CN108400609B - 适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，该方法基于电力系统安全稳定量化分析技术，结合高压直流输电系统典型运行方式下多馈入交互作用因子、多馈入有效短路比及节点相对暂态电压跌落面积指标，提出直流输电逆变侧调相机加装站点的最佳选择方案。本发明能够有效的加强直流输电系统受端交流系统强度，降低本地换相失败的可能性，从而进一步抑制多馈入直流的同时换相失败。

Description

适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其是涉及调相机在多馈入直流输电系统中动态无功补偿以抑制直流换相失败的选址方法。
背景技术
调相机作为旋转设备，与SVC、STATCOM等基于电力电子技术的装置相比，既为系统提供短路容量，增强受端交流系统强度，又具有更好的无功出力特性，在恢复直流受端暂态电压、抑制直流换相失败、提高系统稳定性等方面具有独特优势。故障发生前后，次暂态过程中调相机机端瞬间电势保持不变并发出大量无功，支撑电网电压，尤其对于多直流馈入电网，可减少多回直流同时换相失败几率，提高电网安全稳定水平；电压大幅跌落的暂态过程中，调相机可进入强励状态，短时发出额定容量2倍以上无功功率，为系统提供紧急无功支撑，有助于直流功率和系统电压迅速恢复，防止电压崩溃；调相机具备滞相和进相的持续运行能力，对于故障后可能存在的系统电压无法恢复至稳态状态的情况，调相机可进入滞相运行状态，持续改善系统稳态电压水平。
调相机不同站点配置对高压直流输电系统稳定性影响效果不同，而且调相机的选址必须考虑机端所交流母线系统强度、多回馈入直流间交互作用强度因素，以达到增加直流输电受端交流系统强度，降低本地换相失败几率，从而进一步抑制多回直流同时换相失败的目的。采用传统方法配置调相机时，常忽略调相机可提高机端交流系统短路容量、增大系统强度的特性，割裂配置地点与高压直流受端交流系统强度的交互作用关系，无法发挥调相机的最佳性能。
高压直流输电系统中，调相机最佳配置地点随受端交流系统强度及回馈入直流间交互作用强度不同而不同。因此，必须综合考虑调相机配置地点在不同系统状态下的控制效果，进而得到优化的配置方案。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，以降低本地直流换相失败几率从而减小多馈入直流同时换相失败可能性为目标，本发明提供一种适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法。
技术方案：一种适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，包括以下步骤：
(1)确定待研究的区域电网，记系统夏季高峰典型运行方式下所研究的区域电网为S，区域电网S中包含多条直流馈入回路；
(2)在网内负荷接入水平不同情况下，利用电力系统综合分析软件PSD-BPA计算典型运行方式下区域电网S内各馈入直流之间多馈入交互作用因子；设定故障时直流同时换相失败风险阈值，若所述多馈入交互作用因子大于该风险阈值，选择该馈入直流的落点，并将所述落点出线二级断面所在的区域认为是故障时直流同时换相失败风险较大区域，记为区域A；
(3)计算区域A内各馈入直流受端交流系统多馈入有效短路比；并对各馈入直流受端交流系统多馈入有效短路比进行排序，选取指标值最小的线路确定为故障时易发生逆变侧本地换相失败的直流线路，记为直流线路L；
(4)分析直流线路L，确定直流落点逆变站及周围节点为调相机最佳动态无功补偿候选安装节点，记为候选节点K；
(5)计算候选节点K出线三永N-1故障下相对暂态电压跌落面积指标；相对暂态电压跌落面积指标大于0.07的节点为调相机最佳动态无功补偿安装节点；
(6)若系统扰动或故障严重，单一站点调相机无功支撑效果不佳时，选择相对暂态电压跌落面积指标次之的站点，再次加装适当容量调相机以达到效果最佳。
优选的，设i、j为区域电网S中的直流回路编号，换流母线i为第i回直流上的换流母线，换流母线j为第j回直流上的换流母线，步骤(2)中的多馈入交互作用因子指：当换流母线i投入对称三相电抗器，使得换流母线i上的电压下降1％时，换流母线j的电压变化率，采用下式计算：
Figure BDA0001579313620000021
其中，Zii为换流母线i自阻抗；Zji为换流母线j与换流母线i间互阻抗；MIIFji为多馈入交互作用因子；ΔUj为换流母线j的电压变化值；Ui为换流母线i上的初始电压。
优选的，步骤(2)中的故障时直流同时换相失败风险阈值设为0.15。
优选的，步骤(3)多馈入有效短路比的计算方法为：
Figure BDA0001579313620000022
PPBRi＝Pdi/Pdj
其中，i、j为直流回路编号；MESCRi为第i回直流多馈入有效短路比；Zi.pu为换流器i对应交流系统等值阻抗；Zio.pu为其余与换流器i耦合的交流系统等值阻抗和；Bi.pu为换流器i对应的交流滤波器及并联电容导纳标幺值；Pdi、Pdj为别为第i回直流与第j回直流的传输功率；换流器i指第i回直流上的换流器，换流器j指第j回直流上的换流器。
优选的，步骤(5)中相对暂态电压跌落面积指标的计算方法为：
其中，i、j为直流回路编号，ΔSi为节点i出线故障后其余节点相对节点i的暂态电压跌落面积；N为节点i外的节点个数；
Figure BDA0001579313620000032
为节点j电压第一次跌落至70％额定值时刻；
Figure BDA0001579313620000033
为节点j电压跌落至70％额定值以下后，重回70％额定值且之后一直维持在其以上的时刻；
Figure BDA0001579313620000034
为故障前系统稳定运行时节点j电压；
Figure BDA0001579313620000035
为故障后节点j电压最低值；节点i指第i回直流上的节点；节点j指第j回直流上的节点。
有益效果：本发明提供一种适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，应用于高压直流输电系统逆变侧交流系统中，可以实现系统稳定运行与安全需求的协调统一，提高电网安全稳定裕度，可产生如下技术效果：
1、采用该方法，可有效评估不同调相机安装站点对高压直流输电系统安全稳定特性的综合影响效果；
2、针对某回特定直流输电线路，采用该方案可有效提高其受端交流系统网架强度，增强系统无功支撑能力，减小本地直流换相失败的可能性；
3、对于某特定多馈入直流系统，采用该方案可有效降低交互作用强度大的直流线路当某一回直流逆变站内发生本地换相失败后诱发其他直流逆变站同时发生换相失败的风险。
附图说明
图1是本发明方法流程框图；
图2是本发明实施例所描述的华东电网地理接线图；
图3是本发明实施例所描述的调相机最佳动态无功补偿大致区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例以华东电网2018规划网架和夏季高峰典型数据为例进行实验，地理接线示意图如图2所示，图2中大圆表示高电压等级的站点，小圆表示低电压等级的站点，矩形框表示发电厂。
适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，如图1所示，包括以下步骤：
确定华东电网为待研究的场景电网；选定调相机作为应对华东电网多馈入直流换相失败的最佳动态无功补偿装置后，采用公式(1)计算典型运行方式下华东电网内10回直流逆变站间的多馈入交互作用因子MIIF，结果如表1。设i、j为区域电网S中的直流回路编号，换流母线i为第i回直流上的换流母线，换流母线j为第j回直流上的换流母线，其中，Zii为换流母线i自阻抗；Zji为换流母线j与换流母线i间互阻抗；MIIFji为多馈入交互作用因子；ΔUj为换流母线j的电压变化值；Ui为换流母线i上的初始电压。
Figure BDA0001579313620000041
表1华东电网10回直流逆变站间MIIF
Figure BDA0001579313620000042
MIIF越大，则逆变站间交互作用越强，一处逆变站本地换相失败后诱发其他逆变站同时换相失败的可能性越大。工程认为，MIIF＜0.15时可忽略直流间相互作用，看作相互不影响的单馈入直流。按照各馈入直流间MIIF较大的方法来确定故障时直流同时换相失败风险较大的区域。
由表1可知，落点政平、苏州、金华和绍兴的龙政、锦苏、宾金、灵绍直流与落点上海及苏中地区的其他6回直流间多馈入交互作用因子几乎都小于0.15，可看作为单馈入直流系统，而葛南、林枫、复奉、宜华、晋北、锡泰直流间交互作用明显，任意1回直流发生换相失败极易造成另外几回直流同时换相失败。图3所示，确定落点上海及苏中地区的6回直流(葛南、林枫、复奉、宜华、晋北、锡泰直流)逆变侧换流母线近区范围(选择该馈入直流的落点，并将所述落点出线二级断面所在的区域认为是逆变侧换流母线近区)作为调相机最佳动态无功补偿大致区域。
MESCR可以更好的客观体现直流系统间耦合关系，衡量直流回路系统强度及相互间影响程度，采用公式(2)进行计算；考虑到多馈入直流输电系统各条直流回路的传输功率可能不同，可用功率基准比(power based ratio，PBR)来表征，定义公式(3)。计算图3区域内6回直流线路逆变侧换流母线在典型运行方式下的多馈入有效短路比MESCR，排序情况如表2。
Figure BDA0001579313620000051
PPBRi＝Pdi/Pdj (3)
其中，i为直流回路编号；MESCRi为第i回直流多馈入有效短路比；Zi.pu为换流器i对应交流系统等值阻抗；Zio.pu为其余与换流器i耦合的交流系统等值阻抗和；Bi.pu为换流器i对应的交流滤波器及并联电容导纳标幺值。Pdi、Pdj为别为第i回直流与第j回直流的传输功率；换流器i指第i回直流上的换流器，换流器j指第j回直流上的换流器。
表2华东电网各直流MESCR
Figure BDA0001579313620000052
MESCR越大，直流受端交流系统强度越大，越是能够在系统受到扰动时提供强大无功支撑，抑制换流母线电压跌落，降低本地换相失败风险，从而提高整个系统的稳定性。可以根据传统单馈入交直流系统强度划分标准，利用MESCR判断多馈入交直流系统强弱的标准为：①极弱系统，MESCR＜1.5；②弱系统，1.5＜MESCR＜2.5；③强系统，MESCR＞2.5。按照各馈入直流受端交流系统MESCR较小的方法来确定故障时易发生逆变侧本地换相失败的直流线路。但对于MESCR值较大的强系统而言，通过将MESCR值排序，选择MESCR值最小的线路确定为故障时易发生逆变侧本地换相失败的直流线路。
由表2可知，图3区域内6回直流线路逆变侧换流站母线系统MESCR指标均大于3，但落点上海奉贤、南桥、枫泾的3回直流MESCR指标小于3.4，系统强度相比较弱，华东电网发生严重故障或受到大的扰动时，复奉、葛南、林枫直流受端换流站发生本地换相失败的风险相对较高，为区域内最佳动态无功补偿直流线路。
典型运行方式下，仿真模拟选定的三回直流线路受端落点换流站及其周围节点奉贤站、南桥站、枫泾站、远东站、新余站、练塘站、亭卫站、泗泾站、三林站，这些作为调相机最佳动态无功补偿候选安装节点，计算筛选出来的这些候选节点出线三永N-1故障下相对暂态电压跌落面积指标，计算公式见式(4)，指标排序情况如表3。
其中，ΔSi为节点i出线故障后，其余节点相对节点i的暂态电压跌落面积；N为节点i外的节点个数；
Figure BDA0001579313620000062
为节点j电压第1次跌落至70％额定值时刻；
Figure BDA0001579313620000063
为节点j电压跌落至70％额定值以下后，重回70％额定值且之后一直维持在其以上的时刻；
Figure BDA0001579313620000064
为故障前系统稳定运行时节点j电压；
Figure BDA0001579313620000065
为故障后节点j电压最低值；节点i指第i回直流上的节点，节点j指第j回直流上的节点。
表3候选节点相对暂态电压跌落指标RTVDAI
Figure BDA0001579313620000066
RTVDAI表示的是故障后其余受影响节点电压低于暂态电压稳定最低要求后，失稳时长与电压跌落深度乘积(暂态电压跌落面积)的平均数，指标数值越大，代表故障节点对其余节点影响能力越大。按照节点RTVDAI较大的方法来确定调相机最佳动态无功补偿安装节点。由表3可知，亭卫站相对暂态电压跌落面积指标值最大，可选作为安装调相机的最佳动态无功补偿位置。查阅工程数据可知，亭卫站主变压器容量为2000×2MVA，已有规划配置固定无功补偿容量为180×2Mvar，则可配置两台容量为300Mvar的调相机。若亭卫站所安装调相机无功支成效果不佳，可在新余站安装同样规格数量的调相机以增强效果。

Claims (5)

1.一种适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定待研究的区域电网，记系统夏季高峰典型运行方式下所研究的区域电网为S，区域电网S中包含多条直流馈入回路；
(2)在网内负荷接入水平不同情况下，利用电力系统综合分析软件PSD-BPA计算典型运行方式下区域电网S内各馈入直流之间多馈入交互作用因子；设定故障时直流同时换相失败风险阈值，若所述多馈入交互作用因子大于该风险阈值，选择该馈入直流的落点，并将所述落点出线二级断面所在的区域认为是故障时直流同时换相失败风险较大区域，记为区域A；
(3)计算区域A内各馈入直流受端交流系统多馈入有效短路比；并对各馈入直流受端交流系统多馈入有效短路比进行排序，选取指标值最小的线路确定为故障时易发生逆变侧本地换相失败的直流线路，记为直流线路L；
(4)分析直流线路L，确定直流落点逆变站及周围节点为调相机最佳动态无功补偿候选安装节点，记为候选节点K；
(5)计算候选节点K出线三永N-1故障下相对暂态电压跌落面积指标；相对暂态电压跌落面积指标大于0.07的节点为调相机最佳动态无功补偿安装节点；
(6)若系统扰动或故障严重，单一站点调相机无功支撑效果不佳时，选择相对暂态电压跌落面积指标次之的站点，再次加装适当容量调相机以达到效果最佳。
2.根据权利要求1所述的适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，其特征在于，设i、j为区域电网S中的直流回路编号，换流母线i为第i回直流上的换流母线，换流母线j为第j回直流上的换流母线，步骤(2)中的多馈入交互作用因子指：当换流母线i投入对称三相电抗器，使得换流母线i上的电压下降1％时，换流母线j的电压变化率，采用下式计算：
Figure FDA0002303558680000011
其中，Zii为换流母线i自阻抗；Zji为换流母线j与换流母线i间互阻抗；MIIFji为多馈入交互作用因子；ΔUj为换流母线j的电压变化值；Ui为换流母线i上的初始电压。
3.根据权利要求1所述的适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，其特征在于，步骤(2)中的故障时直流同时换相失败风险阈值设为0.15。
4.根据权利要求1所述的适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，其特征在于，步骤(3)多馈入有效短路比的计算方法为：
Figure FDA0002303558680000021
PPBRi＝Pdi/Pdj
其中，i、j为直流回路编号；MESCRi为第i回直流多馈入有效短路比；Zi.pu为换流器i对应交流系统等值阻抗；Zio.pu为其余与换流器i耦合的交流系统等值阻抗和；Bi.pu为换流器i对应的交流滤波器及并联电容导纳标幺值；PPBRi为功率基准比，表征各直流传输功率之间的关系，Pdi、Pdj为别为第i回直流与第j回直流的传输功率；换流器i指第i回直流上的换流器，换流器j指第j回直流上的换流器。
5.根据权利要求1所述的适应于调相机的抑制多馈入直流换相失败选址方法，其特征在于，步骤(5)中相对暂态电压跌落面积指标的计算方法为：
Figure FDA0002303558680000022
其中，i、j为直流回路编号，ΔSi为节点i出线故障后其余节点相对节点i的暂态电压跌落面积；N为节点i外的节点个数；
Figure FDA0002303558680000023
为节点j电压第一次跌落至70％额定值时刻；为节点j电压跌落至70％额定值以下后，重回70％额定值且之后一直维持在其以上的时刻；
Figure FDA0002303558680000025
为故障前系统稳定运行时节点j电压；
Figure FDA0002303558680000026
为故障后节点j电压最低值；
Figure FDA0002303558680000027
为系统稳定运行时节点j额定电压值；节点i指第i回直流上的节点；节点j指第j回直流上的节点。
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