CN107658895A - 一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，公开了一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法。本发明考虑了多馈入直流恢复过程中的交互影响，提出了直流恢复代价的量化评估方法，据此给出多回直流换相失败预测环节启动值的差异化整定原则，从而降低多馈入直流发生连续换相失败的概率，降低对受端电网的功率冲击。本发明可为多馈入直流系统安全稳定运行和控制策略制定提供参考。

Description

一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相 失败预测环节启动值整定方法
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法。
背景技术
随着大容量特高压直流逐步投运，电网“强直弱交”特性日益凸显，交直流耦合作用日益紧密，特别是多馈入受端电网交流故障导致多回直流同时换相失败、连续换相失败等问题，对送端系统特高压联络线造成较大冲击，威胁到特高压交直流互联电网的安全稳定运行。
国家电网和南方电网均含有大规模多馈入直流输电系统。以国网华东电网为例，2017年，随着特高压雁淮直流、锡泰直流的投运，共十条直流馈入华东电网，总容量达到5776万千瓦。若考虑十回直流均满送，直流总送电规模约占华东夏季平均高峰负荷的25％，约占秋季汛期低谷负荷的40％，直流对网内常规电源的置换效应进一步加剧，华东电网多直流换相失败、连续换相失败等问题愈加突出。
目前针对多直流协调恢复的控保优化大多集中在对低压限流(VDCOL)环节的改进和参数优化，动态修改VDCOL参数改变直流恢复时序，而且该方法实现复杂，在实际运行中根据交直流系统动态响应实时调整控制参数，可预见性较低，无法预先评估其可能带来的风险。
除了VDCOL环节对换相失败恢复有着较大影响外，直流换相失败预测环节(CFPRED)同样会影响直流动态过程中的恢复特性。目前针对CFPRED环节的研究还主要集中在预防单直流换相失败能力方面。CFPRED在抑制某条直流换相失败的同时，会从交流系统吸收较大的无功，可能对其他直流的恢复造成影响，甚至造成自身连续换相失败。因此，有必要研究一种多馈入直流换相失败预测环节参数协调配置方法，降低直流连续换相失败的风险、减少直流换相失败对系统的整体冲击。
发明内容
本发明目的是，针对多馈入直流系统，综合考虑直流本身能够承受的换相失败冲击次数、直流自身恢复能力及直流恢复对其他直流的影响、调相机接入后对直流恢复的影响等多个因素的作用，提出一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括如下步骤：
1)根据各直流送受端电网安全稳定运行约束及直流控保自身承受能力约束，确定各直流的最大允许换相失败次数，设第i个直流的最大允许换相失败次数为Ni，i＝1,2，……，n，其中n为所有直流的总数；
2)确定各直流配套调相机总装机容量，设第i个直流配套调相机总装机容量为Qgi；
3)计算各直流的自恢复能力指标；
4)计算计及直流配套调相机影响的直流恢复对其它直流无功支撑能力的影响指标；
5)计算各直流恢复优先级指标；
6)根据步骤5)计算的各直流恢复优先级指标，确定各回直流换相失败预测环节门槛值。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，各直流的自恢复能力指标的计算方法如式(1)所示：
式中，Si为第i个直流的自恢复能力指标，MSCRi为第i个直流的多馈入有效短路比，Pi为第i个直流的逆变侧输出功率。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，计及配套调相机影响的直流恢复对其他直流无功支撑能力的影响指标计算方法如式(2)所示：
式中，Fi为第i个直流恢复对其他直流无功支撑能力的影响指标，Zij为第i个直流逆变站换流母线与第j个直流逆变站换流母线之间的互阻抗，Zii为第i个直流逆变站换流母线自阻抗，Qci为第i个直流的交流滤波器投入容量，Qgi为第i个直流配套调相机装机容量，Pj为第j个直流的逆变侧输出功率。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中，各直流恢复优先级指标计算方法如式(3)所示：
Ri＝Ni*Fi*Si (3)
其中，Ri为第i个直流恢复优先级指标。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤6)中，各回直流的换相失败预测环节门槛值计算方法如式(4)所示：
Vk＝0.85-(0.2/n)*(k-1) (4)
式中，Vk为第k个直流的换相失败预测环节门槛值，k为按Ri指标由小到大排序的第k回直流编号。
本发明的有益效果如下：本发明方法综合考虑直流本身能够承受的换相失败冲击次数、直流自身恢复能力及直流恢复对其他直流的影响、调相机接入后对直流恢复的影响，通过优化各直流预测换相失败环节启动门槛值，使得支撑较弱、恢复过程中对其他直流影响较小、能够承受连续换相失败次数少的直流优先恢复，从而提高直流整体恢复能力，减少直流连续换相失败导致的功率冲击。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图表，并结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例，其实施步骤如图1所示，具体如下：
1)确定各直流的最大允许换相失败次数。根据各直流送受端电网安全稳定运行约束及直流控保自身承受能力约束，确定各直流的最大允许换相失败次数，设第i个直流的最大允许换相失败次数为Ni，i＝1,2，……，n，其中n为所有直流的总数。
2)确定各直流配套调相机总装机容量，设第i个直流配套调相机总装机容量为Qgi。
3)计算各直流的自恢复能力指标：
式中，Si为第i个直流的自恢复能力指标，MSCRi为第i个直流的多馈入有效短路比，Pi为第i个直流的逆变侧输出功率。
4)计算计及直流配套调相机影响的直流恢复对其它直流无功支撑能力的影响指标。
设第i个直流对第j个直流的交互作用因子为MIIFji，当前方式下第i个直流的交流滤波器投入容量为Qci，调相机容量为Qgi，则第i个直流恢复时吸收的无功功率对第j个直流恢复的影响Fji可以记为：
其中，Zij为第i个直流逆变站换流母线与第j个直流逆变站换流母线之间的互阻抗，Zii为第i个直流逆变站换流母线自阻抗。
则第i个直流恢复对网内其他直流综合影响指标为：
其中，Fi为第i个直流恢复对其他直流无功支撑能力的影响指标，wj为第j个直流的权重因子。
考虑到对不同功率下的影响进行区分，以第j个直流的逆变侧输出功率Pj作为权重，则各条直流权重因子为：
Fji指标越大，表明第i个直流恢复对第j个直流的无功支撑能力影响越大；Fi指标越大，表明直流i恢复对网内其他直流的综合影响越强。
5)计算直流恢复优先级指标。
Ri＝Ni*Fi*Si
其中，Ri为第i个直流恢复优先级指标。该指标越小，表明直流i恢复的优先级越高，恢复越早。
6)根据工程经验，换相失败预测环节门槛值取值在0.75～0.8，超过0.9可能引发电压失稳。保留一定裕度，以0.85为基准，根据步骤5)计算得到的优先级指标排序，将各直流换相失败预测环节门槛值变化档位设为：
ΔV＝0.2/n
假设根据步骤5)，按Ri指标由小到大将各直流编号为1,2,3……，k，……，n。设排序第k位的直流换相失败预测启动门槛值取值为Vk，则：
Vk＝0.85-ΔV*(k-1)
以下给出本实施例的具体应用。设某实际受端电网共9回直流馈入，其相关数据如表1-6所示，其中表1为某实际电网九回馈入直流的初始运行功率及无功配置情况，表2为九回馈入直流的多馈入有效短路比，表3为九回馈入直流的多馈入交互作用因子，表4为各直流恢复优先级指标及换相失败预测环节启动电压值，表5为时域仿真得到的参数优化前后各回直流换相失败次数统计，表6为参数优化前后换相失败对受端电网的总体冲击指标。
表1九回馈入直流的初始运行功率及无功配置情况
表2九回馈入直流的多馈入有效短路比
直流名称 直流逆变侧输出功率(MW)
FFDC 2.22216
JSDC 2.59483
BJDC 3.1638
JBDC 5.1909
LSDC 4.39187
XTDC 4.53894
YHDC 2.74831
LZDC 4.31865
LFDC 2.2536
表3九回馈入直流的多馈入交互作用因子(Zij/Zii)
表4各直流恢复优先级指标及换相失败预测(CFPRED)环节启动电压值
直流名称 恢复指标值 CFPRED环节启动值
JBDC 0.22 0.85
LZDC 0.24 0.83
XTDC 0.45 0.81
JSDC 0.52 0.79
FFDC 0.524 0.77
BJDC 0.60 0.75
LSDC 0.71 0.73
LFDC 0.82 0.71
YHDC 1.2 0.69
表5参数优化前后各回直流换相失败次数统计
表6参数优化前后换相失败对受端电网的总体冲击指标
通过表1提供的9回馈入直流的初始运行功率、滤波器容量、调相机配置容量，表2提供9回直流多馈入有效短路比，表3提供各直流直接交互作用因子，可以计算得表4所示9回直流恢复优先级综合指标(本实施例中，各直流最大换相失败允许次数均取3次)。
根据各直流恢复优先级综合指标和公式(4)，计算得到表4的各回直流换相失败预测环节门槛值(保留2位小数)。
将各直流换相失败预测门槛值修改为计算得到的门槛值，利用时域仿真，对全网500kV及以上线路故障进行扫描仿真，统计定值修改前后各直流换相失败次数变化，如表5所示。
计算定值修改前后，直流换相失败功率冲击对时间的累积效应指标，如表6所示。该指标越小，表明对应参数下受端故障导致的直流换相失败功率-时间累积效应的数学期望越小，即对受端电网的整体冲击越小。根据表6的计算结果，参数优化后受端故障导致的直流换相失败功率总冲击较小，有利于受端系统安全稳定运行。
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 (5)

1.一种综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据各直流送受端电网安全稳定运行约束及直流控保自身承受能力约束，确定各直流的最大允许换相失败次数，设第i个直流的最大允许换相失败次数为Ni，i＝1,2，……，n，其中n为所有直流的总数；
2)确定各直流配套调相机总装机容量，设第i个直流配套调相机总装机容量为Qgi；
3)计算各直流的自恢复能力指标；
4)计算计及直流配套调相机影响的直流恢复对其它直流无功支撑能力的影响指标；
5)计算各直流恢复优先级指标；
6)根据步骤5)计算的各直流恢复优先级指标，确定各回直流换相失败预测环节门槛值。
2.根据权利要求1所述的综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法，其特征在于，所述步骤3)中，各直流的自恢复能力指标的计算方法如式(1)所示：
<mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>C</mi> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Si为第i个直流的自恢复能力指标，MSCRi为第i个直流的多馈入有效短路比，Pi为第i个直流的逆变侧输出功率。
3.根据权利要求1所述的综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法，其特征在于，所述步骤4)中，计及配套调相机影响的直流恢复对其他直流无功支撑能力的影响指标计算方法如式(2)所示：
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mfrac> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Fi为第i个直流恢复对其他直流无功支撑能力的影响指标，Zij为第i个直流逆变站换流母线与第j个直流逆变站换流母线之间的互阻抗，Zii为第i个直流逆变站换流母线自阻抗，Qci为第i个直流的交流滤波器投入容量，Qgi为第i个直流配套调相机装机容量，Pj为第j个直流的逆变侧输出功率。
4.根据权利要求1所述的综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法，其特征在于，所述步骤5)中，各直流恢复优先级指标计算方法如式(3)所示：
Ri＝Ni*Fi*Si (3)
其中，Ri为第i个直流恢复优先级指标。
5.根据权利要求1所述的综合调相机支撑能力和多馈入直流交互影响的直流换相失败预测环节启动值整定方法，其特征在于，所述步骤6)中，各回直流的换相失败预测环节门槛值计算方法如式(4)所示：
Vk＝0.85-(0.2/n)*(k-1) (4)
式中，Vk为第k个直流的换相失败预测环节门槛值，k为按Ri指标由小到大排序的第k回直流编号。
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