CN107994619B - 一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法和系统，包括：根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及该故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；基于开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式。该方法和系统通过筛选无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式，使得含有多馈入直流输电系统的交直流系统的电压保持稳定。

Description

一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法和系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法和系统。

背景技术

特高压直流具有送电容量大、交直流耦合关联效应强等特性，直流馈入将会显著改变受端电网的动态特性和安全稳定水平。

特高压直流在系统中所占的比例越来越大，相对而言交流系统变得越来越弱。特高压直流系统对于受端交流系统表现为不利的“无功负荷特性”，它在为受端交流系统提供电力的同时，需要消耗的无功功率约为直流传输功率的40％～60％，这给交流系统的电压支撑能力带来了压力，使得交直流系统的电压稳定性问题变得日益突出。在交直流输电系统中，在考虑稳定性问题时，最值得关注的是电压稳定问题。在对特高压直流进行电压稳定分析时，由于逆变侧可能发生换相失败故障，所以更感兴趣的是和受端交流系统相连的逆变侧。特别是对于多馈入直流输电系统来说，系统的某个故障可能导致多个换流器相继或同时换相失败，从而使得受端交流系统出现较大的功率缺额，导致电压不稳定或电压崩溃。

多馈入直流系统有着更复杂的交直流系统间及各直流子系统间的相互作用，这使得含有多馈入直流输电系统的交直流系统的电压稳定问题更加突出，现有直流输电系统开机方式难以应对多馈入直流输电。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法和系统。该方法和系统可以通过对多馈入直流输电系统的故障分析，在确保系统故障后满足单一元件故障的要求，并且使得发生严重故障后多馈入直流输电系统的直流发生换相失败的次数最少，并为故障后系统恢复创造有利条件。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法，其改进之处在于：

根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；

基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

基于所述开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，包括：

根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入的站点；

扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障；

选取所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障，包括：

扫描所述多馈入直流输电系统中受入的所有直流的单极闭锁故障，比较所述站点输出的无功功率，得出无功变化量最大的直流故障。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述选取所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，包括：

计算所述故障下，所述多馈入直流输电系统中所有发电机组的无功功率在输出的无功有功总功率中的比例；

比较所有发电机的所述比例和预设阈值，得到所述比例大于预设阈值的发电机组。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式包括：

对所述无功输出比例大于预设阈值的发电机组按灵敏度排序；

增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述基于所述开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式，包括：

基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少；

对所述评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少，当评估结果为否时，跳转到调整开机方式，直到判断结果为是。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述对评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式，包括：

对评估结果，进行单一元件故障下的安全稳定计算并评估是否满足单一元件故障下的安全稳定评估标准；若符合所述单一元件故障下的安全稳定评估标准，则选定所述开机方式为多馈入直流输电系统开机方式；否则，跳转到调整开机方式。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述严重故障包括：

电力系统主网架线路三相永久性短路跳双回故障和变电站双主变压器故障。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述单一元件故障下的安全稳定评估标准，包括：

正常运行方式下的多馈入直流输电系统发生单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，保持所述多馈入直流输电系统稳定运行和所述多馈入直流输电系统的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连续跳闸。

一种多馈入直流输电系统开机方式优化系统，其改进之处在于，包括：故障及机组选择模块、开机方式调整模块和开机方式确定模块；

所述故障及机组选择模块用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；

所述开机方式调整模块用于基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

所述开机方式确定模块用于基于所述开机方式进行安全稳定计算，对所述计算结果进行评估，确定多馈入直流输电系统开机方式。

本发明提供的第十优选技术方案，其改进之处在于，所述故障及机组选择模块包括站点确定子单元、故障选取子单元和机组选取子单元；

所述站点确定子单元用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入的站点；

所述故障选取子单元用于扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障；

所述机组选取子单元用于选取所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。

本发明提供的第十一优选技术方案，其改进之处在于，所述开机方式调整模块包括排序子单元和调整子单元；

所述排序子单元用于对所述无功输出比例大于预设阈值的发电机组按灵敏度排序；

所述调整子单元用于增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力。

本发明提供的第十二优选技术方案，所述开机方式确定模块包括：严重故障评估子单元和单一元件故障评估子单元；

所述严重故障评估子单元用于基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少；

所述单一元件故障评估子单元用于对所述评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明通过筛选无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式，使得含有多馈入直流输电系统的交直流系统的电压保持稳定。

在确保多馈入直流输电系统满足单一元件故障后不需要采取措施即可以恢复稳定运行的要求的基础上，使得该输电系统发生严重故障后直流发生换相失败的次数最少，并为故障后系统恢复创造有利条件；提高了电网抵抗电压失稳风险的能力；提高了电网安全稳定高效经济运行水平。

附图说明

图1为本发明提供的一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法详细流程示意图；

图3为一个具体的多馈入直流输电系统结构示意图；

图4为上海电网馈入的各直流发生换相失败后的从系统受入的无功功率；

图5为复奉直流故障后，在直流换相失败恢复过程中500kv发电机组向系统传送的无功功率；

图6为复奉直流故障后，在直流换相失败恢复过程中220kv发电机组向系统传送的无功功率；

图7为原开机方式和经过修改后的开机方式下，复奉直流功率随时间变化。

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详细说明。

本发明提供的一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法流程示意图如图1所示，包括：

根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及该故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；

基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

基于开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式。

具体的，多馈入直流输电系统开机方式优化方法详细流程示意图如图2所示，包括：

步骤1：读取多馈入直流输电系统数据，并确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；步骤1包括：

步骤1-1：读取系统数据，确定直流受入的站点；

步骤1-2：扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得直流受入站点无功变化量最大的直流故障；

步骤1-2具体为：扫描多馈入直流输电系统中受入的所有直流的单极闭锁故障，通过比较输出的直流受入站点的无功功率，得出无功变化量最大的直流故障，即得出对系统影响最大的直流。

步骤1-3：选取的直流故障情况下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。其中，阈值可设为20％。

步骤1-3具体为：先计算步骤1-2得出的直流单极闭锁故障下，输电系统中所有的发电机组的无功功率，并计算发电机组的无功功率在输出的无功有功总功率中的比例；

比较故障时所有发电机的无功输出比例，得到比例大于阈值的发电机组，即得出对故障影响最大的几个发电机组。

步骤2：基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式，步骤2包括：

步骤2-1：对步骤1-3得到的对故障影响最大的发电机组，按灵敏度排序；

步骤2-2：增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力，减少的出力值等于增加的出力值；其中，无功比例高的机组为灵敏度高的机组，无功比例低的机组为灵敏度低的机组。

步骤3：基于开机方式进行安全稳定计算，对计算结果进行评估，确定多馈入直流输电系统开机方式；步骤3包括：

步骤3-1：根据步骤1-2得到的对系统影响最大的直流故障，针对该故障对应的直流近区开展严重故障冲击下的安全稳定计算，判断步骤2-2调整的开机方式是否满足电力系统安全稳定约束且直流换向失败换相失败次数最少，当判断结果为是，则继续进行步骤3-2；否则返回步骤2-2。

其中，严重故障即为N-2故障，包括电力系统主网架线路三相永久性短路跳双回故障及变电站双主变压器故障。

步骤3-2：对步骤3-1得到的开机方式进行单一元件故障下的安全稳定评估，确定多馈入直流输电系统开机方式，具体为：根据步骤3-1得到的开机方式，进行单一元件故障安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定评估标准；若满足，则确定为最终的开机方式；若不满足，则返回步骤2-2。

其中，单一元件故障即为N-1故障，单一元件故障下的安全稳定评估标准为：电力系统运行方式满足《电力系统稳定导则》的要求，即正常运行方式下的电力系统发生单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，保持电力系统稳定运行和电力系统的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连续跳闸。

下面结合附图给出一个具体的实施例。

以图3所示的电力系统为例，有如下实施例：

A、读取上海电力系统研究水平年方式数据作为研究基础，网架结构图如图3所示。

B、基础方式下，宜华直流、枫泾直流、葛沪直流、复奉直流共四条直流接入上海电网。采用人工设置换相失败的仿真计算方法，对比分析馈入上海四回特高压直流在换相失败期间的无功需求。上海电网馈入的各直流发生换相失败后的从系统受入的无功功率如图4和表1所示，可以看出在直流换相失败恢复过程中复奉直流从系统吸收的无功量最多，宜华直流从系统吸收的无功量最小。仿真结果表明，四回直流中，复奉直流换相失败过程中从系统吸收的无功最多，达2000Mvar，超出剩余三回直流无功需求总和835Mvar。复奉直流换相失败问题成为首要制约因素。接下来将主要分析复奉直流故障对于电网的影响。

表1

序号	直流名称	吸收无功最大量
			1	复奉直流	2000
2	葛南直流	500
			3	枫泾直流	625
4	宜华直流	40

C、针对复奉直流，采取人工设置换相失败仿真计算方法，其换相失败期间，近区近端发电机会向系统提供动态无功支撑。复奉直流故障后，在直流换相失败恢复过程中各发电机组向系统传送的无功功率如图5～图6和表2所示，可以看出输送500kV电厂以上漕、外三和外二机组提供的无功最多，输出约150Mvar，占无功额定容量的比例为30％左右；220kV发电机组向系统传送的最大无功以远东的临港燃机和奉贤二厂，输出约50Mvar，占无功额定容量的比例为20％-50％。从灵敏度分析，500kV等级的电厂中，外三厂、外二厂和上漕机组对复奉直流换相失败恢复过程中的无功支撑能力是最大的；220kV等级的电厂中，远东的临港燃机和奉贤二厂机组对复奉直流换相失败恢复过程中的无功支撑能力是最大的，其次是漕泾热电、金山煤、外一等机组。因此，在开机方式调整时，应尽量多开500kV等级的外三厂、外二厂和上漕机组，220kV等级的临港燃机、奉贤二厂、漕泾热电、金山煤、外一等机组，以增加对系统抗扰动的动态无功支撑能力。

表2

D、数字仿真表明，在原方式下，特高压安吉-练塘线路发生N-2故障后将会导致复奉直流发生两次换相失败；通过采用减少石二、石一、石新等机组的出力，增加外一、临港燃机、奉贤二厂、漕泾热电、金山煤等机组的出力，特高压安吉-练塘线路发生N-2故障后将会导致复奉直流仅发生一次换相失败，提高了系统运行的稳定性。经过调整，开机方式变化的机组的信息以及原开机方式和修改后的开机方式如表3所示，原开机方式和经过修改后的开机方式下，复奉直流功率随时间变化如图7所示。

表3

基于同一发明构思，本发明还提供了一种多馈入直流输电系统开机方式优化系统，由于这些设备解决技术问题的原理与多馈入直流输电系统开机方式优化方法相似，重复之处不再赘述。

该系统包括：

故障及机组选择模块、开机方式调整模块和开机方式确定模块；

其中，故障及机组选择模块用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及该故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；

开机方式调整模块用于基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

开机方式确定模块用于基于开机方式进行安全稳定计算，对计算结果进行评估，确定多馈入直流输电系统开机方式。

其中，故障及机组选择模块包括站点确定子单元、故障选取子单元和机组选取子单元；

站点确定子单元用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入的站点；

故障选取子单元用于扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得该站点无功变化量最大的直流故障；

机组选取子单元用于选取该故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。

其中，开机方式调整模块包括排序子单元和调整子单元；

排序子单元用于对无功输出比例大于预设阈值的发电机组按灵敏度排序；

调整子单元用于增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力。

其中，开机方式确定模块包括：严重故障评估子单元和单一元件故障评估子单元；

严重故障评估子单元用于基于开机方式进行故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少；

单一元件故障评估子单元用于对评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式。

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。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多馈入直流输电系统开机方式优化方法，其特征在于：

根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；

计算所述故障下，所述多馈入直流输电系统中所有发电机组的无功功率在输出的无功有功总功率中的比例；

比较所有发电机的所述比例和预设阈值，得到所述比例大于预设阈值的发电机组；

基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

基于所述开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式；

所述基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式包括：

对所述无功输出比例大于预设阈值的发电机组按灵敏度排序；

增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力；其中，无功比例高的机组为灵敏度高的机组，无功比例低的机组为灵敏度低的机组。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，包括：

根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入的站点；

扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障；

选取所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障，包括：

扫描所述多馈入直流输电系统中受入的所有直流的单极闭锁故障，比较所述站点输出的无功功率，得出无功变化量最大的直流故障。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述开机方式进行安全稳定计算，确定多馈入直流输电系统开机方式，包括：

基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少；

对所述评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少，当评估结果为否时，跳转到调整开机方式，直到判断结果为是。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式，包括：

对评估结果，进行单一元件故障下的安全稳定计算并评估是否满足单一元件故障下的安全稳定评估标准；若符合所述单一元件故障下的安全稳定评估标准，则选定所述开机方式为多馈入直流输电系统开机方式；否则，跳转到调整开机方式。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述严重故障包括：

电力系统主网架线路三相永久性短路跳双回故障和变电站双主变压器故障。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单一元件故障下的安全稳定评估标准，包括：

正常运行方式下的多馈入直流输电系统发生单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，保持所述多馈入直流输电系统稳定运行和所述多馈入直流输电系统的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连续跳闸。

9.一种多馈入直流输电系统开机方式优化系统，其特征在于，包括：故障及机组选择模块、开机方式调整模块和开机方式确定模块；

所述故障及机组选择模块用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入站点无功变化量最大的直流故障及所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组；计算所述故障下，所述多馈入直流输电系统中所有发电机组的无功功率在输出的无功有功总功率中的比例；比较所有发电机的所述比例和预设阈值，得到所述比例大于预设阈值的发电机组；

所述开机方式调整模块用于基于故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组，调整开机方式；

所述开机方式确定模块用于基于所述开机方式进行安全稳定计算，对所述计算结果进行评估，确定多馈入直流输电系统开机方式；

所述开机方式调整模块包括排序子单元和调整子单元；

所述排序子单元用于对所述无功输出比例大于预设阈值的发电机组按灵敏度排序；

所述调整子单元用于增加灵敏度最高的发电机组出力，相应减少灵敏度最低的发电机组出力；其中，无功比例高的机组为灵敏度高的机组，无功比例低的机组为灵敏度低的机组。

10.如权利要求9所述的优化系统，其特征在于，所述故障及机组选择模块包括站点确定子单元、故障选取子单元和机组选取子单元；

所述站点确定子单元用于根据读取的多馈入直流输电系统数据，确定直流受入的站点；

所述故障选取子单元用于扫描受入直流单极闭锁故障，选取使得所述站点无功变化量最大的直流故障；

所述机组选取子单元用于选取所述故障下无功输出比例大于预设阈值的发电机组。

11.如权利要求9所述的优化系统，其特征在于，所述开机方式确定模块包括：严重故障评估子单元和单一元件故障评估子单元；

所述严重故障评估子单元用于基于所述开机方式进行所述故障对应的直流近区严重故障冲击下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束并使得直流换相失败次数最少；

所述单一元件故障评估子单元用于对所述评估结果进行单一元件故障下的安全稳定计算，评估其是否满足电力系统安全稳定约束，确定多馈入直流输电系统开机方式。

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