CN105429187A - 一种多直流馈入评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多直流馈入评估方法，包括步骤：A.计算多馈入系统中潮流的直流换流母线的自阻抗和互阻抗；B.故障系统时域仿真；C.清除故障，读取所述直流换流母线的电压值；D.计算考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标；E.计算考虑暂态电压跌落的多直流馈入指标。本发明可指导特高压交直流电网运行方式优化，提高系统稳定性，保障了大电网的安全稳定运行。

Description

一种多直流馈入评估方法

技术领域

本发明涉及系统稳定性的评估方法，具体讲涉及一种考虑暂态电压跌落的多直流馈入评估方法。

背景技术

随着远距离、大容量高压直流输电工程的不断投运，我国南方电网和华东电网逐步形成多馈入直流输电系统。较之单馈入交直流混合系统，多馈入系统中换流站的相互作用对系统的强度、换相失败、暂态过电压、故障恢复和功率/电压稳定性都将产生影响。

目前一般用稳态指标表征多馈入直流输电系统耦合作用，如利用多馈入交互因子分析多馈入直流输电系统的影响因素，进而了解这些因素对多馈入系统运行特性的影响。

基于准稳态思路的传统单/多馈入短路比来衡量小扰动方式下的系统稳定性时，对诸如故障冲击、负荷动态特性、直流动态响应等暂态因素的影响重视不足，因此难于在实际中应用。

因此需要提供一种技术方案确定故障持续期间和故障清除后，换流母线的电压跌落与直流的动态行为和系统稳定性密切相关。

发明内容

本发明提供一种考虑暂态电压跌落的多直流馈入评估方法，包括步骤：

A.计算多馈入系统中潮流的直流换流母线的自阻抗和互阻抗；

B.故障系统时域仿真；

C.清除故障，读取所述直流换流母线的电压值；

D.计算考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标；

E.计算考虑暂态电压跌落的多直流馈入指标。

步骤A包括：

潮流中有N条母线，N条母线包括M条直流换流母线和N-M条其余母线,N≥M；

第m条直流换流母线的自阻抗为Z_mm，第m条直流换流母线和第n直流换流母线之间的互阻抗为Z_mn，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,M。

步骤C包括：

故障清除时刻t_C，第m条直流换流母线的电压值U_Cm1；

故障清除后，ΔT时间内第m条直流换流母线的电压幅值平均值:

$U_{Cm2}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}T}\underset{t=t_C}{\overset{t=t_C+\mathrm{\Δ}T}{\∫}}{U}_m\left(t\right)dt$

式中：t为仿真时间，U_m(t)为第m条直流换流母线在t时刻的电压幅值。

步骤D包括：第m条直流换流母线和第n条直流换流母线；

当m≠n时，第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mn1}=U_{Cm1}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn1}^2}{2U_{Cn1}};$

式中，U_Cn1第n条直流换流母线的电压值；

当m＝n时，第m条换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mm1}=\frac{1-U_{Cm1}^2}{2}$

步骤E包括：

第m条直流换流母线的功率为P_m，第n条直流换流母线的功率P_n，则第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落时，多馈入指标：

$F_{m1}=\frac{\frac{U_{Cm1}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm1}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn1}{P}_n};$

步骤D包括：第m条直流换流母线和第n条直流换流母线；

当m≠n时，第m条换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mn2}=U_{Cm2}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn2}^2}{2U_{Cn2}};$

式中，U_Cn2为ΔT时间内第n条直流换流母线的电压幅值平均值；

当m＝n，第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mm2}=\frac{1-U_{Cm2}^2}{2}.$

步骤E包括：第m条直流换流母线的功率为P_m，第n条直流换流母线的功率P_n，则第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落时，多馈入指标：

$F_{m2}=\frac{\frac{U_{Cm2}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm2}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn2}{P}_n}.$

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明将暂态电压跌落引入多直流馈入系统，并以此为基础构造了多直流馈入系统稳定性评价指标，该指标可以更好的反映大扰动工况下多直流间的交互影响作用及系统稳定性的变化趋势。

2、本发明可用于电网规划和运行计算，既可用于离线计算也可用于在线计算，为系统分析和电网运行人员提供技术支撑。

3、本发明可用于指导特高压交直流电网运行方式优化，提高系统稳定性，保障大电网安全稳定运行，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的多直流馈入评估方法流程图；

图2是本发明应用于电力系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明：

如图1所示，本发明提供了一种考虑暂态电压跌落的多直流馈入评估方法，该方法包括：

A.针对给定的潮流，计算各直流换流母线的自阻抗和互阻抗；

B.针对给定的故障，进行时域仿真；

C.读取故障清除后各直流换流母线的电压值；

D.计算考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标；

E.读取各直流功率，计算考虑暂态电压跌落的多直流馈入指标。

其中，步骤A包括：潮流中有N条母线，在不失一般性的条件下，系统导纳阵Y为：

其中，Y_ii是第i条母线的自导纳，Y_ij为第i条母线和第j条母线之间的互导纳，i＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N，i≠j；

系统阻抗阵Z为：

其中，Z_ii是第i条母线的自阻抗，Z_ij是第i条母线和第j条母线之间的互阻抗，i＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N，i≠j；

由上可知，若N条母线包括M条直流换流母线和N-M条其余母线,其中，N≥M；

则直流换流母线m的自阻抗为Z_mm，直流换流母线m和直流换流母线n之间的互阻抗为Z_mn，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,M。

步骤B包括：针对给定的故障，进行时域仿真，输出各换流母线电压曲线。

步骤C包括：故障清除后，换流母线m的电压值可以读取故障清除时刻t_C各换流母线的电压幅值，也可以取故障清除后短时间ΔT(如0.2s)内各换流母线的电压幅值的平均值。

设直流换流母线m的电压幅值为U_m(t)，若取故障清除时刻t_c换流母线m的电压幅值，则

U_Cm1＝U_m(t_C)(3)；

若取故障清除后短时间换流母线m的电压幅值的平均值，则

$U_{Cm2}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}T}\underset{t=t_C}{\overset{t=t_C+\mathrm{\Δ}T}{\∫}}{U}_m\left(t\right)dt---\left(4\right);$

步骤D包括：对于换流母线m和换流母线n；

当m≠n时，换流母线m考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标为：

${\mathrm{\η}}_{mn1}=U_{Cm1}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn1}^2}{2U_{Cn1}};$

或 ${\mathrm{\η}}_{mn2}=U_{Cm2}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn2}^2}{2U_{Cn2}}$

当m＝n，换流母线m考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标为：

${\mathrm{\η}}_{mm1}=\frac{1-U_{Cm1}^2}{2};$

或 ${\mathrm{\η}}_{mm2}=\frac{1-U_{Cm2}^2}{2}$

式中，U_Cn1直流换流母线n的电压值；U_Cn2为ΔT时间内直流换流母线n的电压幅值平均值。

步骤E包括：设直流m的功率为P_m，则换流母线m考虑暂态电压跌落的多馈入指标

$F_{m1}=\frac{\frac{U_{Cm1}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm1}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn1}{P}_n}$

或 $F_{m2}=\frac{\frac{U_{Cm2}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm2}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn2}{P}_n}$

如图2所示，以一种电力系统为例。直流1逆变侧换流站接入变电站1，直流2逆变侧换流站接入变电站2；变电站1接受端系统等值机1和负荷1，变电站2接受端系统等值机2和负荷2；变电站1与变电站2之间通过线路1-2相连；直流1、2额定功率均为8000MW，负荷1、负荷2模型考虑马达+恒阻抗，马达比例60％。初始方式下，直流1、直流2功率均为8000MW，负荷1、负荷2均为7500MW。

第一步，计算各直流换流母线的自阻抗和互阻抗。换流母线1、2的自阻抗分别为0.00281p.u.、0.00281p.u.，换流母线1、2的互阻抗为0.00064p.u.。

第二步，考虑直流1逆变侧换流母线发生三相瞬时短路故障，故障持续0.09s后消失，进行时域仿真。

第三步，故障清除时刻换流母线1、2的电压值分别为0.786p.u.、0.993p.u.。

第四步，计算暂态电压跌落的直流交互影响指标，换流母线1对自身的指标为0.1908，换流母线2对换流母线1的指标为0.0054。

第五步，计算考虑暂态电压跌落的多直流馈入指标，换流母线1的指标为13.95。

若将马达比例降为50％，采用同样方式可以计算出换流母线1的指标为14.82。根据指标可以判断，将马达比例降为50％，系统稳定性提高。

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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多直流馈入评估方法，其特征在于，包括步骤：

A.计算多馈入系统中潮流的直流换流母线的自阻抗和互阻抗；

B.故障系统时域仿真；

C.清除故障，读取所述直流换流母线的电压值；

D.计算考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标；

E.计算考虑暂态电压跌落的多直流馈入指标。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述步骤A包括：

所述潮流中有N条母线，所述N条母线包括M条直流换流母线；

所述直流换流母线中的第m条直流换流母线的自阻抗为Z_mm，所述第m条直流换流母线和第n直流换流母线之间的互阻抗为Z_mn，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,M。

3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤C包括：

故障清除时刻t_C的所述第m条直流换流母线的电压值U_Cm1；

故障清除后，ΔT时间内所述第m条直流换流母线的电压幅值平均值:

$U_{Cm2}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}T}\underset{t=t_C}{\overset{t=t_C+\mathrm{\Δ}T}{\∫}}{U}_m\left(t\right)dt$

式中：t为仿真时间，U_m(t)为所述第m条直流换流母线在t时刻的电压幅值。

4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述步骤D包括：

所述第m和n条直流换流母线，当m≠n时，所述第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mn1}=U_{Cm1}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn1}^2}{2U_{Cn1}};$

当m＝n时，所述第m条换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mm1}=\frac{1-U_{Cm1}^2}{2}$

式中，U_Cn1所述第n条直流换流母线的电压值。

5.如权利要求4所述的评估方法，其特征在于，所述步骤E包括：

所述第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落时，所述多馈入指标：

$F_{m1}=\frac{\frac{U_{Cm1}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm1}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn1}{P}_n}$

其中，所述第m条直流换流母线的功率为P_m，所述第n条直流换流母线的功率P_n。

6.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述步骤D包括：

所述第m条直流换流母线和所述第n条直流换流母线，当m≠n时，所述第m条换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mn2}=U_{Cm2}\frac{Z_{mn}}{Z_{mm}}\frac{1-U_{Cn2}^2}{2U_{Cn2}};$ 式中，U_Cn2为ΔT时间内所述第n条直流换流母线的电压幅值平均值；

当m＝n时，所述第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落的直流交互影响指标：

${\mathrm{\η}}_{mm2}=\frac{1-U_{Cm2}^2}{2}.$

7.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述步骤E包括：

所述第m条直流换流母线考虑暂态电压跌落时，所述多馈入指标：

$F_{m2}=\frac{\frac{U_{Cm2}^2}{Z_{mm}}}{{\mathrm{\η}}_{mm2}{P}_m+\underset{n=1,n\≠m}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_{mn2}{P}_n}$

其中，所述第m条直流换流母线的功率为P_m，所述第n条直流换流母线的功率P_n。