CN108173295B - 确定多馈入直流落点的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定多馈入直流落点的选择方法，该方法包括以下步骤：(a)针对选定的受端电网确定p个备选直流落点方案；(b)分别计算第i个备选直流落点方案的最大交直流支撑能力指数F₁(i)，最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和最小经济性指数F₃(i)；其中，根据多馈入短路比计算F₁(i)和根据电力平衡公式计算F₂(i)；其中，i＝1,2,3…p；(c)根据F₁(i)、F₂(i)和F₃(i)构建多目标矩阵D，并且对多目标矩阵D进行标准化处理从而得到方案矩阵D’；(d)计算方案矩阵D’的权重系数以得到方案指标S(D)；和(e)根据方案指标S(D)的最大值选择所述p个备选直流落点方案中的最佳直流落点方案。本发明旨在考虑不同直流并网方式的情况下选择满足受端电网稳定经济运行需要的多馈入直流落点方案。

Description

确定多馈入直流落点的选择方法

技术领域

本发明涉及直流电网输电领域，具体涉及一种确定多馈入直流落点的选择方法。

背景技术

直流电网的输电系统具有输送容量大、损耗小、能有效限制短路电路、适合区域间联网等优点，当大规模直流集中馈入各个受端电网时，在负荷密集地区会出现多回直流线路的直流落点同时落在较小的区域范围内，这会导致该区域的电力激增并超出该区域的电力空间，影响受端电网的稳定性，因此需要合理地将直流落点分配到各个受端电网中去，从电网稳定性和经济性的角度选择最优的多馈入直流落点方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定多馈入直流落点的选择方法，从交直流相互影响、电网稳定性、经济性等方面综合评价受端电网的多馈入直流落点方案的优劣，以选出最优的直流落点方案从而提高大电网的稳定经济运行能力；并且，本发明综合考虑了电力电力平衡、交直流系统相互耦合关系以及投资建设成本相对于，而且相对于现有技术，本发明还提供了一种直流并网方式的选择方法，从而更安全地保障电网的稳定经济运行。

本发明提供了一种确定多馈入直流落点的选择方法，包括以下步骤：(a)针对选定的受端电网，根据换流站交流侧并网电压、落点并网方式和落点位置确定p个备选直流落点方案；(b)分别计算第i个所述备选直流落点方案的最大交直流支撑能力指数F₁(i)，最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和最小经济性指数F₃(i)；其中，根 据多馈入短路比计算F₁(i)和根据电力平衡公式计算F₂(i)；其中，i＝1,2,3…p；(c)根据所述最大交直流支撑能力指数F₁(i)、所述最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和所述最小经济性指标F₃(i)构建多目标矩阵D，并且对所述多目标矩阵D进行标准化处理从而得到方案矩阵D’；(d)计算所述方案矩阵D’的权重系数以得到方案指标S(D)；和(e)根据所述方案指标S(D)的最大值选择所述p个备选直流落点方案中的最佳直流落点方案。

在一个实施例中，步骤(b)中，F₁(i)的计算步骤包括：计算所述多馈入短路比M_ij，M_ij是第i个所述备选直流落点方案对应的第j回直流的多馈入短路比；建立评估矩阵M；和通过短路比公式计算所述最大交直流支撑指数F₁(i)，所述短路比公式是

其中n是馈入所述受端电网的直流回路的个数。其中，短路比公式的约束条件是M_ij>M_min，所述M_min是所述评估矩阵M的最小元素。

仍在该实施例中，步骤(b)中，F₂(i)的计算步骤包括：设定第i个所述备选直流落点方案下共有n-m回新馈入所述受端电网的直流回路，以及共有K(i)个区域直接参与直流并网电力的消纳；计算所述K(i)个区域的电力空间Δ_k之和，其中，若某一区域同时消纳2回或以上直流回路的电力，则该区域的电力空间不作重复计算，若某一直流回路的所述落点并网方式是分层接入，则计算通过主变降压参与消纳的区域电力空间；和计算所述区域电力空间匹配指数F2(i)，其中，所述电力平衡公式是

其中，n是馈入所述受端电网的直流回路的回数，m是已建成投运的直流回路的回数，j是第j回直流回路，P_dij是第i个所述备选直流落点方案的第j回直流回路的送电容量。

仍在该实施例中，步骤(b)中，F₃(i)是I₁(i)+I₂(i)+I₃(i)，其中，I₁(i)是第i个所述备选直流落点方案下的新增直流系统的投建成本，I₂(i)是第i个所述备选直流落点方案下的所述新增直流系统的配套工程的投建成本，I₃(i)是第i个所述备选直流落点方案下的每年电网的损耗成本。

仍在该实施例中，步骤(c)中，多目标矩阵D如下表示：

标准化处理的转换公式如下：

和

决策矩阵D’如下表示：

仍在该实施例中，步骤(c)中，权重系数的计算步骤包括：若所述决策矩阵D’的行数是偶数2a，则所述权重系数的集合是

若所述决策矩阵D’的行数是奇数2a+1时，则所述权重系数的集合是：

式中，各项权重系数的区间为[0,1]，并且sum(Г)＝1。

仍在该实施例中，方案指标

其中，Q₁为0.4～0.6，Q₂为0.2～0.4，Q₃为0.2～0.4。

仍在该实施例中，所述分层接入是采用级联或分极的方式将直流回路接入不同电压等级的交流电网。

仍在该实施例中，所述K(i)个区域中不包括通过区间联络线消纳直流电力的区域。

另一实施例中，方案指标

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，首次提出了一种确定多馈入直流落点的 选择方法，针对任选的受端交流电网，从最大交直流支撑指数、最大区域电力空间匹配指数和最小经济性指数三个目标出发，从若干可选的直流落点方案中选择最佳直流落点方案。本发明不仅考虑了交直流系统耦合的稳定性和直流输电工程的经济性，还考虑了采用不同直流并网方式对受端电网的影响，并提出了相应的计算公式。进一步地，不同于现有技术中的分步骤选择方法，本发明提出了综合性的方案指标用于选择最佳直流落点方案。

术语

如本文所用，术语“直流并网方式”指包括受端换流站交流侧电压、落点位置以及落点方式的方法，包括换流站单落点并网方式、换流站级联双落点并网方式(单站址)、换流站级联双落点并网方式(双站址)以及级联和分极混合多落点并网方式。

如本文所用，术语“直流多馈入短路比”是2007年CIGRE成立工作组并提出了多馈入直流系统短路比的定义，其数学表达如下：

式中，M_i为第i回直流所对应的多馈入短路比，F_MIIji为第j回直流系统与第i回直流系统之间的交互影响因子；S_aci为第i回换流母线的短路容量；ΔU_j为第i回换流母线上投切小容量电容器引起的第j回换流母线电压变化量；n为系统中换流母线数量；ΔU_i为第i回换流母线上投切小容量电容器引起的第i回换流母线电压变化量；P_di和P_dj分别为第i回和第j回直流系统输电功率。

本发明提供了一种确定多馈入直流落点的选择方法，通过分别计算每个备选直流落点方案的最大交直流支撑能力指数F₁，最大区域电力空间匹配指数F₂和最小经济性指数F₃；获得每个备选直流落点方案的方案指标S(D)，综合考虑了在不同直流并网方式下交直流影响、经济性和电力空间匹配程度对电网稳定运行的影响，从而选择具有最大S(D)的备选直流落点方案作为最佳方案。

本发明相对于现有技术而言，主要优点包括：1、提出了最大区域电力空间匹配指数的计算公式，进而更加全面的考虑了影响受端电网稳定运行能力的因 素；2、提出了综合评价备选直流落点方案的的方案指标，能够更加合理地选择针对高压或超高压受端电网的直流落点方案；3、充分考虑了电力电量平衡、交直流系统相互耦合关系以及投建成本，通过定量分析提出确定多馈入直流落点方案的选择方法。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明涉及一种确定多馈入直流落点的选择方法，包括以下步骤：针对选定的受端电网，根据换流站交流侧并网电压、落点并网方式和落点位置列举p个备选直流落点方案；根据多馈入短路比计算最大交直流支撑能力指数F₁(i)，i＝1,2,3…p；根据电力平衡公式计算最大区域电力空间匹配指数F₂(i)，i＝1,2,3…p；计算最小经济性指数F₃(i)，i＝1,2,3…p；根据所述最大交直流支撑能力指数F₁(i)、 所述最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和所述最小经济性指标F₃(i)构建多目标矩阵D，并且对所述多目标矩阵D进行标准化处理从而得到决策矩阵D’；计算所述决策矩阵D’的权重系数从而得到方案指标S(D)；和根据所述方案指标S(D)的最大值选择所述p个备选直流落点方案中的最佳直流落点方案。

受端电网指的受端交流电网，在一个实施例中，选定的受端电网的特点是本地电源(发电站)少、与其他电网联通少的地区电网，其规格可以是上海电网或者华东电网。根据直流并网方式列举p个备选直流落点方案，具体地说，直流并网方式包括换流站交流侧并网电压、落点并网方式和落点位置，例如，换流站直流单落点并入500kV电网、换流站级联双落点并入500kV或1000kV电网、换流站分极双落点并入800kV或1100kV电网、换流站级联或分极多落点并入800kV或1100kV电网等。

直流输电线路并入受端交流电网需要考虑交直流相互影响、受端电网的稳定性以及直流输电系统的经济性等方面。仍然在该实施例中，针对列举的每一个备选直流落点方案，最大交直流支撑能力指数、最大区域电力空间匹配指数和最小经济性指数，。

设定最大交直流支撑能力指数是F₁(i)，i＝1,2,3…p，计算直流多馈入短路比M_ij，M_ij是第i个所述备选直流落点方案对应的第j回直流的多馈入短路比，直流多馈入短路比参考2007年CIGRE(国际大电网会议)成立工作组提出的多馈入直流系统短路比的定义进行计算，如下式所示：

式中，M_i为第i回直流所对应的多馈入短路比，F_MIIji为第j回直流系统与第i回直流系统之间的交互影响因子；S_aci为第i回换流母线的短路容量；ΔU_j为第i回换流母线上投切小容量电容器引起的第j回换流母线电压变化量；n为系统中换流母线数量；ΔU_i为第i回换流母线上投切小容量电容器引起的电压变化量；P_di和P_dj分别为第i回和第j回直流系统输电功率。

建立评估矩阵M，M可以如下表示：

通过短路比公式计算最大交直流支撑指数F₁(i)，短路比公式是

其中n是馈入所述受端电网的直流回路的回数；其中，该短路比公式的约束条件是是M_ij>M_min，M_min是评估矩阵M中最小的元素，该约束条件用于保证多馈入直流短路比的绝对大小以剔除多馈入短路比过小的直流落点方案。

仍然在该实施例中，设定最大区域电力空间匹配指数是F₂(i)，i＝1,2,3…p；设定第i个备选直流落点方案下共有n-m回新馈入受端电网的直流回路，以及共有K(i)个区域直接参与直流并网电力的消纳，其中，通过区域间联络线消纳直流并网电力的区域不计算在K(i)个区域内；计算K(i)个区域的电力空间Δ_k之和，其中，若某一区域同时消纳2回或以上直流回路的电力，则该区域的电力空间不作重复计算，若某一直流回路的所述落点并网方式是分层接入，即采用级联或分极的方式将直流回路接入不同电压等级的交流电网，则计算通过主变降压参与消纳的区域电力空间；然后，根据电力平衡公式计算最大区域电力空间匹配指数F₂(i)，电力平衡公式如下表示：

式中，n是馈入所述受端电网的直流回路的回数，m是已建成投运的直流回路的回数，j是第j回直流回路，P_dij是第i个所述备选直流落点方案的第j回直流回路的送电容量。

设定最小经济性指数是F3(i)，i＝1,2,3…p，在本发明的一个实施例中，F3(i)＝I1(i)+I₂(i)+I₃(i)，其中，I₁(i)和I₂(i)分别是第i个备选直流落点方案下的新增直流系统的投建成本及其配套工程的投建成本，投建成本通常折算至等年值，例如折算成20年耗费，配套工程包括但不限于直流换流站配套的送出线路以及无功补偿设备等，I₃(i)则取第i个备选直流落点方案下的每年受端电网的损耗费用。

根据上述最大交直流支撑能力指数F₁(i)、最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和最小经济性指标F₃(i)构建多目标矩阵D。矩阵D的行数是指数的个数，列数是备选直流落点方案的个数，在本实施例中，指数的个数是3，备选方案的个 数是p，因此多目标矩阵D可以如下表示：

随后对矩阵D进行标准化处理以消除量纲不统一的影响,从而得到各元素区间为[0,1]、数量级一致的决策矩阵D’。在一个实施例中，标准化处理的转换公式如下：

而且决策矩阵D’可以如下表示：

然后基于决策矩阵D’分别计算每个备选直流落点方案下的三个指数的权重系数以获得综合反映直流落点方案优劣的方案指标S(D)，具体的说，权重系数的计算方法如下：若所述决策矩阵D’的行数是偶数2a，则所述权重系数的集合是

若所述决策矩阵D’的行数是奇数2a+1时，则所述权重系数的集合是：

式中，各项权重系数的区间为[0,1]，并且sum(Г)＝1。

在本实施例中，基于上述三个指数，结合工程实际情况，对受端电网的稳定运行的影响度来说，交直流系统的耦合程度影响最大，其次是直流输电系统与受端电网电力空间的匹配程度，最后是经济性因素，因此，方案指标

其中，Q₁为0.4～0.6，Q₂为0.2～0.4，Q₃为0.2～0.4。在本发明的一个优选例中，方案指标

因此，针对选定的受端电网，其最佳多馈入直流落点方案是p个备选直流落点方案中S(D)值最大的直流落点方案。

测试例

针对2020年华东电网，列举了6个备选的直流落点方案，采用本发明提供的选择方法针对选取方案指标S(D)最大者为最佳直流落点方案，根据技术经济比较的计算结果，与其他备选方案的平均水平相比，最佳直流落点方案的交直流支撑能力指数提高约18％，电力空间匹配指数提高约24％，投资运行费用降低约8％。

Claims (9)

1.一种确定多馈入直流落点的选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)针对选定的受端电网，根据换流站交流侧并网电压、落点并网方式和落点位置确定p个备选直流落点方案；

(b)分别计算第i个所述备选直流落点方案的最大交直流支撑能力指数F₁(i)，最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和最小经济性指数F₃(i)；

其中，根据多馈入短路比计算F₁(i)和根据电力平衡公式计算F₂(i)，其中i＝1,2,3…p，其中，F₂(i)的计算步骤包括以下子步骤：

设定第i个所述备选直流落点方案下共有n-m回新馈入所述受端电网的直流回路，以及共有K(i)个区域直接参与直流并网电力的消纳；

计算所述K(i)个区域的电力空间Δ_k之和，其中，

若某一区域同时消纳2回或以上直流回路的电力，则该区域的电力空间不作重复计算，

若某一直流回路的所述落点并网方式是分层接入，则计算通过主变降压参与消纳的区域电力空间；和

计算所述区域电力空间匹配指数F₂(i)，其中，所述电力平衡公式是

其中，n是馈入所述受端电网的直流回路的回数，m是已建成投运的直流回路的回数，j是第j回直流回路，P_dij是第i个所述备选直流落点方案的第j回直流回路的送电容量；

(c)根据所述最大交直流支撑能力指数F₁(i)、所述最大区域电力空间匹配指数F₂(i)和所述最小经济性指标F₃(i)构建多目标矩阵D，并且对所述多目标矩阵D进行标准化处理从而得到决策矩阵D’；

(d)计算所述决策矩阵D’的权重系数以得到方案指标S(D)；和

(e)根据所述方案指标S(D)的最大值选择所述p个备选直流落点方案中的最佳直流落点方案。

2.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，步骤(b)中，F₁(i)的计算步骤包括：

计算所述多馈入短路比M_ij，M_ij是第i个所述备选直流落点方案对应的第j回直流的多馈入短路比；

建立评估矩阵M；和

通过短路比公式计算所述最大交直流支撑能力指数F₁(i)，所述短路比公式是

其中n是馈入所述受端电网的直流回路的个数。

3.根据权利要求2所述的选择方法，其特征在于，所述短路比公式的约束条件是M_ij>M_min，所述M_min是所述评估矩阵M的最小元素。

4.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，步骤(b)中，F₃(i)是I₁(i)+I₂(i)+I₃(i)，其中，I₁(i)是第i个所述备选直流落点方案下的新增直流系统的投建成本，I₂(i)是第i个所述备选直流落点方案下的所述新增直流系统的配套工程的投建成本，I₃(i)是第i个所述备选直流落点方案下的每年电网的损耗成本。

5.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，步骤(c)中，所述多目标矩阵D是

所述标准化处理的转换公式如下：

和

所述决策矩阵D’是

6.根据权利要求5所述的选择方法，其特征在于，步骤(d)中，所述权重系数的计算步骤包括：

若所述决策矩阵D’的行数是偶数2a，则所述权重系数的集合是

若所述决策矩阵D’的行数是奇数2a+1时，则所述权重系数的集合是：

式中，各项权重系数的区间为[0,1]，并且sum(Г)＝1。

7.根据权利要求5所述的选择方法，其特征在于，步骤(d)中，所述方案指标

其中，Q₁为0.4～0.6，Q₂为0.2～0.4，Q₃为0.2～0.4。

8.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述分层接入是采用级联或分极的方式将直流回路接入不同电压等级的交流电网。

9.根据权利要求1所述的确定多馈入直流落点的选择方法，其特征在于，所述K(i)个区域中不包括通过区间联络线消纳直流电力的区域。