CN106849120A - 多馈入系统中无功补偿装置的布点方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多馈入系统中无功补偿装置的布点方法及系统，属于高压直流输电技术领域。本发明根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序，从而确定安装无功无补偿装置位置的优先级。本发明利用节点灵敏度来进行无功补偿装置的布点，不仅考虑到了交流侧网络结构对换流母线交互影响因子的影响，而且还考虑到了无功补偿装置的补偿特性对换流母线交互作用的影响，从而使整体上换流母线间耦合关系改善最优。

Description

多馈入系统中无功补偿装置的布点方法及系统

技术领域

本发明涉及一种多馈入系统中无功补偿装置的布点方法及系统，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

我国的华东地区和华南地区是全国电力需求最大的两个地区，也是多条直流输电线路的落点，也使得这两个地区已经形成多馈入直流输电的格局。未来随着经济的进一步发展，更多常规特高压直流输电线路的建设，多馈入直流输电格局将成为新常态。然而，当多馈入直流地区电网较弱，并且多馈入点之间电气耦合关系较强时，极易发生(连续)换相失败以及站间继发性换相失败，造成供电系统不稳定，严重影响了受端地区经济健康快速发展。

利用无功补偿布置装置来改善受端交流系统的强度，降低换流站间的相互耦合作用是未来发展的一种趋势。对于多馈入交直流系统，安装无功补偿装置时不仅要考虑节点自身的电压稳定性，同时也要考虑节点间的相互影响，多馈入交直流系统各换流站间的互相作用很强，对系统整体特性影响很大，按照无功补偿装置时必须考虑系统间的相互作用，才能使系统性能达到最优，最大限度的降低换流站间的交互影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，以解决在安装无功补偿装置时多馈入系统各换流站间的交互影响；本发明还提供了多馈入系统中无功补偿装置的布点系统。

本发明为解决上述技术问题而提供一种多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，该布点方法包括以下步骤：

1)计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；

2)根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；

3)根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；

4)根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。

进一步地，所述的步骤2)各节点对换流站间交互影响因子的灵敏度SMIIF_ji-k为：

其中，MIIF_ji为换流站j对换流站i的交互影响因子，MIIF_ji-k为节点k处投入无功补偿装置后换流站j对换流站i的交互影响因子，SMIIF_ji-k为节点k对交互影响因子MIIF_ji的灵敏度。

进一步地，步骤1)中无功补偿装置投入各节点前各换流站间交互影响因子MIIF_ji为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗。

进一步地，无功补偿装置投入各节点后各换流站间交互影响因子MIIF_ji-k为：

其中Z_eqii表示换流器i母线处的自阻抗，Z_eqij表示换流器i母线与换流器j母线的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

进一步地，各节点的优先级排序N_f-k为：

n为MIIF_ji的总个数，其计算式为n＝N(N-1)，N为直流馈入点个数，w_m为排名权重系数，即节点k对MIIF_ij的灵敏度的排名折算出来的权重系数。

本发明还提供了一种多馈入系统无功补偿装置的布点系统，该系统包括交互因子计算模块、灵敏度确定模块、权重设定模块和节点排序模块，

所述的交互因子计算模块用于计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；

所述的灵敏度确定模块用于根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；

所述权重设定模块用于根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；

所述节点排序模块用于根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。

进一步地，所述灵敏度确定模块所确定的各节点对换流站间交互影响因子的灵敏度SMIIF_ji-k为：

其中，MIIF_ji为换流站j对换流站i的交互影响因子，MIIF_ji-k为节点k处投入无功补偿装置后换流站j对换流站i的交互影响因子，SMIIF_ji-k为节点k对交互影响因子MIIF_ji的灵敏度。

进一步地，无功补偿装置投入各节点前各换流站间交互影响因子MIIF_ji为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗。

进一步地，无功补偿装置投入各节点后各换流站间交互影响因子MIIF_ji-k为：

其中Z_eqii表示换流器i母线处的自阻抗，Z_eqij表示换流器i母线与换流器j母线的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

进一步地，所述的节点排序模块得到的各节点优先级排序N_f-k为：

n为MIIF_ji的总个数，其计算式为n＝N(N-1)，N为直流馈入点个数，w_m为排名权重系数，即节点k对MIIF_ij的灵敏度的排名折算出来的权重系数。

本发明的有益效果是:本发明首先计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；然后根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；再根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；最后根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。本发明利用节点灵敏度来进行无功补偿装置的布点，不仅考虑到了交流侧网络结构对换流母线交互影响因子的影响，而且还考虑到了无功补偿装置的补偿特性对换流母线交互作用的影响，从而使整体上换流母线间耦合关系改善最优，经济效益最大化。

附图说明

图1是简化的多馈入直流输电系统受端交流网络结构示意图；

图2是本发明多馈入系统无功补偿装置布点方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明多馈入系统中无功补偿装置的布点方法的实施例

本发明首先计算节点灵敏度，然后将多馈入直流系统受端交流电网中的各个节点灵敏度按照一定的权重累加排序，排名越靠前，说明在此处安装无功补偿装置时对降低各个换流站间的耦合作用最明显，系统性能改善也能最明显，经济效益也能达到最大，因此将该排名作为无功补偿装置的优先级能够最大限度的降低换流站间的交互影响。该方法的流程如图2所示，具体的实施步骤如下。

1.对受端交流电网，采用WARD等值法进行必要的简化等值，并将低压节点全部等值为负荷接入等值电网中，建立节点导纳矩阵，并得到交互影响因子矩阵。

换流站间交互影响因子MIIF_ji指的是换流母线i处电压变化1％所引起的换流母线j处的电压变化量，即

其数值计算公式为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，也就是节点阻抗矩阵中对应的第i行i列和第i行j列的元素。

对受端交流电网进行必要的等值，保留必要的节点，消去不必要的节点，得到节点导纳矩阵，对节点导纳矩阵求逆矩阵可以得到节点阻抗矩阵Z，取相应位置的元素即可求出交互影响因子。

2.计算节点k处投入一定容量无功补偿装置后的交互影响因子MIIF_ji-k。

本实施例采用补偿法计算阻抗变化矩阵，假设计算得到的节点阻抗矩阵变化矩阵为ΔZ，那么变化后的交互影响因子为：

ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

3.计算节点对交互影响因子的灵敏度。

为了说明各节点处无功补偿装置对交互影响因子的影响程度，定义了“交互影响因子节点灵敏度”的概念来作为评价指标，其具体定义形式为：

其中，MIIF_ji-k为节点k处投入无功补偿装置后的交互影响因子，SMIIF_ji-k表示节点k对交互影响因子MIIF_ji的灵敏度。

4.将得到的灵敏度进行排序以确定权重系数。

对于每一个MIIF_ji，将各节点对其的灵敏度按照从大到小的顺序排序，并根据排序结果确定排名权重系数，节点灵敏度越靠前，其对应的权重系数越大。

5.确定无功补偿装置的布点位置的优先级排序。

对于每一个节点，确定节点k的优先级N_f-k。

其中n为MIIFji的总个数，其计算式为n＝N(N-1)，N为直流馈入点个数，w_m为排名权重系数，即节点k对MIIFij的灵敏度的排名折算出来的权重系数，节点灵敏度排名越靠前，其对应的权重系数越大。

6.将所有节点的N_f-k排序，其顺序就是无功补偿装置的布点位置的优先级排序。

下面以某一具体的多馈入系统为例进行说明，如图1所示，为一个仅保留500kV侧节点的简化后的环网主网架，有三个直流馈入点，因此其交互影响因子的个数为：n＝3×2＝6。

根据线路的参数以及负荷的分布，计算出没加无功补偿装置前的交互影响因子表如表1所示。

表1

对于交互影响因子MIIF_ji，i为表1中每一行对应的换流站，j为表1中每一列对应的换流站，列入，MIIF₃₁表示换流站3对换流站1的交互影响因子，在上表中为0.7387。计算各个节点的灵敏度，并给出灵敏度排序，其排序结果如表2所示：

表2

根据节点灵敏度排序设定权重系数，节点灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大。本实施例对于表2中的每一列，排名第一的节点其权重系数取1，排名第二的节点其权重系数取0.8，排名第三的节点权重系数取0.6，排名第四的节点权重系数取0.4，排名第五的权重系数取0.2，排名第六及之后的节点权重取0。

根据设定的权重系数计算每个节点的优先级N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。对于节点1，在第一列第二列中排第8，所以取0，在第三列中排第1，所以取1，在第四列中排第4，所以取0.4，以此类推，将节点1在每一列中的排序所对应的权重系数相加，即可得到N_f-1的值。对于本实施例而言，各个节点的优先级计算为：

N_f-1＝0+0+1+0.4+1+0.6＝3

N_f-2＝1+0.4+0+0+1+0.6＝3

N_f-3＝0.4+1+0.4+1+0+0＝3

N_f-4＝0.8*6＝4.8

N_f-5＝0.6+0.2+0.6+0.2+0.4+0.4＝2.4

N_f-6＝0.6+0+0.6+0+0+0＝1.2

N_f-7＝0

N_f-8＝0.2+0+0.2+0+0.2+0.2＝0.8

因此节点优选排序为4、2、1、3、5、6、8、7，即无功补偿装置安装位置所在节点的优先级为4、2、1、3、5、6、8、7，上述排序表明，在节点4处安装无功补偿装置对降低换流站间相互影响的整体效果最明显。

通过上述过程可知，本发明利用节点灵敏度来进行无功补偿装置的布点，不仅考虑到了交流侧网络结构对换流母线交互影响因子的影响，而且还考虑了无功补偿装置的补偿特性对换流母线交互作用的影响。

本发明多馈入系统中无功补偿装置的布点系统的实施例

本发明还提了一种多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，该系统包括交互因子计算模块、灵敏度确定模块、权重设定模块和节点排序模块，交互因子计算模块用于计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；灵敏度确定模块用于根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；权重设定模块用于根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；节点排序模块用于根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。各模块的具体实现手段已在方法的实施例中进行了说明，这里不再赘述。

以上给出了具体的案例说明，但本发明不局限于所描述的案例。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，其特征在于，该布点方法包括以下步骤：

1)计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；

2)根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；

3)根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；

4)根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。

2.根据权利要求1所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，其特征在于，所述的步骤2)各节点对换流站间交互影响因子的灵敏度SMIIF_ji-k为：

${\mathrm{SMIIF}}_{ji-k}=|1-\frac{{\mathrm{MIIF}}_{ji-k}}{{\mathrm{MIIF}}_{ji}}|$

其中，MIIF_ji为换流站j对换流站i的交互影响因子，MIIF_ji-k为节点k处投入无功补偿装置后换流站j对换流站i的交互影响因子，SMIIF_ji-k为节点k对交互影响因子MIIF_ji的灵敏度。

3.根据权利要求1所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，其特征在于，步骤1)中无功补偿装置投入各节点前各换流站间交互影响因子MIIF_ji为：

${\mathrm{MIIF}}_{ji}=\frac{Z_{eqij}}{Z_{eqii}}$

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗。

4.根据权利要求1所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，其特征在于，无功补偿装置投入各节点后各换流站间交互影响因子MIIF_ji-k为：

${\mathrm{MIIF}}_{ji-k}=\frac{Z_{eqij}+{\mathrm{\ΔZ}}_{eqij}}{Z_{eqii}+{\mathrm{\ΔZ}}_{eqii}}$

其中Z_eqii表示换流器i母线处的自阻抗，Z_eqij表示换流器i母线与换流器j母线的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

5.根据权利要求1所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点方法，其特征在于，各节点的优先级排序N_f-k为：

$N_{f-k}=\underset{m=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_m$

n为MIIF_ji的总个数，其计算式为n＝N(N-1)，N为直流馈入点个数，w_m为排名权重系数，即节点k对MIIF_ij的灵敏度的排名折算出来的权重系数。

6.一种多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，其特征在于，该系统包括交互因子计算模块、灵敏度确定模块、权重设定模块和节点排序模块，

所述的交互因子计算模块用于计算设定容量无功补偿装置投入各节点前、后换流站间的交互影响因子；

所述的灵敏度确定模块用于根据无功补偿装置投入前、后的换流站间交互影响因子计算各节点对换流站交互影响因子的灵敏度，并将各节点对交互影响因子的灵敏度进行排序；

所述权重设定模块用于根据各节点对交互影响因子的灵敏度排序设定权重系数，灵敏度排序越靠前的，其设定的权重系数越大；

所述节点排序模块用于根据设定的权重系数计算每个节点的优先级排序N_f-k，该排序即为无功补偿装置安装位置的优先级排序。

7.根据权利要求6所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，其特征在于，所述灵敏度确定模块所确定的各节点对换流站间交互影响因子的灵敏度SMIIF_ji-k为：

${\mathrm{SMIIF}}_{ji-k}=|1-\frac{{\mathrm{MIIF}}_{ji-k}}{{\mathrm{MIIF}}_{ji}}|$

其中，MIIF_ji为换流站j对换流站i的交互影响因子，MIIF_ji-k为节点k处投入无功补偿装置后换流站j对换流站i的交互影响因子，SMIIF_ji-k为节点k对交互影响因子MIIF_ji的灵敏度。

8.根据权利要求6所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，其特征在于，无功补偿装置投入各节点前各换流站间交互影响因子MIIF_ji为：

${\mathrm{MIIF}}_{ji}=\frac{Z_{eqij}}{Z_{eqii}}$

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗。

9.根据权利要求6所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，其特征在于，无功补偿装置投入各节点后各换流站间交互影响因子MIIF_ji-k为：

${\mathrm{MIIF}}_{ji-k}=\frac{Z_{eqij}+{\mathrm{\ΔZ}}_{eqij}}{Z_{eqii}+{\mathrm{\ΔZ}}_{eqii}}$

其中Z_eqii表示换流器i母线处的自阻抗，Z_eqij表示换流器i母线与换流器j母线的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

10.根据权利要求7所述的多馈入系统中无功补偿装置的布点系统，其特征在于，所述的节点排序模块得到的各节点优先级排序N_f-k为：

$N_{f-k}=\underset{m=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_m$

n为MIIF_ji的总个数，其计算式为n＝N(N-1)，N为直流馈入点个数，w_m为排名权重系数，即节点k对MIIF_ij的灵敏度的排名折算出来的权重系数。