CN106786564B - 一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法 - Google Patents

一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，包括步骤：1.基于WAMS系统，提取近期异常波动信息的电压波动波形并进行统计，确定电压抖动时常发生区域并计算其区域电压异常波动水平系数C1。2.在正常运行方式下，计算直流受端系统的电压稳定水平系数C2。3.计算线路故障断开下受端系统的电压稳定水平系数C3；4.对线路故障进行排序。5.将所述C1、C2、C3进行综合，形成叠加公式，给出各个子区域的电压稳定等级水平0≤R≤0.03为严重危险区域；0.03≤R≤0.5为一般危险区域；0.5≤R以上为风险较小区域。本发明方法可实现电压稳定水平薄弱区域的危险等级划分，可对故障后直流系统受端电网电压失稳风险区域进行快速评估，实用性好，工作量小，可应对各种故障隐患问题。

Description

一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估 方法
技术领域
本发明属于电力系统安全稳定分析技术领域，具体涉及一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法。
背景技术
中国电网目前已形成华北—华中交流互联电网，华东电网孤网运行，通过直流系统与华北—华中电网相联。依据规划，未来10-20年中国还将建设数十回特高压直流工程，逐步形成特高压交直流混联电网，通过特高压直流、交流系统向中东部负荷中心供电。常规的高压直流输电系统需要受端交流系统提供足够的换相电压，且发生换相失败后还将从交流系统吸收大量无功，多直流馈入后受端电网将面临严重的安全稳定问题。
WAMS的记录数据是研究直流系统逆变站交流系统强度的有效参考数据，可以作为重要指标依据，基于WAMS分析的电压稳定分析广泛地应用在学术界和工程界中，可以为电网规划和运行提供参考依据。但目前的WAMS分析多用于电网事件后评估，尚未充分挖掘其适用范围和场景。
对于交直流混联馈入受端电网，更为严重的安全稳定问题是可能发生的交直流系统连锁故障，即交流系统故障后可能引起直流系统持续换相失败，进而导致直流闭锁更大功率转移至交流通道，引发连锁性电网崩溃事故。针对此问题目前的研究手段仍显单一，工程上主要采用时域仿真方法，通过对各种交直流系统故障组合的暂态稳定仿真来评估其是否会引发直流系统持续换相失败，进而引起更为严重的连锁故障；但此方法面临着工作量大、难以穷举故障隐患等问题。此外，国内外在连锁故障的形成机理和演化过程等方面开展了部分研究，提出了故障后潮流转移评估、基于电网小世界特性等分析方法，推进了连锁故障集构建技术的发展；但目前的研究方法多侧重于理论分析或运行经验总结，如何结合电网实际情况提出连锁故障集构建的有效实用化方法尚需进一步研究。
因此，结合中国电网的发展实际和未来规划，亟待解决电网实际WAMS记录结果与交直流混联受端电网连锁故障集的分析相结合的快速判断等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，通过对现行和规划的交直流混联电网可能存在的暂态电压失稳事故进行特征分析，提出了动态受端系统电压稳定性的计算方法和评估流程，可以依据交流故障对直流系统稳定运行的危害程度实现有效的故障筛选和排序，结合故障后潮流转移情况实现了连锁故障集的合理构建，可对故障后受端电网电压失稳风险进行快速评估。该方法实用可行，工作量小，可应对各种故障隐患问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明的一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、首先，将高压直流受端交流电网的正常运行方式设定为：围绕一个高压直流馈入、特定电压区域的数个子区域，形成给定电气距离内的交直流馈入受端互联电网；所述的给定电气距离内，是指：由高压直流换流站交流换流母线直流相连的数个子区域以及与前者的数个子区域通过500千伏直流相连的子区域；
基于WAMS系统，提取近期异常波动信息的电压波动波形并进行统计，确定电压抖动时常发生的子区域，并计算其子区域电压异常波动水平系数C1。其过程包括：
提取500千伏及220千伏区域的电压波动信息，其区域电压异常波动水平系数C1＝电压波动母线数量占比+λ1幅值平均波动水平，
其中，电压波动母线数量占比为电压波动数量超过阈值α的母线波动数量点除以本区域内所有被PMU系统检测的母线总数量，其中α为根据中国国家标准和企业标准所给定的数值，λ1为人为设定的调制值；“幅值平均波动水平”用公式表示，代表第j个区域内的电压异常波动幅值平均水平，其中，为波动幅值，NJ为第j个子区域内的波动数量。
步骤2、在交流系统正常运行方式下，采用PSASP7.1综稳计算程序在线计算直流受端系统的电压稳定水平系数C2。
步骤2.1：将所述的电压波动信息整理成波动信息，注入到PSASP7.1综稳计算程序之中；
步骤2.2：所述的直流受端系统的电压稳定水平系数：正常运行方式下，因无线路故障，VFmin,N取数值1。
步骤3、计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数C3：采用PSASP7.1综稳计算程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平C3。
所述线路故障包括线路三永短路跳单回故障N1、同杆并架线路三永跳双回故障N2、线路三相短路单相开关拒动后备保护动作同跳另一回线路故障N3和无短路冲击故障N4。
步骤4、对所述线路故障进行排序：包括对以下数值进行排序：仿真时间之内的0.5秒后至60s期间的电压平均值、全仿真时间内的电压最低点值、故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数
步骤5、将步骤1、2、3三个步骤中的水平系数C1、C2、C3进行综合，通过综合分析，及近期天气情况，形成叠加公式，给出各个子区域的电压稳定等级水平
其中，0≤R≤0.03为严重危险区域；
0.03≤R≤0.5为一般危险区域；
0.5≤R以上为风险较小区域。
与现有技术相比，本发明包括以下优点和有益效果：
通过对不同故障后受端交流系统故障后电压稳定水平评估指标的评估，可以实现交流电网单一故障排序，在此基础上结合故障后潮流转移评估，可以快速构建较为合理的、符合电网实际的连锁故障集，评估其引发交直流混联直流系统持续换相失败的风险。与其他方法相比，该方法计算工作量小、物理意义明确，易于在线实施，可实现直流持续换相失败风险(直流受端电压失稳问题)的快速判断，并可实现连锁故障集的合理构建。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的方法流程图。
图2是本发明的另一种实施例的受端系统电压区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，是本发明基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法的一种实施例的方法流程图。所述方法包括以下步骤：
步骤1：首先，将高压直流受端交流电网的正常运行方式设定为：围绕一个高压直流馈入、特定电压区域的数个子区域，形成给定电气距离内的交直流馈入受端互联电网；所述的给定电气距离内，是指：由高压直流换流站交流换流母线直流相连的数个子区域以及与前者的数个子区域通过500千伏直流相连的子区域；
基于WAMS系统(Wide Area Measurement System，广域测量系统)，提取近期异常波动信息的电压波动波形，对其进行统计，确定电压抖动时常发生的子区域，并计算其子区域电压异常波动水平系数C1。其特征在于，提取500千伏及220千伏区域的电压波动信息。区域电压异常波动水平系数C1＝电压波动母线数量占比+λ1幅值平均波动水平，
其中，电压波动母线数量占比为电压波动数量超过阈值α的母线波动数量点除以本区域内所有被PMU系统(Phase Measurement Unit，向量测量单元)检测的母线总数量，其中α为根据中国国家标准和企业标准所给定的数值。λ1为人为设定的调制值；“幅值平均波动水平”用公式表示，代表第j个区域内的电压异常波动幅值平均水平，其中，为波动幅值，NJ为第j个子区域内的波动数量。
步骤2：计算在交流系统正常运行方式下，采用PSASP7.1综稳计算程序在线计算受端系统的电压稳定水平C2；
步骤2.1：将电压波动信息整理成波动信息，注入到PSASP7.1综稳计算程序之中；
步骤2.2：所述的直流受端系统的电压稳定水平系数C2由仿真电压稳定水平公式计算：正常运行方式下，因无故障，VFmin,N取数值1。其中，C2是指直流受端系统的电压稳定水平系数；λ1、(namada2)为人为设定的调制值；“幅值平均波动水平” 代表第j个区域内的电压异常波动幅值平均水平，其中，为波动幅值，NJ为第j个子区域内的波动数量；VFmin，N指所有电压波动记录中的最低值。
步骤3：计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数C3：采用PSASP7.1综稳计算程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平C3，其仿真时间之内的0.5秒后至60s期间的电压平均值，全仿真时间内的电压最低点值，仿真初始电压区域
所述线路故障包括线路三永短路跳单回故障N1、同杆并架线路三永跳双回故障N2、线路三相短路单相开关拒动后备保护动作同跳另一回线路故障N3和无短路冲击故障N4。
步骤4、对所述线路故障进行排序：包括对以下数值进行排序：仿真时间之内的0.5秒后至60s期间的电压平均值、全仿真时间内的电压最低点值、故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数
步骤5：将步骤1、2、3三个步骤中的水平系数C1、C2、C3进行综合，通过综合分析，及近期天气情况，形成叠加公式，给出各个子区域的电压等级水平
其中，0≤R≤0.03为严重危险区域；
0.03≤R≤0.5为一般危险区域；
0.5≤R以上为风险较小区域。
图2是本发明的另一种实施例的受端系统电压区域示意图。如图2所示，对直流受端交流系统电压薄弱区域进行判断如下：
A、以中国某省级区域电网某高压直流受端交流电网为例，电网正常运行方式安排如下：围绕某高压直流馈入，500kV区域A、区域B、区域C、区域D四个子区域，形成交直流馈入受端互联电网，通过高压直流换流站通过4回500kV线路与四区相连。
表1区域电压异常波动水平系数C1
序号 区域 C<sub>1</sub>
1 A 0.5
2 B 0.6
3 C 2
4 D 1
B、正常方式下，
表2正常方式下受端系统的电压稳定水平C2计算结果
C、分析计算各种简单线路故障开断情况下的有效短路比ESCR，并按照ESCR的大小对简单线路故障进行排序，单一故障后电网SCR和ESCR计算结果统计表如表1所示。
表3正常方式下受端系统的电压稳定水平C3计算结果
序号 区域 C<sub>3</sub>
1 A 0.3
2 B 0.2
3 C 1.8
4 D 0.5
D、依据表1、表2、表3的计算结果，按照步骤6的计算结果，计算出各区域电压稳定等级水平R数值，如下表所示：
序号 区域 R
1 A 0.617284
2 B 0.731707
3 C 0.512821
4 D 0.5
进而确定出危险区域。
综上所述，本发明提供了一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，通过对现行的交直流混联电网可能存在的暂态电压失稳事故进行特征分析，可以依据WAMS系统电压监测情况、正常运行方式、及交流故障对直流系统稳定运行的危害程度实现有效的受端交流系统薄弱子区域筛选，结合故障后潮流转移情况实现了电压稳定水平薄弱区域的危险等级划分，可对故障后直流系统受端电网电压失稳风险区域进行快速评估。

Claims (5)

1.一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、首先，将高压直流受端交流电网的正常运行方式设定为：围绕一个高压直流馈入、特定电压区域的数个子区域，形成给定电气距离内的交直流馈入受端互联电网；所述的给定电气距离内，是指：由高压直流换流站交流换流母线直流相连的数个子区域以及与前者的数个子区域通过500千伏直流相连的子区域；
基于WAMS系统，提取近期异常波动信息的电压波动波形并进行统计，确定电压抖动时常发生的子区域，并计算其子区域电压异常波动水平系数C1；
步骤2、在交流系统正常运行方式下，采用PSASP7.1综稳计算程序在线计算直流受端系统的电压稳定水平系数C2；
步骤3、计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数C3；所述线路故障包括线路三永短路跳单回故障N1、同杆并架线路三永跳双回故障N2、线路三相短路单相开关拒动后备保护动作同跳另一回线路故障N3和无短路冲击故障N4；
步骤4、对所述线路故障进行排序；
步骤5、将步骤1、2、3三个步骤中的水平系数C1、C2、C3进行综合，通过综合分析，及近期天气情况，形成叠加公式，给出各个子区域的电压稳定等级水平
其中，0≤R≤0.03为严重危险区域；
0.03≤R≤0.5为一般危险区域；
R≥0.5的子区域为风险较小区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，所述步骤1的过程包括：
提取500千伏及220千伏区域的电压波动信息，其区域电压异常波动水平系数C1＝电压波动母线数量占比+λ1幅值平均波动水平，
其中，电压波动母线数量占比为电压波动数量超过阈值α的母线波动数量点除以本区域内所有被PMU系统检测的母线总数量，其中α为根据中国国家标准和企业标准所给定的数值，λ1为人为设定的调制值；幅值平均波动水平用公式表示，代表第j个区域内的电压异常波动幅值平均水平，其中，为波动幅值，NJ为第j个子区域内的波动数量。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，所述步骤2的过程包括：
步骤2.1：将所述的电压波动信息整理成波动信息，注入到PSASP7.1综稳计算程序之中；
步骤2.2：所述的直流受端系统的电压稳定水平系数：正常运行方式下，因无线路故障，VFmin,N取数值1。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，所述步骤3的过程包括：采用PSASP7.1综稳计算程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，计算线路故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平C3。
5.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法，其特征在于，在所述步骤4中，对线路故障进行排序，是指对以下数值进行排序：仿真时间之内的0.5秒后至60s期间的电压平均值、全仿真时间内的电压最低点值、故障断开情况下交流系统的受端系统的电压稳定水平系数
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