CN105743135A - 一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，包括：首先列举受端电网可能的特高压交直流受电方案，然后通过潮流、短路、稳定校核得出可行的特高压交直流受电方案，最后选定经济性最好的方案为最优方案，进而计算得出最优受电比例。本发明有益效果：能够确定受端电网规划水平年特高压交直流最优受电比例，在保证电网安全稳定运行的前提下，减少电网投资，提升经济效益。

Description

一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统规划技术领域，尤其涉及一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法。

背景技术

能源资源与能源需求的逆向分布决定了我国需要走特高压输电的道路。通过发展特高压交直流输电，可以实现能源资源的集约化开发，优化能源输送格局，使能源资源能够在更大范围内优化配置。《国家能源“十二五”规划》明确提出，严控东中部地区煤电新增容量，加大力度推进西部、北部大型能源基地建设，充分利用特高压输电技术，进一步扩大西电东送、北电南送规模。

对于东中部负荷中心地区，需经过特高压交直流大规模受电。目前在电网规划中，多是通过电力平衡选择功率缺额较大的地区，规划特高压交直流站点直接深入负荷中心，为当地供电。已发表文献中，多是针对已确定的特高压交直流，选择合适的落点或接入方法。

现有技术从结构上解决多馈入直流系统的问题，提出的特高压直流分层接入交流电网的方式，有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力，引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。

现有技术分析了在正常负荷和高负荷方式下电网不同受电比例情况下的稳定情况，根据计算结果提出了电网合理的受电比例。

然而，上述技术仅公开了求取电网受电比例的方法，对于受端电网，究竟应该如何优化评估特高压交直流受电比例，目前尚没有公开文献发表。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，该方法用于优化受端电网特高压交直流受电比例，在满足电网安全稳定要求的前提下提高电网运行的经济性，为电网规划提供决策依据。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，包括以下步骤：

(1)根据规划水平年区域电网负荷和装机容量确定受端电网规划水平年功率缺额；

(2)备选特高压交直流受电方案列举：确定备选方案中外来的特高压直流电力，将满足外来特高压直流电力不大于受端电网电力缺额的方案确定为备选特高压交直流受电方案；

(3)可行特高压交直流受电比例方案判定：对于确定的备选特高压交直流受电方案，分别依次进行潮流校核、短路电流校核和稳定校核；上述校核均通过的特高压交直流受电比例方案确定为可行特高压交直流受电比例方案；否则，进入下一条特高压交直流受电比例方案的判定；

(4)分别计算可行特高压交直流受电比例方案的投资费用和运行周期内系统网损，以方案总费用最小为目标，确定最优特高压交直流受电方案；

(5)根据最优特高压交直流受电方案的特高压直流受电功率和特高压交流受电功率，确定受端电网最优特高压交直流受电比例。

进一步地，所述步骤(3)中，进行潮流校核的具体方法为：

分别计算正常运行方式、线路N-1故障方式、线路同杆并架双回N-2故障方式、主变N-1故障方式以及发电机N-1故障方式下的电网潮流过载安全性指标，根据所述电网潮流过载安全性指标确定电网潮流是否过载；

如果上述所有的运行方式下，电网潮流均不过载，则视为潮流校核通过；否则，排除此方案，选择下一方案进行校核。

进一步地，根据每一条线路或变压器的实际功率与额定功率确定电网潮流过载安全性指标。

进一步地，当电网潮流过载安全性指标小于零时，系统在某正常或故障运行方式下，会出现过载；当电网潮流过载安全性指标等于零时，属于临界状态；当电网潮流过载安全性指标大于零时，系统在正常或故障运行方式下，不会出现过载。

进一步地，所述步骤(3)中，进行短路电流校核的具体方法为：

计算可行特高压交直流受电比例方案中，任意母线三相短路或单相短路情况下的短路电流安全性指标；根据所述短路电流安全性指标确定短路电流是否超标；

如果短路电流不存在超标的情况，则视为短路电流校核通过；否则，进入下一条特高压交直流受电比例方案的判定。

进一步地，根据每一条母线的短路电流与该母线断路器对应的额定遮断电流确定短路电流安全性指标。

进一步地，当短路电流安全性指标小于零时，则存在短路电流超标的情况；当短路电流安全性指标等于零时，属于临界安全状态；当短路电流安全性指标大于零时，短路电流始终不会超标。

进一步地，所述步骤(3)中，进行稳定校核的具体方法为：

分别校核线路单相短路故障后跳开、三相短路故障后跳开、同塔并架双回线路相间故障后双回跳开后受端电网的暂态稳定情况；

受端电网的暂态稳定安全性指标包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标；

若受端电网暂态稳定，则视为稳定校核通过；否则，稳定校核不通过，排除此方案，选择下一方案进行校核。

进一步地，功角稳定性指标评价故障后是否会发生功角失稳问题，由扩展等面积准则法计算。

进一步地，频率偏移安全性和电压偏移安全性指标均采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标。

本发明的有益效果是：

本发明能够确定受端电网规划水平年特高压交直流最优受电比例，在保证电网安全稳定运行的前提下，减少电网投资，提升经济效益。

本发明首先列举受端电网可能的特高压交直流受电方案，然后通过潮流、短路、稳定校核得出可行的特高压交直流受电方案，最后选定经济性最好的方案为最优方案，进而计算得出最优受电比例。

附图说明

图1为本发明可行特高压交直流受电方案判定流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法。对于一个受端电网，首先列举出备选的特高压交直流受电比例方案；然后对各备选特高压交直流受电比例方案分别进行潮流、短路、稳定校核，排出存在安全隐患的方案，剩下的方案为可行方案；最后对可行方案进行经济性分析，选择经济性最优的方案为受端电网特高压交直流最优受电方案，进而计算得出最优受电比例。具体技术内容如下：

1、特高压交直流受电方案列举

(1)确定受端电网功率缺额

对于一个受端电网，首先应确定其规划水平年电力缺额，电力缺额即为该区域电网应接受的外来特高压交直流电力之和。假设规划水平年区域电网负荷为P_Load，装机容量为P_Gen，则该受端电网规划水平年功率缺额P为：

P＝P_Load-P_Gen

P即为电网在规划水平年应该接受的外来电力。

(2)备选特高压交直流受电方案列举

目前特高压直流输送的额定功率主要有6400MW、8000MW、10000MW三种(以下分别用P_dc-min，P_dc-mid，P_dc-max来表示)，而特高压交流输送的功率是可以连续调节的。因此，在列举备选特高压交直流受电方案时，首先确定外来的特高压直流电力，仍无法满足的电力缺额由外来的特高压交流电力补充。

设定受端电网可以接受的P_dc-min、P_dc-mid、P_dc-max三种额定容量的特高压直流工程数分别为N₁、N₂、N₃，则需要满足下式：

N₁×P_dc-min+N₂×P_dc-mid+N₃×P_dc-max≤P

即外来特高压直流电力不大于受端电网电力缺额。上式中，N₁、N₂、N₃均为非负整数。

设定满足上式的受电比例组合总数为N，受端电网的交直流受电电力集合分别为{(P_dc1、P_ac1)，(P_dc2、P_ac2)，……，(P_dcn、P_acn)}，则满足：

P_dc1+P_ac1＝P

P_dc2+P_ac2＝P

……

P_dcn+P_acn＝P

2、可行特高压交直流受电比例方案判定

对于各备选受电方案，分别进行潮流、短路、稳定校核。具体步骤如下：

(1)进行潮流校核。利用电力系统仿真软件，计算正常运行方式、线路N-1故障方式、线路同杆并架双回N-2故障方式、主变N-1故障方式、发电机N-1故障方式下的电网潮流。潮流过载安全性指标由如下公式计算：

$\mathrm{\α}=\underset{i}{min}\left(\frac{P_{Ni}-P_i}{P_{Ni}}\right)---\left(1\right)$

式中：P_i为第i条线路或变压器的实际功率；P_Ni为第i条线或变压器的额定功率。当α小于零时，系统在某正常或故障运行方式下，会出现过载；等于零时，属于临界状态；大于零时，系统在正常或故障运行方式下，式中不会出现过载。

若某种运行方式下存在设备过载现象，则视为潮流校核不通过，排除此方案，选择下一方案进行校核；若无设备过载现象，则视为潮流校核通过，转向步骤(2)。

(2)进行短路电流校核。计算方案在任意母线三相短路或单相短路情况下的短路电流。短路可借助短路电流安全性指标，由如下公式计算：

$\mathrm{\β}=\underset{i}{min}\left(\frac{I_{Ni}-I_i}{I_{Ni}}\right)---\left(2\right)$

式中：I_i为第i条母线的短路电流；I_Ni为第i条母线断路器对应的额定遮断电流。当β小于零时，则存在短路电流超标的情况；等于零时，属于临界安全状态；大于零时，短路电流始终不会超标。

存在短路电流超过其断路器的额定遮断容量的情况，则视为短路校核不通过，排除此方案，转向步骤(1)，选择下一方案进行校核；若短路电流未超过其断路器的额定遮断容量，则视为短路校核通过，转向步骤(3)。

(3)进行稳定校核。校核线路单相短路故障后跳开、三相短路故障后跳开、同塔并架双回线路相间故障后双回跳开后受端电网的暂态稳定情况。

稳定安全性指标主要包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标。功角安全性指标主要评价故障后是否会发生功角失稳问题，由扩展等面积准则法(ExtendedEqualAreaCriterion，EEAC)计算。频率偏移安全性和电压偏移安全性指标采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标，由于两者计算方法相同，因而可用下面统一的形式计算：

η_x＝min(η_x,i,j),0≤i≤N,0≤j≤M

${\mathrm{\η}}_{x,i,j}=min\left(\frac{{\∫}_t^{t+t_{cr,j}}(x_i-x_{cr,j})dt}{(x_N-x_{cr,j})t_{cr,j}}\right),0\≤t\≤T-t_{cr,j}$

式中：N为被监视的物理量(频率或电压)个数；M为设置的二元表的个数；η_x,i,j表示第i个被监视物理量x_i在第j个二元表[x_cr,j,t_cr,j]衡量下的安全裕度指标；t为积分起始时间；x_N为物理量额定值(额定频率或额定电压)；T为考虑暂态过程时长。x_cr,j代表二元表中频率或电压偏移的限值；t_cr,j代表频率或电压越过限值x_cr,j的最大允许时间；η_x代表系统的频率或电压安全裕度。

η_x中可取为f和V，即η_f和η_V，分别代表系统频率安全裕度和电压安全裕度。η_f大于0时，判定系统频率安全；η_f等于0时，判定系统频率处于临界安全状态；η_f小于0时，判定系统频率不安全。η_V大于0时，判定系统电压安全；η_V等于0时，判定系统电压处于临界安全状态；η_V小于0时，判定系统电压不安全。

若受端电网暂态失稳，则视为稳定校核不通过，排除此方案，转向步骤(1)，选择下一方案进行校核；若受端电网暂态稳定，则视为稳定校核通过，认为该方案为一种可行的特高压交直流受电方案。

可行特高压交直流受电方案判定流程图如图1所示，k初始值为1，所有备选方案总数为N；通过判定，得到可行的特高压交直流受电方案的备选集合，以供后续进行优选。

3、最优特高压交直流受电比例方案确定

设定得到可行的特高压交直流受电组合总数为M，分别为{(P_dc1、P_ac1)，(P_dc2、P_ac2)，……，(P_dcm、P_acm)}，则对M种方案，分别计算项目投资费用和运行周期内系统网损，从而求得各方案的经济性评价指标，得到方案费用组合为{V_{(Pdc1、 Pac1)}，V_{(Pdc2、Pac2)}，……，V_{(Pdcm、Pacm)}}

选定方案总费用最小的方案为最优特高压交直流受电方案，即：

min{V_{(Pdc1、Pac1)}，V_{(Pdc2、Pac2)}，……，V_{(Pdcm、Pacm)}}

上式中，V_i表示方案i的项目投资和运行周期内系统网损代价。

设定总费用最小所对应的受电方案为(P_dci、P_aci)，P_dci为特高压直流受电功率，P_aci为特高压交流受电功率；则受端电网最优特高压交直流受电比例为：

$\mathrm{Pr}oportion=\frac{P_{aci}}{P_{dci}}$

上式中，Proportion为受端电网特高压最优交直流受电比例。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)根据规划水平年区域电网负荷和装机容量确定受端电网规划水平年功率缺额；

(2)备选特高压交直流受电方案列举：确定备选方案中外来的特高压直流电力，将满足外来特高压直流电力不大于受端电网电力缺额的方案确定为备选特高压交直流受电方案；

(3)可行特高压交直流受电比例方案判定：对于确定的备选特高压交直流受电方案，分别依次进行潮流校核、短路电流校核和稳定校核；上述校核均通过的特高压交直流受电比例方案确定为可行特高压交直流受电比例方案；否则，进入下一条特高压交直流受电比例方案的判定；

(4)分别计算可行特高压交直流受电比例方案的投资费用和运行周期内系统网损，以方案总费用最小为目标，确定最优特高压交直流受电方案；

(5)根据最优特高压交直流受电方案的特高压直流受电功率和特高压交流受电功率，确定受端电网最优特高压交直流受电比例。

2.如权利要求1所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，所述步骤(3)中，进行潮流校核的具体方法为：

分别计算正常运行方式、线路N-1故障方式、线路同杆并架双回N-2故障方式、主变N-1故障方式以及发电机N-1故障方式下的电网潮流过载安全性指标，根据所述电网潮流过载安全性指标确定电网潮流是否过载；

如果上述所有的运行方式下，电网潮流均不过载，则视为潮流校核通过；否则，排除此方案，选择下一方案进行校核。

3.如权利要求2所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，根据每一条线路或变压器的实际功率与额定功率确定电网潮流过载安全性指标。

4.如权利要求2所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，当电网潮流过载安全性指标小于零时，系统在某正常或故障运行方式下，会出现过载；当电网潮流过载安全性指标等于零时，属于临界状态；当电网潮流过载安全性指标大于零时，系统在正常或故障运行方式下，不会出现过载。

5.如权利要求1所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，所述步骤(3)中，进行短路电流校核的具体方法为：

计算可行特高压交直流受电比例方案中，任意母线三相短路或单相短路情况下的短路电流安全性指标；根据所述短路电流安全性指标确定短路电流是否超标；

如果短路电流不存在超标的情况，则视为短路电流校核通过；否则，进入下一条特高压交直流受电比例方案的判定。

6.如权利要求5所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，根据每一条母线的短路电流与该母线断路器对应的额定遮断电流确定短路电流安全性指标。

7.如权利要求5所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，当短路电流安全性指标小于零时，则存在短路电流超标的情况；当短路电流安全性指标等于零时，属于临界安全状态；当短路电流安全性指标大于零时，短路电流始终不会超标。

8.如权利要求1所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，所述步骤(3)中，进行稳定校核的具体方法为：

分别校核线路单相短路故障后跳开、三相短路故障后跳开、同塔并架双回线路相间故障后双回跳开后受端电网的暂态稳定情况；

受端电网的暂态稳定安全性指标包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标；

若受端电网暂态稳定，则视为稳定校核通过；否则，稳定校核不通过，排除此方案，选择下一方案进行校核。

9.如权利要求8所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，功角稳定性指标评价故障后是否会发生功角失稳问题，由扩展等面积准则法计算。

10.如权利要求8所述的一种受端电网特高压交直流最优受电比例评估方法，其特征是，频率偏移安全性和电压偏移安全性指标均采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标。