聚合和负荷节点的消减合并，将其化简为“直流-电源-负荷”的标准环网如图1所示。

在上述化简中，对发电机节点的简化处理是对发电机节点进行分群，然后采用时域聚合法和频域聚合法对同调机组进行参数聚合。在暂态电压稳定研究中，暂态的负荷特性对电压变化更敏感，是影响受端电网暂态电压稳定的关键因素，因此对交流系统中负荷的处理，需要将负荷中电动机负荷表示为动态负荷模型，并且保证等值后的系统电动机负荷所占比例与原系统一致，并采用电流沟法将非线性负荷折算至保留母线上，使网络的稳态潮流误差为零，并使动态偏差尽可能小。

经等值处理后的系统中直流系统与负荷、电源间的阻抗在一定程度上反映直流落点与负荷及电源间的电气距离；如果受端电网中接入的是多端直流，按照上述方法化简，直流子系统间的阻抗也反映了子系统间的电气距离，用该标准环网系统研究不同直流接入模式时非常便捷。且等值处理后的系统综合考虑了负荷动态特性，直流接入等多种因素作用下的受端电网电压特性，在不同直流接入模式下，该标准环网系统中始终只有一条等效负荷母线。因此，可选择该条唯一的等效负荷母线，以临界故障切除时间为指标，快速、准确地考察和评估直流的接入在受端交流电网暂态稳定稳态中发挥的作用以及产生的影响。

本发明所提出的直流接入模式对受端电网暂态稳定影响的评估方法，不同于传统从换流母线处来研究直流对交流系统暂态电压稳定作用的方法，而是将视角深入到受端交流系统的负荷母线中，通过对受端交流系统进行等值处理的方法，将不同直流的接入对受端交流电网暂态稳定的影响等效到同一条负荷母线上进行对比，很好地解决了由于接入模式的不同如多端直流的接入、直流落点的不同等造成各种接入模式对受端电网的影响难以比较的问题。使不同接入模式下直流对受端交流电网暂态稳定的影响更为直观，为研究和设计人员评估不同接入模式的优缺点提供一种简单高效的实用方法。对于选择直流的接入模式，提高含交流电网暂态稳定性有重要意义。

Claims (4)

1.一种直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对受端交流电网进行网络等值；

S2、利用时域仿真法计算多种直流接入模式下等效负荷母线的临界故障切除时间；

S3、通过比较临界故障时间的大小做出评价。

2.根据权利要求1所述的直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法，其特征在于，在步骤S1之中，对发电机节点的简化处理是对发电机节点进行分群，然后采用时域聚合法和频域聚合法对同调机组进行参数聚合；对交流系统中负荷的处理，是将负荷中电动机负荷表示为动态负荷模型，保证等值后的系统电动机负荷所占比例与原系统一致，采用电流沟法将非线性负荷折算至保留母线上，使网络的稳态潮流误差为零，并使动态偏差变小。

3.根据权利要求1所述的直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法，其特征在于，在步骤S2之中，在交流系统的等效负荷母线处设置故障，故障类型为三相短路，借助时域仿真法分别对计算多种接入模式下的交直流系统进行暂态稳定计算，求出故障线路的临界切除时间。

4.根据权利要求1所述的直流接入对受端交流电网电压稳定影响的评价方法，其特征在于，在步骤S3之中，临界故障切除时间越大，说明该种直流接入模式下受端交流电网的暂态电压稳定性越好；临界故障切除时间越小，则暂态电压稳定性越差。