CN105939020A - 一种提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明通过多馈入直流间交互作用因子指标提前判断直流间相互影响，初筛故障后直流恢复较慢且直流间相互联系紧密的直流，考虑动态无功补偿装置无功支撑能力以确定动态无功最佳补偿地点。本发明有利于电力系统规划运行人员提前把握交直流系统内直流恢复特性，制定动态无功补充装置优化布点方案，提升系统安全稳定和自动化水平。

Description

一种提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法。

背景技术

特高压直流输电具有输电容量大、输送距离远和输送功率灵活可调等特点。在多馈入直流系统运行中，当多个换流站电气耦合紧密时，任一换流站母线近区故障都可能导致多馈入直流同时换相失败且难以恢复，功率大幅波动导致送端电网断面解列或失步，受端电网暂态电压失稳等，威胁系统安全稳定运行。

目前，针对多馈入直流换相失败预防和恢复能力方法研究主要有：合理布局直流落点位置减少多回直流同时换相失败概率、分析交直流交互机理制定交直流协调控制策略、直流输电控保系统关键参数优化、交流侧加装动态无功补偿等。交流电网的无功支撑能力对抑制直流换相失败有重要作用，无功特性往往与电压稳定问题紧紧联系在一起，由于电压失稳往往因系统无功不足引起，因此与弱交流系统相连的高压直流系统是引起电压不稳定的一个因素。其中，具有长距离直流输电线路的逆变站存在的问题最严重，由于直流多种多样的控制方式和运行方式，寻求一种评价交直流系统电压稳定性的方法相当复杂，现有研究成果大量集中在理论分析阶段，距离工程实施应用有一定差距。

然而，目前针对直流馈入系统故障后的无功不足和换流站的电压波动问题而提出的交直流系统无功补偿装置的配置方法，尚未将无功补偿的配置问题与抑制多直流换相失败结合分析。仅通过仿真方法在多直流落点区域试探，不仅存在计算效率的问题，还存在对不同交流故障引起的不同直流换相失败适应性问题。因此，如何对多直流馈入系统进行动态无功补偿装置的优化配置，制定抑制多直流同时换相失败事故的无功补偿装置配置策略，还需要一种工程实用、适合调度人员在线动态评估的布点方法。

发明内容

本发明的目的是：给出一种计及多馈入直流输电系统中换流站间相互作用提高多馈入直流换相失败后恢复能力的动态无功补偿装置布点方法。该方法基于直流间交互影响程度及不同直流传输功率故障后对系统稳定性代价，求解多馈入直流交互影响权重系数，确定动态无功补偿装置补偿区域，考虑动态无功补偿装置无功支撑能力以确定动态无功最佳补偿地点。

具体地说，本发明采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1）依据潮流计算的雅克比矩阵，求解多馈入直流间交互作用因子，并判断任意两回直流间相应交互作用因子是否大于设定的门槛值，以此确定同时换相失败风险较高直流；

2）计算同时换相失败风险较高直流近区节点距离直流换流母线平均电气距离，划定平均电气距离小于相应门槛值的节点为动态无功补偿装置布点区域；

3）对于动态无功补偿装置布点区域内各节点，利用仿真方法逐一进行电压稳定性因子计算，结合直流换相失败权重系数求解换相失败灵敏度因子；

4）将各节点按照换相失败灵敏度因子从大到小排序，换相失败灵敏度因子最大的节点作为动态无功补偿装置最优配置站点，根据站点无功补偿容量上限确定补偿台数，直到达到设定安装补偿容量。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1）具体包括以下步骤：

1-1）设受端交流系统存在L ₁,L ₂,…,L _n共n回直流馈入，直流传输功率分别为P ₁,P ₂,…,P _n；由潮流计算雅克比矩阵得出第j个直流换流站对第k个直流换流站间互阻抗为Z _kj ，Z _jj 为第j个直流换流站自阻抗，则多馈入直流间交互作用因子表示为：

(1)

其中，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子；

1-2）若直流L _a ,L _b ,…,L _e中任意两回直流间相应交互作用因子均大于设定的门槛值，则L _a ,L _b ,…,L _e为换相失败耦合紧密的直流，其中a,b,…,e∈{1,n}，确定直流L _a ,L _b ,…,L _e近区为同时换相失败风险较高直流。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3）中，换相失败灵敏度因子计算具体包括如下步骤：

3-1）直流换相失败权重系数按照式（2）求解

（2）

其中, w _j 为直流L _j 的直流换相失败权重系数，P _j 为直流L _j 的传输功率，P _k 为直流L _k 的传输功率，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子；

3-2）用电压稳定性因子表示动态无功补偿装置对交直流系统的无功支撑能力，如式（3）所示：

（3）

其中，V _SFji 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点对直流L _j 的电压稳定性因子，ΔQ _i 为安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置的补偿量，ΔU _j 为当安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置提供补偿量ΔQ _i 时第j个直流换流站处的电压的提升量；

3-3）根据式（4）求解换相失败灵敏度因子：

（4）

其中，D _VSFi 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点的换相失败灵敏度因子，m为动态无功补偿装置布点区域内的节点总数。

本发明的有益效果如下：本发明根据多馈入直流交互作用因子大小，得出某一直流换相失败而引起其他多馈入直流同时换相失败的概率，对于多馈入交互作用因子比较小的直流，可看成单馈入直流。基于这种直流间相互耦合关系，在配置动态无功补偿装置时，划定无功交互明显的直流落点区域，避免大范围搜索，同时考虑直流输出功率对系统稳定性影响，最大程度减少系统损失的最大直流容量。可见，本发明有利于电力系统调度运行人员把握交直流系统内在耦合关系，动态无功补偿区域直观，区域内指标计算排序显示，易于实现，便于后续动态布点研究。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是，依据潮流计算的雅克比矩阵，求解多馈入直流间交互作用因子，并判断任意两回直流间相应交互作用因子是否大于设定的门槛值，以此确定同时换相失败风险较高直流。

其中步骤1中确定同时换相失败风险较高直流按步骤1-1）至1-2）进行。

图1中步骤1-1描述的是，设受端交流系统存在L ₁,L ₂,…,L _n共n回直流馈入，直流传输功率分别为P ₁,P ₂,…,P _n。由潮流计算雅克比矩阵得出第j个直流换流站对第k个直流换流站间互阻抗为Z _kj ，Z _jj 为第j个直流换流站自阻抗，则多馈入直流间交互作用因子表示为：

(1)

其中，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子；

图1中步骤1-2描述的是，若直流L _a ,L _b ,…,L _e中任意两回直流间相应交互作用因子均大于设定的门槛值M _IIFset （目前工程上通常取M _IIFset 为0.15），则L _a ,L _b ,…,L _e为换相失败耦合紧密的直流，其中a,b,…,e∈{1,n}，确定直流L _a ,L _b ,…,L _e近区为同时换相失败风险较高直流。

该步骤的原理在于，换相失败本质是逆变器熄弧角小于阀固有极限熄弧角一般为400us（约7~8°电角度），而直流输电系统熄弧角可表示为多馈入直流间交互作用因子的反比例函数。已知换相失败临界熄弧角可求出直流换流站发生换相失败的多馈入直流间交互作用因子的临界值，因此当某个直流换流站处发生换相失败后，若另一直流换流站的多馈入直流间交互作用因子大于临界值时（目前工程上通常取0.15），该直流换流站逆变侧将同时发生换相失败。故若直流L _a ,L _b ,…,L _e中任意两回直流间相应交互作用因子：M _IIFba 、M _IIFab 、M _IIFae 、M _IIFea 、M _IIFbe 、M _IIFeb 均大于设定的门槛值M _IIFset （目前工程上通常取M _IIFset 为0.15），则L _a ,L _b ,…,L _e为换相失败耦合紧密的直流，其中a,b,…,e∈{1,n}，确定直流L _a ,L _b ,…,L _e近区为同时换相失败风险较高直流。

图1中步骤2描述的是，计算同时换相失败风险较高直流近区节点距离直流换流母线平均电气距离，划定平均电气距离小于相应门槛值的节点为动态无功补偿装置布点区域。即以直流L _a ,L _b ,…,L _e为中心点，计算辐射范围内近区节点距离直流L _a ,L _b ,…,L _e换流母线平均电气距离，以平均电气距离小于相应门槛值的节点为动态无功补偿装置布点区域。门槛值的选择大小将决定搜索范围，门槛值越大，搜素范围越广，耗时较长。设确定的动态无功补偿装置布点区域内共有m个节点，可作为动态无功补偿装置备选站点。

图1中步骤3描述的是，对于动态无功补偿装置布点区域内各节点，利用仿真方法逐一进行电压稳定性因子计算，结合直流换相失败权重系数求解换相失败灵敏度因子。按以下步骤3-1）至3-3）进行。

图1中步骤3-1描述的是，直流换相失败权重系数按照式（2）求解

（2）

其中, w _j 为直流L _j 的直流换相失败权重系数，P _j 为直流L _j 的传输功率，P _k 为直流L _k 的传输功率，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子。

图1中步骤3-2描述的是，用电压稳定性因子表示动态无功补偿装置对交直流系统的无功支撑能力，如式（3）所示：

（3）

其中，V _SFji 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点对直流L _j 的电压稳定性因子，ΔQ _i 为安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置的补偿量，ΔU _j 为当安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置提供补偿量ΔQ _i 时第j个直流换流站处的电压的提升量。

图1中步骤3-3描述的是，将直流换相失败权重系数与电压稳定性因子的乘积加权表征动态无功补偿装置布点效果，即根据式（4）求解换相失败灵敏度因子：

（4）

其中，D _VSFi 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点的换相失败灵敏度因子，m为动态无功补偿装置布点区域内的节点总数。

图1中步骤4描述的是，将各节点按照换相失败灵敏度因子从大到小排序，换相失败灵敏度因子最大的节点作为动态无功补偿装置最优配置站点。根据站点无功补偿容量上限确定补偿台数，直到达到设定安装补偿容量。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (3)

1.一种提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）依据潮流计算的雅克比矩阵，求解多馈入直流间交互作用因子，并判断任意两回直流间相应交互作用因子是否大于设定的门槛值，以此确定同时换相失败风险较高直流；

2）计算同时换相失败风险较高直流近区节点距离直流换流母线平均电气距离，划定平均电气距离小于相应门槛值的节点为动态无功补偿装置布点区域；

3）对于动态无功补偿装置布点区域内各节点，利用仿真方法逐一进行电压稳定性因子计算，结合直流换相失败权重系数求解换相失败灵敏度因子；

4）将各节点按照换相失败灵敏度因子从大到小排序，换相失败灵敏度因子最大的节点作为动态无功补偿装置最优配置站点，根据站点无功补偿容量上限确定补偿台数，直到达到设定安装补偿容量。

2.根据权利要求1所述的提高多馈入直流恢复能力的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，所述步骤1）具体包括以下步骤：

1-1）设受端交流系统存在L ₁,L ₂,…,L _n共n回直流馈入，直流传输功率分别为P ₁,P ₂,…,P _n；由潮流计算雅克比矩阵得出第j个直流换流站对第k个直流换流站间互阻抗为Z _kj ，Z _jj 为第j个直流换流站自阻抗，则多馈入直流间交互作用因子表示为：

(1)

其中，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子；

1-2）若直流L _a ,L _b ,…,L _e中任意两回直流间相应交互作用因子均大于设定的门槛值，则L _a ,L _b ,…,L _e为换相失败耦合紧密的直流，其中a,b,…,e∈{1,n}，确定直流L _a ,L _b ,…,L _e近区为同时换相失败风险较高直流。

3.根据权利要求2所述的提高多馈入直流恢复的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，所述步骤3）中，换相失败灵敏度因子计算具体包括如下步骤：

3-1）直流换相失败权重系数按照式（2）求解

（2）

其中, w _j 为直流L _j 的直流换相失败权重系数，P _j 为直流L _j 的传输功率，P _k 为直流L _k 的传输功率，M _IIFkj 为第j个直流换流站对第k个直流换流站的交互作用因子；

3-2）用电压稳定性因子表示动态无功补偿装置对交直流系统的无功支撑能力，如式（3）所示：

（3）

其中，V _SFji 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点对直流L _j 的电压稳定性因子，ΔQ _i 为安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置的补偿量，ΔU _j 为当安装在动态无功补偿装置布点区域内第i节点处无功补偿装置提供补偿量ΔQ _i 时第j个直流换流站处的电压的提升量；

3-3）根据式（4）求解换相失败灵敏度因子：

（4）

其中，D _VSFi 为动态无功补偿装置布点区域内第i个节点的换相失败灵敏度因子，m为动态无功补偿装置布点区域内的节点总数。