CN105207275B - 一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法，包括：确定电网中直流系统DC_i和直流系统DC_i直流功率转移时经过的交流通道沿线各交流母线AC_j；计算各直流系统DC_i至各交流母线AC_j的等效阻抗计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij；根据所述电压下降系数α_ij确定直流功率转移时电压最薄弱的交流母线；本发明提供的方法通过分析不同直流发生功率转移时，对交流电网内各点电压下降幅度的影响，定义了不同直流系统与交流母线之间的直流功率转移电压下降系数，通过比较这一系数，能够识别出相同功率转移情况下电压下降速度最快的交流母线，以及对该母线电压下降幅度影响最大的直流系统，可以为电网安全稳定运行提供指导。

Description

一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定领域，具体涉及一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法。

背景技术

我国地域面积辽阔，且能源分布与负荷需求不对称，西南地区有丰富的水力资源，西北地区有充足的煤炭、风能、太阳能等资源，而负荷需求主要分布在东部沿海的经济发达地区。这种能源和负荷的分布特点使得我国需要进行远距离、大容量的电力输送。

特高压直流是进行远距离、大容量的电力输送一种主要方式，但是在直流系统发生闭锁故障时，其输送功率将向交流电网转移，使交流输电通道潮流加重，沿线各点的电压下降，可能造成电压失稳事故。

目前在校核电网运行的安全稳定性时，对于交直流混联系统中直流功率转移对系统运行的影响，需要针对全部直流可能发生的各种故障情况进行仿真计算，根据计算结果找出可能造成电网失稳的故障，并制定应对措施。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法通过分析不同直流发生功率转移时，对交流电网内各点电压下降幅度的影响，定义了不同直流系统与交流母线之间的直流功率转移电压下降系数，通过比较这一系数，能够识别出相同功率转移情况下电压下降速度最快的交流母线，以及对该母线电压下降幅度影响最大的直流系统，可以为电网安全稳定运行提供指导。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法，其改进之处在于，所述方法包括：

(1)确定电网中直流系统DC_i和直流系统DC_i直流功率转移时经过的交流通道沿线各交流母线AC_j，i∈[1,n]，n为所述直流系统总数,j∈[1,m],m为所述交流母线总数；

(2)计算各直流系统DC_i至各交流母线AC_j的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij；

(4)根据所述电压下降系数α_ij确定直流功率转移时电压最薄弱的交流母线。

优选的，所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线AC_j电压。

优选的，所述步骤(3)包括：计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij，公式为：

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗的实部，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压。

优选的，所述步骤(4)包括：将所述各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij从大到小排列，最大电压下降系数α_ij对应的交流母线AC_j为直流功率转移时电压最薄弱的交流母线。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法，不需要针对全部直流可能发生的各种故障情况进行仿真计算，而是通过比较不同直流系统与交流母线之间的直流功率转移电压下降系数，识别出相同功率转移情况下电压下降速度最快的交流母线，以及对该母线电压下降幅度影响最大的直流系统，为电网安全稳定运行提供指导，减少了交直流混联电网安全稳定校核的工作量。

附图说明

图1是本发明提供的一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法流程图；

图2是电力系统中输电线路的集中参数简化模型示意图；

图3是华中电网结构图；

图4是潮流转移过程中张家坝500kV母线和恩施500kV母线电压变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法，如图1所示，包括：

(1)确定电网中直流系统DC_i和直流系统DC_i直流功率转移时经过的交流通道沿线各交流母线AC_j，i∈[1,n]，n为所述直流系统总数,j∈[1,m],m为所述交流母线总数；

(2)计算各直流系统DC_i至各交流母线AC_j的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij；

(4)根据所述电压下降系数α_ij确定直流功率转移时电压最薄弱的交流母线。

所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

其中，可以通过改变所述直流系统DC_i的输送功率改变直流系统DC_i的运行状态，该过程的实施可以在电力系统仿真分析软件中建立所研究电网的模型，首先将其调整至直流系统DC_i在正常运行状态，然后略微改变直流系统DC_i的输送功率使电网的运行状态改变，通常可以将直流系统DC_i的输送功率下调额定运行功率的1％～2％；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线AC_j电压。

所述步骤(3)包括：计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij，公式为：

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗的实部，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压。

计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij根据，如图2所示，电力系统中输电线路的集中参数简化模型，包括：输电线路的阻抗为Z＝R+jX，忽略了对地导纳。线路首端电压为输送功率为P+jQ，末端电压为

线路首端到末端的电压差可分解为与平行的纵分量ΔU和与垂直的横分量δU，表达式分别为：

线路两端电压幅值的关系为：

由上式可计算末端电压的幅值U₂与输电线路参数及输送功率的关系为：

式中▽可代表P、Q、R、X；

本发明提供的方法中，获取各直流系统DC_i至各交流母线AC_j的等效阻抗后，将各直流系统DC_i作为图2中首端，各交流母线AC_j作为图2中末端，根据两端输电线路模型末端电压表达式，交流母线AC_j的电压幅值受到直流系统DC_i的功率转移的影响为：

在实际电力系统中，有U₁＞＞ΔU₁且U₁＞＞δU₁，上式可近似简化为

由可得代入即可得到：

即反映了相同的转移功率造成末端电压幅值下降的大小，的值越大，相同功率转移条件下末端电压幅值下降的越多。因此将定义为直流系统DC_i与交流母线AC_j之间的直流功率转移电压下降系数α_ij，该系数包含两个部分：其中反映了直流功率转移与交流母线电压的耦合程度；U_j0反映了交流母线自身所处运行状态的电压稳定强度。

所述步骤(4)包括：将所述各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij从大到小排列，最大电压下降系数α_ij对应的交流母线AC_j为直流功率转移时电压最薄弱的交流母线。

例如：如图3所示，以华中电网为仿真算例；

首先，选取华中电网内的锦苏直流和复奉直流，以及鄂渝断面交流通道上的张家坝、恩施变电站500kV母线进行分析。

首先，选取华中电网内的锦苏直流和复奉直流，以及鄂渝断面交流通道上的张家坝、恩施变电站500kV母线进行分析。

然后，计算各个直流系统换流母线到各个交流母线的等效阻抗。

计算结果如下：

锦苏直流～张家坝，Z_eq＝25.3∠49.6°Ω

锦苏直流～恩施，Z_eq＝32.5∠47.4°Ω

复奉直流～张家坝，Z_eq＝13.2∠28.9°Ω

复奉直流～恩施，Z_eq＝20.6∠37.3°Ω

计算各个直流系统与交流母线的功率转移电压下降系数。

计算结果如下：

锦苏直流～张家坝，α＝0.032

锦苏直流～恩施，α＝0.044

复奉直流～张家坝，α＝0.023

复奉直流～恩施，α＝0.033

最后，对各个直流系统与交流母线的功率转移电压下降系数进行从大到小排序，选出其中的最大值。

根据计算结果，锦苏直流与恩施500kV母线的功率转移电压下降系数最大，因此在所选研究对象中，恩施500kV母线的电压稳定性最差，而锦苏直流发生功率转移对其电压的影响最大，对该结果进行仿真验证，在电网正常运行方式下，将锦苏直流功率降低800MW，潮流转移过程中张家坝500kV母线和恩施500kV母线电压如附图4所示。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种直流功率转移时的交流母线电压薄弱点识别方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)确定电网中直流系统DC_i和直流系统DC_i直流功率转移时经过的交流通道沿线各交流母线AC_j，i∈[1,n]，n为所述直流系统总数,j∈[1,m],m为所述交流母线总数；

(2)计算各直流系统DC_i至各交流母线AC_j的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij；

(4)根据所述电压下降系数α_ij确定直流功率转移时电压最薄弱的交流母线；

所述步骤(4)包括：将所述各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij从大到小排列，最大电压下降系数α_ij对应的交流母线AC_j为直流功率转移时电压最薄弱的交流母线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线AC_j电压。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：计算各直流系统DC_i与各交流母线AC_j的电压下降系数α_ij，公式为：

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线AC_j的等效阻抗的实部，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线AC_j电压。