CN105914739B - 一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，包括：S10，确定多馈入交直流系统中的两个电压支撑薄弱点；S20，对两个电压支撑薄弱点的多馈入短路比较小的直流回路，初步筛选出N个落点方案，所述N是落点区域的N个待选落点，N为正整数；S30，在各待选落点方案下，对分极接入模式下的多馈入直流系统进行标准形式的网络等值；S40，根据标准化网络等值结果，确定N个待选落点方案中的最优落点。本发明方法利用分极接入模式的结构特点和对系统中直流多馈入短路比的影响来确定最优落点，使得分极接入模式能够从整体上提升受端电网的电压支撑能力，为设计和运行人员选择落点提供一种简单高效的工程实用方法。

Description

一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法

技术领域

本发明涉及电力系统规划领域，具体涉及一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法。

背景技术

为降低单位输电造价和减少输电走廊，单回直流输电的功率不断增加，大容量直流输电对受端局部电网功率输送压力越来越大，对受端电网的交流支撑能力要求也越来越高，特别是随着我国受端电网馈入直流数量的快速增多，多回大容量直流集中落点受端电网，受端交流系统的故障可能导致多回直流同时换相失败，产生复杂的交直流相互影响，对电网安全稳定运行造成不利影响。目前关于大容量直流分极接入模式的研究主要集中在分析该直流接入模下的结构特征、故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响。而对于直流分极接入模式下的落点选择问题，尚无文献对其进行深入探讨。

在目前大电网规划中，通常基于电网送受电关系，由规划设计人员直接制定有限数量的直流落点方案，在此基础上进行安全稳定性、经济性等方面的计算分析与评估，通过结果比较确定最终直流落点规划方案。这种评估方法也可用于分极接入模式下的落点选择，但缺乏针对性，没有很好地利用特高压分层接入方式结构上的特点。且由于每个直流落点方案安全稳定性和经济性等评估工作量大，很难对所有可能方案进行评估比较。与此同时，初始方案的制定在很大程度上需要依靠规划设计人员的工作经验。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种基于网络等值的大容量直流分极接入模式下的落点选择方法，利用分极接入模式的结构特点和对系统中直流多馈入短路比的影响来确定最优落点，使得分极接入模式能够从整体上提升受端电网的电压支撑能力，为设计和运行人员选择落点提供一种简单高效的工程实用方法。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，包括如下步骤：

步骤S10，确定多馈入交直流系统中的两个电压支撑薄弱点，所述两个电压支撑薄弱点是多馈入短路比最小的两个直流回路；

步骤S20，对两个电压支撑薄弱点的多馈入短路比较小的直流回路，即第一直流回路i，初步筛选出N个落点方案，所述N是落点区域的N个待选落点，N为正整数；

步骤S30，在各待选落点方案下，对分极接入模式下的多馈入直流系统进行标准形式的网络等值；

步骤S40，根据标准化网络等值结果，确定N个待选落点方案中的最优落点。

进一步，所述步骤S20的N个落点方案的初步筛选方法为：对所述多馈入短路比较小的直流回路，其一极保持不变，根据受端电网潮流分布及负荷需求确定该直流回路另一极的落点区域，计算并剔除区域内短路比小于3的待选落点，剩余待选落点形成N个落点方案。

进一步，以第一直流回路i和第二直流回路j表示，其中第一直流回路i为多馈入短路比较小的直流回路,所述分极接入模式如下：步骤S10所述的多馈入短路比较小的直流回路，即第一直流回路i，保持其一极落点位置不变，将另一极接到其他母线i’处，形成两个受端，分别为第一受端i和第二受端i’，而第二直流回路j仍采用常规直流接入。

进一步，步骤S40所述确定N个待选落点方案中的最优落点的方法如下：

步骤S41，根据网络等值结果计算各待选落点下，分极接入模式对受端交流系统电压支撑能力的提升程度，所述电压支撑能力的提升程度以多馈入短路比提升程度ΔZ表示，针对N个待选落点方案，得到N个多馈入短路比提升程度ΔZ；

步骤S42，比较各多馈入短路比提升程度ΔZ的大小，取ΔZ最大值对应的落点为最优落点。

进一步，所述多馈入短路比提升程度为ΔZ＝(ΔZ_i+ΔZ_j)/2，以第一直流回路i、第二直流回路j表示，ΔZ_i和ΔZ_j分别为第一直流回路i、第二直流回路j多馈入短路比的提升程度。

进一步，所述第一直流回路i多馈入短路比的提升程度为ΔZ_i＝Z_eqii-Z_eqii'，第二直流回路j多馈入短路比的提升程度为ΔZ_j＝Z_eqji-Z_eqji'，以第一直流回路i、其他母线回路i’、第二直流回路j表示，其中Z_eqii为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线对应的自阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和其他母线i’换流母线之间的互阻抗，Z_eqji为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和第二直流回路j换流母线之间的互阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第二直流回路j换流母线和其他母线回路i’换流母线之间的互阻抗。

进一步，步骤S10所述多馈入交直流系统中每条直流的多馈入短路比通过BPA软件的多馈入短路比计算模型确定。

进一步，所述步骤S30网络等值采用BPA软件的网络等值模型进行标准化。

本发明的一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，提出的大容量直流分极接入模式下的落点选择方法更具有针对性，充分考虑并利用了分极接入模式结构的特点，通过分析受端电网的负荷需求以及直流输送容量快速确定直流落点范围，利用大容量直流分极对系统中其他直流多馈入短路比的影响，基于网络等值结果对直流落点进行近一步筛选并确定出最优落点，使分极接入模式下的受端交流系统电气支撑能力得到整体上的改善，为分极接入模式下的落点选择问题提供一种简单、高效、有针对性的实用方法，对规划人员掌握、评估大容量直流分极接入模式下的落点选择具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法的步骤图。

图2为大容量直流受端分极接入模式的输电线路图。

图3为多馈入交直流系统等值模型的输电线路图。

图4为本发明的直流i分极接入的多馈入交直流系统标准化等值模型的输电线路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

参看图2，为大容量直流受端分极接入模式的输电线路图，大容量直流受端正负极分开，分别接入到不同换流站，形成两个分散式受端，并在各端配置相应的交流滤波器和无功补偿装置。

在本实施例中，先阐述多馈入短路比的计算，比较常规直流接入模式和本发明的双极接入模式的多馈入短路比结果。

首先，计算常规直流接入模式下的多馈入短路比，参看图3的多馈入交直流系统等值模型的输电线路图，对常规直流接入模式下的多馈入短路比MISCR()的计算公式如下所示：

式中：i为直流回路编号；S_ac为直流馈入换流母线的短路容量；U_iN为换流母线i的额定电压；Z_eqii为等值阻抗矩阵中第i回换流母线对应的自阻抗；Z_eqij为等值阻抗矩阵中第i直流回路换流母线和第j直流回路换流母线之间的互阻抗；P_di、P_dj分别为第i、第j直流回路的额定直流功率。

若以换流母线额定电压U_iN为基准电压，由上述分析可知，对图3所示的多馈入直流系统，有：

MISCR_i＝1/(|Z_eqii|*P_di+|Z_eqij|*P_dj) (2)

MISCR_j＝1/(|Z_eqjj|*P_dj+|Z_eqji|*P_di) (3)

式中：MISCR_i、MISCR_j分别为传统直流接入模式下，直流i、j的多馈入短路比。

其次计算本发明的分极接入模式下的多馈入短路比，在图4所示的含分极接入模式的多馈入交直流的输电线路图中，对大容量的第i直流回路采用分极接入模式，即保持第i直流回路一极落点位置不变，将另一极接到其他母线i’处，形成两个受端I和I’；第j直流回路仍采用常规直流接入模式。

对大容量第i直流回路分极接入模式下的多馈入直流系统，公式(1)仍然适用，若以换流母线额定电压UiN为基准电压，有：

MISCR_i'＝1/(|Z_eqii|*P_di/2+|Z_eqii'|*P_di/2+|Z_eqij|*P_dj) (4)

MISCR_j'＝1/(|Z_eqjj|*P_dj+|Z_eqji|*P_di/2+|Z_eqji'|*P_di/2) (5)

式中：MISCR_i′、MISCR_j′分别为直流i采用分极接入模式下，直流i、j对应的多馈入短路比。

下面对大容量直流分极接入模式下的多馈入短路比进行分析。

首先，第i直流回路的多馈入短路比分析如下：

比较式(2)和(4)可知，直流i多馈入短路比的变化与Z_eqii、Z_eqii’的大小直接相关。根据图3所示系统求其节点导纳矩阵Y，如式6所示：

通过求逆得到节点阻抗矩阵Z，进而得出直节点阻抗矩阵中第j回换流母线和第i回以及第i’回换流母线的互阻抗Z_eqji和Z_eqji’，如式(7)、(8)所示。

Δ为式所求节点导纳矩阵Y行列式的值。

比较式(7)与式(8)可知：

Z_eqii>Z_eqii' (9)

结合式(2)、(4)可得：

MISCR_i'>MISCR_i (10)

通过上述分析可知：采用大容量直流正负极分开接入模式的第i直流回路，其多馈入短路比的值要高于传统直流接入模式下的值，即相比于传统的直流接入模式，第i直流回路采用分极接入模式时，其换流母线的电压支撑能力更强。

其次，对第j直流回路的多馈入短路比分析：

比较式(3)、(5)可知，分极接入模式下第j直流回路的多馈入短路比的变化与Z_eqji、Z_eqji'的大小直接相关。

根据图4所示系统求其节点导纳矩阵Y，并通过求逆得到节点阻抗矩阵Z，进而得出节点阻抗矩阵中第j直流回路换流母线,其与第i直流回路换流母线的互阻抗为Z_eqji、其与第i’直流回路回换流母线的互阻抗为Z_eqji'，如式(11)、(12)所示。

Δ为节点导纳矩阵Y行列式的值。

比较式(11)与式(12)可知，Z_eqji和Z_eqji'’相差一项，若Z_i′Z_ij>Z_iZ_i′j，则有：

Z_eqji>Z_eqji' (13)

由式(3)、(5)可得MISCR_j′>MISCR_j。

由上述分析可知，与常规直流接入模式相比，第i直流回路采用分极接入模式后，能够提升第i直流回路自身的多馈入短路比的值，但对其他直流回路，比如第j直流回路来说，其多馈入短路比的变化与分极接入模式下的落点选择直流相关。可通过对分极接入模式的落点选择进行约束，使受端交流系统的电压支撑能力得到整体上地提升。

参看图1，本发明的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，对交直流系统中的大容量直流采用分极接入模式，所述落点选择方法包括如下步骤：

步骤S10，确定多馈入交直流系统中的两个电压支撑薄弱点，所述两个电压支撑薄弱点是多馈入短路比最小的两个直流回路；在本实施例中，以多馈入短路比最小为标准准可筛选出大容量直流回路，从而针对大容量直流回路施行分极接入模式；

步骤S20，对两个电压支撑薄弱点的多馈入短路比较小的直流回路，初步筛选出N个落点方案，所述N是落点区域的N个待选落点，N为正整数；在本实施例中，对两个电压支撑薄弱点的另一直流回路仍然采用常规直流接入模式；

步骤S30，在各待选落点方案下，对分极接入模式下的多馈入直流系统进行标准形式的网络等值；

步骤S40，根据标准化网络等值结果，确定N个待选落点方案中的最优落点。

采用上述落点选择方法，针对系统某一条直流的多馈入短路比较低，甚至有可能成为制约受端系统电压稳定的“短板”时，就可以充分利用分极接入模式多馈入短路比的提升作用，在保证区域间功率平衡的基础上，根据网络等值结果选择合适的落点，以提高这一条以及系统中其他直流的多馈入短路比，从而增强受端系统的电压支撑能力。

作为一个具体实施例，为满足受端交流电网的供电需求与区域间功率平衡，所述步骤S20的N个落点方案的初步筛选方法为：对所述多馈入短路比较小的直流回路，其一极保持不变，根据受端电网潮流分布及负荷需求确定该直流回路另一极的落点区域，计算并剔除区域内短路比SCR小于3的待选落点，剩余待选落点形成N个落点方案。

作为一个具体实施例，以第一直流回路i和第二直流回路j表示，其中第一直流回路i为多馈入短路比较小的直流回路，所述分极接入模式如下：步骤S10所述的多馈入短路比较小的直流回路，即第一直流回路i，保持其一极落点位置不变，将另一极接到其他母线i’处，形成两个受端，分别为第一受端I和第二受端I’，而第二直流回路j仍采用常规直流接入。

作为一个具体实施例，步骤S40所述确定N个待选落点方案中的最优落点的方法如下：

步骤S41，根据网络等值结果计算各待选落点下，分极接入模式对受端交流系统电压支撑能力的提升程度，所述电压支撑能力的提升程度以多馈入短路比提升程度ΔZ表示，针对N个待选落点方案，得到N个多馈入短路比提升程度ΔZ；

步骤S42，比较各多馈入短路比提升程度ΔZ的大小，取ΔZ最大值对应的落点为最优落点。

进一步，所述多馈入短路比提升程度为ΔZ＝(ΔZ_i+ΔZ_j)/2，以第一直流回路i、第二直流回路j表示，ΔZ_i和ΔZ_j分别为第一直流回路i、第二直流回路j多馈入短路比的提升程度。

进一步，所述第一直流回路i多馈入短路比的提升程度为ΔZ_i＝Z_eqii-Z_eqii'，第二直流回路j多馈入短路比的提升程度为ΔZ_j＝Z_eqji-Z_eqji'，以第一直流回路i、其他母线回路i’、第二直流回路j表示，其中Z_eqii为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线对应的自阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和其他母线i’换流母线之间的互阻抗，Z_eqji为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和第二直流回路j换流母线之间的互阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第二直流回路j换流母线和其他母线回路i’换流母线之间的互阻抗。所述

作为一个实施例，步骤S10所述多馈入交直流系统中每条直流的多馈入短路比通过BPA软件的多馈入短路比计算模型确定。

作为一个实施例，所述步骤S30网络等值采用BPA软件的网络等值模型进行标准化。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10，确定多馈入交直流系统中的两个电压支撑薄弱点，所述两个电压支撑薄弱点是多馈入短路比最小的两个直流回路；

步骤S20，对上述两个电压支撑薄弱点中多馈入短路比较小的直流回路，初步筛选出N个落点方案，所述N是落点区域的N个待选落点，N为正整数；

步骤S30，在各待选落点方案下，对分极接入模式下的多馈入直流系统进行标准形式的网络等值；

步骤S40，根据标准化网络等值结果，确定N个待选落点方案中的最优落点；具体为：

步骤S41，根据网络等值结果计算各待选落点下，分极接入模式对受端交流系统电压支撑能力的提升程度，所述电压支撑能力的提升程度以多馈入短路比提升程度ΔZ表示，针对N个待选落点方案，得到N个多馈入短路比提升程度ΔZ；

步骤S42，比较各多馈入短路比提升程度ΔZ的大小，取ΔZ最大值对应的落点为最优落点。

2.根据权利要求1所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，所述步骤S20的N个落点方案的初步筛选方法为：对所述多馈入短路比较小的直流回路，其一极保持不变，根据受端电网潮流分布及负荷需求确定该直流回路另一极的落点区域，计算并剔除区域内短路比小于3的待选落点，剩余待选落点形成N个落点方案。

3.根据权利要求1所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，以第一直流回路i和第二直流回路j表示，其中第一直流回路i为多馈入短路比较小的直流回路,所述分极接入模式如下：步骤S10所述的多馈入短路比较小的直流回路，即第一直流回路i，保持其一极落点位置不变，将另一极接到其他母线i’处，形成两个受端，分别为第一受端I和第二受端I’，而第二直流回路j仍采用常规直流接入。

4.根据权利要求1所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，所述多馈入短路比提升程度为ΔZ＝(ΔZ_i+ΔZ_j)/2，以第一直流回路i、第二直流回路j表示，ΔZ_i和ΔZ_j分别为第一直流回路i、第二直流回路j多馈入短路比的提升程度。

5.根据权利要求4所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，所述第一直流回路i多馈入短路比的提升程度为ΔZ_i＝Z_eqii-Z_eqii'，第二直流回路j多馈入短路比的提升程度为ΔZ_j＝Z_eqji-Z_eqji'，以第一直流回路i、其他母线回路i’、第二直流回路j表示，其中Z_eqii为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线对应的自阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和其他母线i’换流母线之间的互阻抗，Z_eqji为等值阻抗矩阵中第一直流回路i换流母线和第二直流回路j换流母线之间的互阻抗，Z_eqii’为等值阻抗矩阵中第二直流回路j换流母线和其他母线回路i’换流母线之间的互阻抗。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，步骤S10所述多馈入交直流系统中每条直流的多馈入短路比通过BPA软件的多馈入短路比计算模型确定。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的基于网络等值的直流分极接入模式下的落点选择方法，其特征在于，所述步骤S30的网络等值采用BPA软件的网络等值模型进行标准化。