CN106845852B - 多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，包括：采集近期多直流馈入直流受端系统的波动数据及相应的功率最大直流输电系统的输送曲线、及当时区域负荷和开机方式，形成关系表，按照约简规则对所述关系表进行规则约简，确定未来一段时期的典型运行方式；计算典型运行方式下受端系统的电压稳定水平系数；计算各种线路故障断开情况下的直流受端系统电压稳定水平系数Sn；对线路故障依直流受端系统电压稳定水平系数进行排序；结合故障后潮流转移情况、电压偏低点及故障点电气距离风险系数，组合出最恶劣的连锁故障集。本发明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，可对故障后直流系统受端电网电压失稳风险进行快速评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，属于电力系统安全稳定分析技术领域。
背景技术
我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年我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。
短路比是研究直流系统逆变站交流系统强度的有效指标，基于短路比的电压稳定分析广泛地应用在学术界和工程界中，为电网规划和运行提供了参考依据。但目前的短路比、有效短路比、多馈入短路比等指标多用于电网网架强度评估，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，结合我国电网的发展实际和未来规划，亟待解决交直流混联受端电网连锁故障集的合理生成和连锁故障下直流系统是否持续换相失败的快速判断等技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，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，提出了一种基于WAMS的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，可对故障后受端电网电压失稳风险进行快速评估。
为解决上述技术问题，本发明提供多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，包括：
步骤SS1:采集近期多直流馈入直流受端系统的波动数据及相应的功率最大直流输电系统的输送曲线、及当时区域负荷和开机方式，形成关系表，按照约简规则对所述关系表进行规则约简，确定未来一段时期的典型运行方式；
步骤SS2:计算典型运行方式下受端系统的电压稳定水平系数；
步骤SS3:计算各种线路故障断开情况下的直流受端系统电压稳定水平系数Sn；
步骤SS4:对线路故障依直流受端系统电压稳定水平系数进行排序；
步骤SS5:结合故障后潮流转移情况、电压偏低点及故障点电气距离风险系数，组合出最恶劣的连锁故障集。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中所述的约简规则包括：表格的形式及表格的约简方法。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中所述的关系表为：
采用最优聚类技术对其进行聚类，形成H个聚类点，并将其划分成H个空间。预测未来一个时间段内，最可能进入的空间，并结合未来时间段的具体负荷、开停机情况及直流注入功率，确定典型运行方式。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的受端系统的电压稳定水平系数为：
其中，
其中，PdNi为第i回直流系统的额定运行功率；Zsi为第i回直流换流母线的自阻抗；Zij为第i回和第j回直流换流母线之间的互阻抗；PdNj为第j回直流系统的额定运行功率，i,j＝1,2,…,m；m为交流系统中的直流馈入系统的数量；
VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值；在正常运行方式下，VFmin,N数值取1，其中λ1、λ2均为0-1之间的常数。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3还包括：计算故障情况下的计算受端系统的电压稳定水平系数：
其中，
其中，PdNi为第i回直流系统的额定运行功率；Zsi为第i回直流换流母线的自阻抗；Zij为第i回和第j回直流换流母线之间的互阻抗；PdNj为第j回直流系统的额定运行功率，i,j＝1,2,…,m；m为交流系统中的直流馈入系统的数量；
VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的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。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：采用PSD-BPA潮流程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，从而判断出第N次线路故障后潮流分布情况，判断可能导致线路重载或母线电压偏低的情况，以步骤SS3中计算出的排序为索引，进而确定第N+1次故障所涉线路故障，从而组合出可能发生的最恶劣连锁故障集。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS5具体包括：计算“故障点电气距离风险系数”Cn具体包括：
考察电气距离，以50万伏，最短路径为5站的任意一个故障短路点，与线路故障近端的500千伏母线点距离经过母线的数量为的n,m矩阵，m为馈入直流数量，n为考察的故障点或故障的总数量，则n,m矩阵中任一点的值为en,m，
即第n个故障距离第m个直流受端逆变站的电气距离风险系数为：
Cn越大，则说明该故障点对N个故障点的电气距离越近，风险越大；计算λ·Cn/Sn，并对故障进行排列，依次形成连锁故障集；其中λ为0-1之间的常数。
本发明所达到的有益效果：本发明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，本发明计算量小、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(即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是本发明的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法的方法流程图。本发明提出多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，包括：
步骤SS1:采集近期多直流馈入直流受端系统的波动数据及相应的功率最大直流输电系统的输送曲线、及当时区域负荷和开机方式，形成关系表，按照约简规则对所述关系表进行规则约简，确定未来一段时期的典型运行方式；
步骤SS2:计算典型运行方式下受端系统的电压稳定水平系数；
步骤SS3:计算各种线路故障断开情况下的直流受端系统电压稳定水平系数Sn；
步骤SS4:对线路故障依直流受端系统电压稳定水平系数进行排序；
步骤SS5:结合故障后潮流转移情况、电压偏低点及故障点电气距离风险系数，组合出最恶劣的连锁故障集。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中所述的约简规则包括：表格的形式及表格的约简方法。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中所述的关系表为：
采用最优聚类技术对其进行聚类，形成H个聚类点，并将其划分成H个空间。预测未来一个时间段内，最可能进入的空间，并结合未来时间段的具体负荷、开停机情况及直流注入功率，确定典型运行方式。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的受端系统的电压稳定水平系数为：
其中，
其中，PdNi为第i回直流系统的额定运行功率；Zsi为第i回直流换流母线的自阻抗；Zij为第i回和第j回直流换流母线之间的互阻抗；PdNj为第j回直流系统的额定运行功率，i,j＝1,2,…,m；m为交流系统中的直流馈入系统的数量；
VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值；在正常运行方式下，VFmin,N数值取1，其中λ1、λ2均为0-3之间的常数。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3还包括：计算故障情况下的计算受端系统的电压稳定水平系数：
其中，
其中，PdNi为第i回直流系统的额定运行功率；Zsi为第i回直流换流母线的自阻抗；Zij为第i回和第j回直流换流母线之间的互阻抗；PdNj为第j回直流系统的额定运行功率，i,j＝1,2,…,m；m为交流系统中的直流馈入系统的数量；
VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的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。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：采用PSD-BPA潮流程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，从而判断出第N次线路故障后潮流分布情况，判断可能导致线路重载或母线电压偏低的情况，以步骤SS3中计算出的排序为索引，进而确定第N+1次故障所涉线路故障，从而组合出可能发生的最恶劣连锁故障集。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS5具体包括：计算“故障点电气距离风险系数”Cn具体包括：
考察电气距离，以50万伏，最短路径为5站的任意一个故障短路点，与线路故障近端的500千伏母线点距离经过母线的数量为的n,m矩阵，m为馈入直流数量，n为考察的故障点或故障的总数量，则n,m矩阵中任一点的值为en,m，
即第n个故障距离第m个直流受端逆变站的电气距离风险系数为：
Cn越大，则说明该故障点对N个故障点的电气距离越近，风险越大；计算λ·Cn/Sn，并对故障进行排列，依次形成连锁故障集；其中λ为0-1之间的常数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，包括：
步骤SS1:采集近期多直流馈入直流受端系统的波动数据及相应的功率最大直流输电系统的输送曲线、及当时区域负荷和开机方式，形成关系表，按照约简规则对所述关系表进行规则约简，确定未来一段时期的典型运行方式；
步骤SS2:计算典型运行方式下直流受端系统的电压稳定水平系数；所述步骤SS2中的直流受端系统的电压稳定水平系数为：
其中，
其中，PdNi为第i个直流馈入系统的额定运行功率；Zsi为第i个直流馈入系统的自阻抗；Zij为第i个和第j个直流馈入系统之间的互阻抗；PdNj为第j个直流馈入系统的额定运行功率，i,j＝1,2,…,M；M为考察的受端交流系统中的直流馈入系统的数量，m为受端交流系统中第m个直流馈入系统，N为考察的受端交流系统中的直流馈入系统的线路故障的总数量，n为考察的受端交流系统中的直流馈入系统的第n个线路故障，N∈M；
为受端交流系统交流母线平均电压标幺值；i＝1,2,3,...,n,..N；i∈N，vi为受端交流系统第i个直流馈入系统的电压标幺值，VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值；在典型运行方式下，VFmin,N数值取1，其中λ1、λ2均为0-1之间的常数；
步骤SS3:计算各种线路故障断开情况下的直流受端系统电压稳定水平系数Sn；
步骤SS4:对线路故障依直流受端系统电压稳定水平系数进行排序；
步骤SS5:结合故障后潮流转移情况、电压偏低点及故障点电气距离风险系数，组合出最恶劣的连锁故障集。
2.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS1中所述的约简规则包括：表格的形式及表格的约简方法。
3.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS1中的所述关系表包含以下数据：直流注入总功率、受端区域负荷水平、受端区域开机容量、受端区域波动数量、受端区域最大波动值；采用最优聚类技术对其进行聚类，形成H个聚类点，并将其划分成H个空间；预测未来一段时期，最可能进入的空间，并结合未来一段时期的具体负荷、开停机情况及直流注入总功率，确定典型运行方式。
4.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS3还包括：计算直流受端系统的电压稳定水平系数：
其中，
VFmin,N为计算线路故障N断开情况下交流系统暂态过程中的最低电压值。
5.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS3中的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。
6.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS5具体包括：采用PSD-BPA潮流程序在线完成N次线路故障后潮流转移情况仿真和评估，从而判断出第N次线路故障后潮流分布情况，判断可能导致线路重载或母线电压偏低的情况，以步骤SS4中计算出的排序为索引，进而确定第N+1次故障所涉线路故障，从而组合出可能发生的最恶劣连锁故障集。
7.根据权利要求1所述的多直流馈入受端交流系统电压稳定评估故障集形成方法，其特征在于，所述步骤SS5具体包括：计算“故障点电气距离风险系数”Cn具体包括：
考察电气距离，以50万伏，最短路径为5站的任意一个线路故障，与线路故障近端的500千伏母线点距离经过母线的数量构成的n,m矩阵，则n,m矩阵中任一点的值为en,m，
即第n个线路故障距离考察的受端交流系统中第m个直流馈入系统的逆变站的电气距离风险系数为：
Cn越大，则说明该线路故障对受端交流系统中第m个直流馈入系统的逆变站的电气距离越近，风险越大；计算λ·Cn/Sn，并对故障进行排列，依次形成连锁故障集；其中λ为0-1之间的常数。
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| GR01 | Patent grant | ||
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