CN109038572B - 考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法 - Google Patents

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CN109038572B CN201811002240.XA CN201811002240A CN109038572B CN 109038572 B CN109038572 B CN 109038572B CN 201811002240 A CN201811002240 A CN 201811002240A CN 109038572 B CN109038572 B CN 109038572B
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Abstract

本发明涉及一种考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，属于电力系统安全和控制技术领域。首先根据直流整流侧换流站和直流逆变侧换流站的不同运行方式，计算换流站的无功电压灵敏度；然后计算交直流混联电网发生故障后，得到当前运行状态下各母线电压变化量；最后计算交直流混联电网各母线的电压安全运行范围。本发明计算得到的交直流混联电网各母线的电压安全运行范围，可以保证电网的电压安全，保证供电的可靠性。

Description

考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法
技术领域
本发明涉及一种考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，属于电力系统安全和控制技术领域。
背景技术
我国已建成大规模交直流互联电网，“强直弱交”的特点十分明显。而直流网络运行时会消耗大量的动态无功功率，如果稳态时无功/电压运行方式不合理，一旦发生故障或扰动，将会对电网安全产生重大隐患。因此，如何确定合理的电压安全运行范围，保障交直流混联电网的电压安全，十分重要。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法。确保交直流混联电网发生故障后，仍然能够安全运行，提高电网运行的可靠性。
本发明提出的考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，包括以下步骤：
(1)直流整流侧换流站和直流逆变侧换流站的不同运行方式，计算换流站的无功电压灵敏度：
对于电网中第i条直流线路，直流整流侧换流站采用定电流控制模式，直流整流侧换流站的换流器对其母线电压的灵敏度SR,i可用下式计算：
Figure BDA0001783232160000011
其中，
Figure BDA0001783232160000012
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000013
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对触发角的偏导数，
Figure BDA0001783232160000014
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000015
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对触发角的偏导数；
对于电网中第i条直流线路，直流逆变侧换流站采用定熄弧角控制模式，直流逆变侧换流站的换流器对其母线电压的灵敏度SI,i可用下式计算：
Figure BDA0001783232160000021
其中，
Figure BDA0001783232160000022
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000023
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对电流的偏导数，
Figure BDA0001783232160000024
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000025
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电流的偏导数。
(2)计算交直流混联电网发生故障后，当前运行状态下各母线电压变化量
用牛顿-拉夫逊潮流计算方法，计算交直流混联电网第s个故障发生后，对应的电网母线变化量矩阵
Figure BDA0001783232160000026
其中Ng表示电网中非换流站母线的母线数量，Nd表示电网中包含的直流线路数量，
Figure BDA0001783232160000027
表示电网中第j个非换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(j＝1,2,…,Ng)，
Figure BDA0001783232160000028
表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(i＝1,2,…,Nd)，
Figure BDA0001783232160000029
表示第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(i＝1,2,…,Nd)。
(3)计算交直流混联电网各母线的电压安全运行范围
分别建立交直流混联电网各母线的电压安全运行范围上限和下限的目标函数如下：
Figure BDA00017832321600000210
Figure BDA00017832321600000211
其中，
Figure BDA00017832321600000212
和
Figure BDA00017832321600000213
分别表示电网中第j个非换流站母线节点正常运行的电压上限与下限；
Figure BDA00017832321600000214
和
Figure BDA00017832321600000215
分别表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限；
Figure BDA00017832321600000216
和
Figure BDA00017832321600000217
第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限。
上述目标函数的约束条件如下：
当前状态下，电网中非换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000031
其中，Sjk表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第j个非换流站母线电压的灵敏度系数，ΔQk表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量，
Figure BDA0001783232160000032
表示第j个非换流站母线电压的当前值，Vj 和
Figure BDA0001783232160000033
分别表示第j个非换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000034
其中，SR,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个整流侧换流站母线电压的灵敏度系数，
Figure BDA0001783232160000035
表示第i个整流侧换流站母线当前的电压值，VR,i 和
Figure BDA0001783232160000036
分别表示第i个整流侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000037
其中，SI,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个逆变侧换流站母线电压的灵敏度系数，
Figure BDA0001783232160000038
表示第i个逆变侧换流站母线当前的电压值，VI,i 和
Figure BDA0001783232160000039
分别表示第i个逆变侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，第k个无功功率补偿设备容量的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000316
其中，ΔQk 和
Figure BDA00017832321600000310
分别表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量下限值和上限值。
第s个故障发生后，电网中非换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000311
第s个故障发生后，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000312
第s个故障发生后，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000313
根据约束条件，求解上述目标函数，得到交直流混联电网各母线的电压安全运行范围
Figure BDA00017832321600000314
和
Figure BDA00017832321600000315
本发明提出的考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，其优点是：
1、本发明方法充分考虑了交直流混联电网的特性，可以保障系统内任一故障发生后，整个交直流混联电网仍然能够正常运行，有利于交直流混联电网的电压安全控制。
2、本发明方法无需在直流电网和交流电网间迭代求解，具有计算量小、计算速度快、计算结果精确的优点。
具体实施方式
本发明提出的考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，包括以下步骤：
(1)直流整流侧换流站和直流逆变侧换流站的不同运行方式，计算换流站的无功电压灵敏度：
对于电网中第i条直流线路，直流整流侧换流站采用定电流控制模式，直流整流侧换流站的换流器对其母线电压的灵敏度SR,i可用下式计算：
Figure BDA0001783232160000041
其中，
Figure BDA0001783232160000042
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000043
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对触发角的偏导数，
Figure BDA0001783232160000044
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000045
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对触发角的偏导数；
对于电网中第i条直流线路，直流逆变侧换流站采用定熄弧角控制模式，直流逆变侧换流站的换流器对其母线电压的灵敏度SI,i可用下式计算：
Figure BDA0001783232160000046
其中，
Figure BDA0001783232160000047
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure BDA0001783232160000048
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对电流的偏导数，
Figure BDA0001783232160000049
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电压的偏导数，
Figure BDA00017832321600000410
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电流的偏导数。
(2)计算交直流混联电网发生故障后，当前运行状态下各母线电压变化量
用牛顿-拉夫逊潮流计算方法，计算交直流混联电网第s个故障发生后，对应的电网母线变化量矩阵
Figure BDA0001783232160000051
其中Ng表示电网中非换流站母线的母线数量，Nd表示电网中包含的直流线路数量，
Figure BDA0001783232160000052
表示电网中第j个非换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(j＝1,2,…,Ng)，
Figure BDA0001783232160000053
表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(i＝1,2,…,Nd)，
Figure BDA0001783232160000054
表示第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量(i＝1,2,…,Nd)。
(3)计算交直流混联电网各母线的电压安全运行范围
分别建立交直流混联电网各母线的电压安全运行范围上限和下限的目标函数如下：
Figure BDA0001783232160000055
Figure BDA0001783232160000056
其中，
Figure BDA0001783232160000057
和
Figure BDA0001783232160000058
分别表示电网中第j个非换流站母线节点正常运行的电压上限与下限；
Figure BDA0001783232160000059
和
Figure BDA00017832321600000510
分别表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限；
Figure BDA00017832321600000511
和
Figure BDA00017832321600000512
第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限。
上述目标函数的约束条件如下：
当前状态下，电网中非换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000513
其中，Sjk表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第j个非换流站母线电压的灵敏度系数，ΔQk表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量，
Figure BDA00017832321600000514
表示第j个非换流站母线电压的当前值，Vj 和
Figure BDA00017832321600000515
分别表示第j个非换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000516
其中，SR,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个整流侧换流站母线电压的灵敏度系数，
Figure BDA0001783232160000061
表示第i个整流侧换流站母线当前的电压值，VR,i 和
Figure BDA0001783232160000062
分别表示第i个整流侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000063
其中，SI,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个逆变侧换流站母线电压的灵敏度系数，
Figure BDA0001783232160000064
表示第i个逆变侧换流站母线当前的电压值，VI,i 和
Figure BDA0001783232160000065
分别表示第i个逆变侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定。
当前状态下，第k个无功功率补偿设备容量的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000066
其中，ΔQk 和
Figure BDA0001783232160000067
分别表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量下限值和上限值。
第s个故障发生后，电网中非换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000068
第s个故障发生后，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA0001783232160000069
第s个故障发生后，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure BDA00017832321600000610
根据约束条件，求解上述目标函数，得到交直流混联电网各母线的电压安全运行范围
Figure BDA00017832321600000611
和
Figure BDA00017832321600000612

Claims (1)

1.一种考虑交直流混联电网故障的电压安全范围确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据直流整流侧换流站和直流逆变侧换流站的不同运行方式，计算换流站的无功电压灵敏度：
对于电网中第i条直流线路，直流整流侧换流站采用定电流控制模式，利用下式计算直流整流侧换流站的换流器对母线电压的灵敏度SR,i：
Figure FDA0002958101160000011
其中，
Figure FDA0002958101160000012
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure FDA0002958101160000013
表示第i条直流线路整流侧换流站的换流器无功功率消耗量对触发角的偏导数，
Figure FDA0002958101160000014
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对电压的偏导数，
Figure FDA0002958101160000015
表示第i条直流线路整流侧换流站的电流对触发角的偏导数；
对于电网中第i条直流线路，直流逆变侧换流站采用定熄弧角控制模式，利用下式计算直流逆变侧换流站的换流器对母线电压的灵敏度SI,i：
Figure FDA0002958101160000016
其中，
Figure FDA0002958101160000017
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对母线电压的偏导数，
Figure FDA0002958101160000018
表示第i条直流线路逆变侧换流站的换流器无功功率消耗量对电流的偏导数，
Figure FDA0002958101160000019
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电压的偏导数，
Figure FDA00029581011600000110
表示第i条直流线路逆变侧换流站的熄弧角对电流的偏导数；
(2)计算交直流混联电网发生故障后，当前运行状态下各母线电压变化量：
用牛顿-拉夫逊潮流计算方法，计算交直流混联电网在第s个故障发生后，对应的电网母线变化量矩阵
Figure FDA00029581011600000111
其中，下标Ng表示电网中非换流站母线的母线数量，下标Nd表示电网中包含的直流线路数量，
Figure FDA0002958101160000021
表示电网中第j个非换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量，j＝1,2,…,Ng，
Figure FDA0002958101160000022
表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量，i＝1,2,…,Nd，
Figure FDA0002958101160000023
表示第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点在第s个故障发生后的电压变化量，i＝1,2,…,Nd；
(3)计算交直流混联电网各母线的电压安全运行范围：
分别建立交直流混联电网各母线的电压安全运行范围上限和下限的目标函数如下：
Figure FDA0002958101160000024
Figure FDA0002958101160000025
其中，
Figure FDA0002958101160000026
和
Figure FDA0002958101160000027
分别表示电网中第j个非换流站母线节点正常运行的电压上限与下限，
Figure FDA0002958101160000028
和
Figure FDA0002958101160000029
分别表示第i条直流线路对应的整流侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限，
Figure FDA00029581011600000210
和
Figure FDA00029581011600000211
第i条直流线路对应的逆变侧换流站母线节点正常运行的电压上限与下限；
上述目标函数的约束条件如下：
当前状态下，电网中非换流站母线的电压约束条件为：
Figure FDA00029581011600000212
其中，Sjk表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第j个非换流站母线电压的灵敏度系数，该灵敏度系数由电网调度员通过潮流计算后提供，ΔQk表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量，
Figure FDA00029581011600000213
表示第j个非换流站母线电压的当前值，Vj 和
Figure FDA00029581011600000214
分别表示第j个非换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定；
当前状态下，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure FDA00029581011600000215
其中，SR,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个整流侧换流站母线电压的灵敏度系数，该灵敏度系数由电网调度员通过潮流计算后提供，
Figure FDA00029581011600000216
表示第i个整流侧换流站母线当前的电压值，VR,i 和
Figure FDA00029581011600000217
分别表示第i个整流侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定；
当前状态下，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure FDA0002958101160000031
其中，SI,i,k表示交直流混联电网中第k个无功功率补偿设备对第i个逆变侧换流站母线电压的灵敏度系数，该灵敏度系数由电网调度员通过潮流计算后提供，
Figure FDA0002958101160000032
表示第i个逆变侧换流站母线当前的电压值，VI,i 和
Figure FDA0002958101160000033
分别表示第i个逆变侧换流站母线电压的下限值与上限值，由国家电网标准给定；
当前状态下，第k个无功功率补偿设备容量的约束条件为：
Figure FDA0002958101160000034
其中，ΔQk 和
Figure FDA0002958101160000035
分别表示第k个无功功率补偿设备的无功功率调节量的下限值和上限值；
第s个故障发生后，电网中非换流站母线电压的约束条件为：
Figure FDA0002958101160000036
第s个故障发生后，电网中整流侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure FDA0002958101160000037
第s个故障发生后，电网中逆变侧换流站母线电压的约束条件为：
Figure FDA0002958101160000038
根据约束条件，求解上述目标函数，得到交直流混联电网各母线的电压安全运行范围
Figure FDA0002958101160000039
和
Figure FDA00029581011600000310
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