CN106786815B - 一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统，所述方法包括依据交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子；依据交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用。与现有技术相比，本发明提供的一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统，不需要对电力系统进行全网故障监测，极大地减少了计算工作量进而能够快速评估直流逆变侧换流母线是否存在换相失败风险；同时，依据交直流电压耦合作用因子的数值可以直观的体现电压耦合作用的耦合程度。

Description

一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统的稳定计算与分析技术领域，具体涉及一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统。

背景技术

多馈入直流输电(multi-infeed direct current，MIDC)在增加系统运行方式的灵活性和扩大系统输送容量的同时，也增加了系统结构的复杂性。由于多回直流落点于同一交流电网，且各逆变站间电气耦合紧密，交直流系统间的交互作用变得更加复杂。受端系统交流故障可能导致多回直流同时发生换相失败，当交流故障严重时可能导致多回直流功率传输的中断，这给整个交直流系统的安全稳定运行带来巨大挑战。

目前可以采用多馈入交互作用因子衡量多馈入直流输电系统中逆变站间相互作用的强弱，其中：逆变侧换流母线电压为最能直接反映特定逆变站间交互作用的运行状态变量的交流系统运行状态的参数。假设在逆变侧换流母线i处投入三相对称电抗器，使得该母线上的电压下降1％时，换流母线j的电压变化量为ΔU_j，多馈入交互作用因子M_IIFji定义为：

式中，U_i0为故障前换流母线i的电压，ΔU_j、U_i0均采用标幺值。

多馈入交互作用因子能很好地反映任意两个逆变站换流母线电压之间的相互作用，但是不能衡量受端系统交流母线和直流逆变侧换流母线间电压耦合作用的强弱。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法及系统。

第一方面，本发明中一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法的技术方案是：

所述方法包括：

依据所述交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及所述各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子；

依据所述交直流电压耦合作用因子评估所述直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用。

进一步地，本发明提供的优选技术方案为：所述交直流电压耦合作用因子如下式所示：

其中：ADV_CFjm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的交直流电压耦合作用因子，Z_jm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的互阻抗，Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗，j≥1，m≥1。

进一步地，本发明提供的优选技术方案为：所述依据交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用包括：依据所述交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定所述电压耦合作用的耦合程度大小；其中：所述交直流电压耦合作用因子的数值与所述电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系。

第二方面，本发明中一种交直流系统电压耦合作用的衡量系统的技术方案是：

所述系统包括：

交直流电压耦合作用因子计算模块，用于依据所述交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及所述各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子；

电压耦合作用评估模块，用于依据所述交直流电压耦合作用因子评估所述直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用。

进一步地，本发明提供的优选技术方案为：所述交直流电压耦合作用因子计算模块包括第一计算模型，如下式所示：

其中：ADV_CFjm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的交直流电压耦合作用因子，Z_jm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的互阻抗，Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗，j≥1，m≥1。

进一步地，本发明提供的优选技术方案为：所述电压耦合作用评估模块包括第一评估单元，用于依据所述交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定所述电压耦合作用的耦合程度大小；其中：所述交直流电压耦合作用因子的数值与所述电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法，依据交直流电压耦合作用因子评估在受端系统交流母线发生故障后直流逆变侧换流母线是否存在换相失败的风险，该方法实施步骤简单，不需要对电力系统进行全网故障监测，极大地减少了计算工作量进而能够快速评估直流逆变侧换流母线是否存在换相失败风险；同时，依据交直流电压耦合作用因子的数值可以直观的体现电压耦合作用的耦合程度；

2、本发明提供的一种交直流系统电压耦合作用的衡量系统，交直流电压耦合作用因子计算模块可以依据交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子，电压耦合作用评估模块依据该交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用，不需要对电力系统进行全网故障监测，极大地减少了计算工作量进而能够快速评估直流逆变侧换流母线是否存在换相失败风险。

附图说明

图1：本发明实施例中一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法实施流程图；

图2：本发明实施例中两馈入交直流系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明实施例提供的一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法进行说明。

图1为本发明实施例中一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法实施流程图，如图所示，本实施例中交直流系统电压耦合作用的衡量方法可以按照下述步骤实施，具体为：

步骤S101：依据交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子。

其中：交直流系统为多馈入交直流系统，其包括多回直流系统，各直流系统的整流侧相互独立且与各送端交流系统连接，各直流系统的逆变侧与各受端交流系统连接且各直流系统的逆变侧还通过一回交流线路相互连接，本实施例中直流逆变侧换流母线指的是各直流系统的逆变侧的母线，受端系统交流母线指的是各受端交流系统与各直流系统连接的母线。

步骤S102：依据交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用。

其中：交直流电压耦合作用因子指的是在一个受端系统交流母线处投入对称三相电抗器时该交流母线的线电压下降量ΔU₁，以及与该受端系统交流母线连接的直流逆变侧换流母线的电压变化量ΔU₂的比值ΔU₂/ΔU₁。交直流电压耦合作用因子可以用于反映直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间电压耦合作用的强弱，交直流电压耦合作用因子的数值越大则直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用越强。

本实施例中依据交直流电压耦合作用因子评估在受端系统交流母线发生故障后直流逆变侧换流母线是否存在换相失败的风险，该方法实施步骤简单，不需要对电力系统进行全网故障监测，极大地减少了计算工作量进而能够快速评估直流逆变侧换流母线是否存在换相失败风险；同时，依据交直流电压耦合作用因子的数值可以直观的体现电压耦合作用的耦合程度。

进一步地，本实施例中步骤S101可以按照下述步骤实施，具体为：

本实施例中以一回线路为例对交直流电压耦合作用因子的计算步骤进行介绍，该回线路包括相连的第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线。当第m个受端系统交流母线发生故障后在其上投入对称三相电抗器使得该交流母线的线电压下降量为ΔU_m，相应地在第m个受端系统交流母线处投入对称三相电抗器后第j个直流逆变侧换流母线的电压变化量为ΔU_j，ΔU_m和ΔU_j均为标幺值，j≥1，m≥1。其中：三相对称电抗器的感抗为z_L＝jωL，发生故障后第m个受端系统交流母线向受端交流系统注入的电流为 为注入到第m个受端系统交流母线的电流，/>为流过三相对称电抗器的电流。

依据前述交直流电压耦合作用因子的定义可知，交直流电压耦合作用因子ADV_CFjm的表达式如下式(1)所示：

受端系统交流母线发生故障后交直流系统中各交流母线的电压如下式(2)所示：

其中：交流母线包括受端系统交流母线和直流逆变侧换流母线，n为交流母线的总数，为注入到第k个交流母线的电流，Z_ek为故障前第e个交流母线与第k个交流母线的互阻抗，Z_em为故障前第e个交流母线与第m个交流母线的互阻抗。

依据公式(2)可以得到受端系统交流母线发生故障后第m个受端系统交流母线的电压为：

其中：Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗。

将代入公式(3)得到：

将公式(4)代入公式(2)得到：

故障前第e个交流母线的电压如下式(6)所示：

依据公式(5)和(6)可以得到故障后第e个交流母线的电压变化量为：

依据公式(7)可以得到第m个受端系统交流母线与第j个直流逆变侧换流母线的电压变化量为：

其中：为第m个受端系统交流母线发生故障之前的电压。

将公式(8)代入公式(1)可以得到交直流电压耦合作用因子为：

进一步地，本实施例中步骤S102可以按照下述步骤实施，具体为：

本实施例中可以依据交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定电压耦合作用的耦合程度大小，通过公式(9)可以确定交直流电压耦合作用因子的数值越大则直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用越强，即交直流电压耦合作用因子的数值与电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系，可以通过交直流电压耦合作用因子的数值大小直观的判断电压耦合作用的耦合程度。

下面以两馈入交直流系统为例对上述交直流系统电压耦合作用的衡量方法进行说明。

图2为本发明实施例中两馈入交直流系统示意图，如图所示，本实施例中两回直流系统逆变侧连接于相邻的同侧，逆变侧换流母线通过一回交流线路(其阻抗为z₁₂)相连，整流侧相互独立。两回直流系统的参数完全一致，主控制模式为恒功率控制，整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制。送端交流系统为无穷大机组，受端交流系统可以用系统等值电势源串联等值阻抗来表示。

1、获取各直流系统的运行参数，并依据各运行参数生成两馈入交直流系统的节点阻抗矩阵，如下表1所示：

表1

	1	2	A	B
					1	0.009737	0.001659	0.000925	0.000175
2	0.001659	0.009737	0.000175	0.000925
					A	0.000925	0.000175	0.001003	0.000018
B	0.000175	0.000925	0.000018	0.001003

2、计算交直流电压耦合作用因子

首先通过表1确定直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线A间的互阻抗Z_1A＝0.000925、受端系统交流母线A的自阻抗Z_AA＝0.001003。然后依据公式(9)计算得到直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线A间的交直流电压耦合作用因子

按照上述方法得到直流逆变侧换流母线2和受端系统交流母线A间的交直流电压耦合作用因子ADV_C2A＝0.174，直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线B间的交直流电压耦合作用因子ADV_C1B＝0.174，直流逆变侧换流母线2和受端系统交流母线B间的交直流电压耦合作用因子ADV_C2B＝0.922。

3、依据交直流电压耦合作用因子评估各直流逆变侧换流母线和受端系统交流母线电压耦合作用的耦合程度，由于交直流电压耦合作用因子的数值与电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系，可以确定：

直流逆变侧换流母线2和受端系统交流母线A间的电压耦合程度，以及直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线B间的电压耦合程度相等；

直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线A间的电压耦合程度，以及直流逆变侧换流母线2和受端系统交流母线B间的电压耦合程度相等；

直流逆变侧换流母线1和受端系统交流母线A间的电压耦合程度，大于直流逆变侧换流母线2和受端系统交流母线A间的电压耦合程度。

本发明还提供了一种交直流系统电压耦合作用的衡量系统，并给出具体实施例。

本实施例中一种交直流系统电压耦合作用的衡量系统包括交直流电压耦合作用因子计算模块和电压耦合作用评估模块。

其中：交直流电压耦合作用因子计算模块，用于依据交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子。

电压耦合作用评估模块，用于依据交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用。

本实施例中交直流电压耦合作用因子计算模块可以依据交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子，电压耦合作用评估模块依据该交直流电压耦合作用因子评估直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用，不需要对电力系统进行全网故障监测，极大地减少了计算工作量进而能够快速评估直流逆变侧换流母线是否存在换相失败风险。

进一步地，本实施例中交直流电压耦合作用因子计算模块可以包括第一计算模型，该第一计算模型如下式(10)所示：

其中：ADV_CFjm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的交直流电压耦合作用因子，Z_jm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的互阻抗，Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗，j≥1，m≥1。

进一步地，本实施例中电压耦合作用评估模块可以包括第一评估单元，该第一评估单元用于依据交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定电压耦合作用的耦合程度大小。通过公式(10)可以确定交直流电压耦合作用因子的数值越大则直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用越强，即交直流电压耦合作用因子的数值与电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系，可以通过交直流电压耦合作用因子的数值大小直观的判断电压耦合作用的耦合程度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法，其特征在于，所述方法包括：

依据所述交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及所述各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子；

所述交直流系统为多馈入交直流系统，其包括多回直流系统，各直流系统的整流侧相互独立且与各送端交流系统连接，各直流系统的逆变侧与各受端交流系统连接且各直流系统的逆变侧还通过一回交流线路相互连接；所述直流逆变侧换流母线指的是各直流系统的逆变侧的母线，受端系统交流母线指的是各受端交流系统与各直流系统连接的母线；

依据所述交直流电压耦合作用因子评估所述直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用；

所述交直流电压耦合作用因子指的是在一个受端系统交流母线处投入对称三相电抗器时该交流母线的线电压下降量ΔU₁，以及与该受端系统交流母线连接的直流逆变侧换流母线的电压变化量ΔU₂的比值ΔU₂/ΔU₁；交直流电压耦合作用因子用于反映直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间电压耦合作用的强弱，交直流电压耦合作用因子的数值越大则直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用越强。

2.如权利要求1所述的一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法，其特征在于，所述交直流电压耦合作用因子如下式所示：

其中：ADV_CFjm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的交直流电压耦合作用因子，Z_jm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的互阻抗，Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗，j≥1，m≥1。

3.如权利要求1或2所述的一种交直流系统电压耦合作用的衡量方法，其特征在于，所述依据所述交直流电压耦合作用因子评估所述直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用包括：依据所述交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定所述电压耦合作用的耦合程度大小；其中：所述交直流电压耦合作用因子的数值与所述电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系。

4.一种交直流系统电压耦合作用的衡量系统，其特征在于，所述系统包括：

交直流电压耦合作用因子计算模块，用于依据所述交直流系统中各直流逆变侧换流母线与各受端系统交流母线之间的互阻抗，及所述各受端系统交流母线的自阻抗，计算交直流电压耦合作用因子；

所述交直流系统为多馈入交直流系统，其包括多回直流系统，各直流系统的整流侧相互独立且与各送端交流系统连接，各直流系统的逆变侧与各受端交流系统连接且各直流系统的逆变侧还通过一回交流线路相互连接；所述直流逆变侧换流母线指的是各直流系统的逆变侧的母线，受端系统交流母线指的是各受端交流系统与各直流系统连接的母线；

电压耦合作用评估模块，用于依据所述交直流电压耦合作用因子评估所述直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用；

所述交直流电压耦合作用因子计算模块包括第一计算模型，如下式所示：

其中：ADV_CFjm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的交直流电压耦合作用因子，Z_jm为第j个直流逆变侧换流母线与第m个受端系统交流母线的互阻抗，Z_mm为第m个受端系统交流母线的自阻抗，j≥1，m≥1；

所述电压耦合作用评估模块包括第一评估单元，用于依据所述交直流电压耦合作用因子的数值大小，确定所述电压耦合作用的耦合程度大小；其中：所述交直流电压耦合作用因子的数值与所述电压耦合作用的耦合程度呈正相当关系；

所述交直流电压耦合作用因子指的是在一个受端系统交流母线处投入对称三相电抗器时该交流母线的线电压下降量ΔU₁，以及与该受端系统交流母线连接的直流逆变侧换流母线的电压变化量ΔU₂的比值ΔU₂/ΔU₁；交直流电压耦合作用因子用于反映直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间电压耦合作用的强弱，交直流电压耦合作用因子的数值越大则直流逆变侧换流母线与受端系统交流母线之间的电压耦合作用越强。