CN109617110B - 一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，包括以下步骤：(1)计算直流换流站交流节点无功‑电压灵敏度；(2)根据常规直流与柔直之间的阻抗参数，计算ΔU_j与ΔU_i之间的关系；(3)计算常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响；计算常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。本发明充分计及不同类型换流站之间的交互影响，量化评估常规直流换相失败和再启动对柔直系统的影响，以为含多种不同类型换流站电网的安全稳定控制提供技术支撑。

Description

一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响 的方法

技术领域

本发明涉及一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着大规模新能源并网、直流密集投运及未来微网等发展，以电力电子变换为基础的可控装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高，深刻改变系统动态行为，给电网安全稳定提出新挑战。

基于半控型器件自换相(LCC-HVDC)高压直流输电已在我国电网获得了广泛应用。基于全控型器件柔性直流输电(VSC-HVDC)，因其不存在换相失败，有功和无功功率解耦控制，潮流翻转控制灵活，阻尼性能好，近年来得到快速发展。我国将陆续建成投产鲁西背靠背、渝鄂背靠背、张北柔直组网等多项大容量VSC-HVDC工程。LCC-HVDC和VSC-HVDC将为我国能源大范围优化配置、大规模新能源消纳提供有效支撑。

当两种不同类型换流站距离较近时，可能产生较明显的交互作用，系统特性将发生新的变化。如常规直流在换相失败和再启动过程中，与交流系统存在较大的无功交换，将直接影响到近区交流站点及柔性直流换流站的电压变化，如何评估两者之间的交互影响，将成为多类型换流站密集接入电网安全稳定控制的重要基础。

发明内容

本发明的目的在于针对目前多种不同类型换流站密集接入电网的情形，提供一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，本发明充分计及不同类型换流站之间的交互影响，量化评估常规直流换相失败和再启动对柔直系统的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明的一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，包括以下步骤：

(1)计算直流换流站交流节点无功-电压灵敏度；

(2)根据常规直流与柔直之间的阻抗参数，计算柔直换流站母线电压变化ΔU_j与常规直流换流站母线电压变化ΔU_i之间的关系；

(3)计算常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响；计算常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。

步骤(1)中，所述直流换流站交流节点无功-电压灵敏度的计算方法如下：在直流换流站投入ΔQ的无功补偿，直流换流站电压上升量为ΔU，则直流换流站交流节点无功-电压灵敏度K根据式(1)计算：

步骤(2)中，常规直流换流站节点记为i，柔直换流站节点记为j，常规直流与柔直换流站节点的自阻抗为Z_ij，常规直流节点自阻抗为Z_ii。

根据换相失败对直流换流站电压的影响ΔU_i估算换相失败对柔直换流站电压的影响ΔU_j，计算方法如式(2)：

步骤(3)中，所述常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响的计算方法如下：

监测直流换相失败过程中，常规直流与交流系统的动态无功交换记为Δ Q_CF，根据式(1)计算直流换相失败对直流自身换流站电压的影响ΔU_CFi，即

ΔU_CFi＝K*ΔQ_CF (3)

将公式(3)的计算结果代入公式(2)，计算对近区柔直换流站电压的影响ΔU_CFj：

步骤(3)中，所述常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响的计算方法如下：

根据常规直流正常运行时的直流电压，计算直流正常运行时需要从交流系统吸收的无功功率Q₀：

式中，P_d为直流输送有功功率，N为每极换流器数目，T为换流变变比， U_ac为直流换流站母线电压，X_C为换相电抗，U_d0为直流电压；

当直流以直流电压U_d1进行再启动时，当不考虑交流电压变化时，直流需要消耗的无功功率Q₁：

则直流再启动过程中需要消耗的无功增量为：

ΔQ_{RES_1}＝Q₁-Q₀ (7)

根据式(1)的灵敏度，计算ΔQ_{RES_1}对应的电压跌落ΔU_{RES_1}：

ΔU_{RES_1}＝K*ΔQ_{RES_1} (8)

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|>1％ΔU_{RES_i-1}时，对ΔU_RES进行迭代计算，迭代修正式(6)～(8)：

ΔQ_{RES_i+1}＝Q_{1_i+1}-Q₀ (10)

ΔU_{RES_i+1}＝K*ΔQ_{RES_i+1} (11)

式中，i＝1，2，3，……，n；当i＝1时，ΔU_{RES_i}＝0；

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|≤1％ΔU_{RES_i-1}时，ΔU_{RES_i}即为所求取的常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

充分考虑常规直流换相失败和再启动过程中的交互作用，通过计算动态过程中常规直流换流站自身的电压变化指标来评估其对柔直换流站电压的影响；采用迭代方法克服计算过程中的非线性问题，量化评估常规直流再启动对柔直换流站电压影响。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，包括如下步骤：

图1步骤1描述的是计算直流换流站交流节点无功-电压灵敏度。在直流换流站投入ΔQ的无功补偿，直流换流站电压上升量为ΔU，则直流换流站交流节点无功-电压灵敏度K可根据式(1)计算：

图1步骤2描述的是根据直流换流站的电压变化评估其对柔直换流站的影响，计算常规直流与柔直之间的交互作用。常规直流换流站节点记为i，柔直换流站节点记为j，常规直流与柔直换流站节点的自阻抗为Z_ij，常规直流节点自阻抗为Z_ii，则可根据换相失败对直流换流站电压的影响ΔU_i估算其对柔直换流站电压的影响ΔU_j，计算方法如式(2)：

图1步骤3描述的是计算常规直流换相失败、再启动对近区柔直换流站电压的影响：

1)计算常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响：

监测直流换相失败过程中，常规直流与交流系统的动态无功交换ΔQ_CF，根据式(1)计算直流换相失败对直流自身换流站电压的影响ΔU_CFi，即

ΔU_CFi＝K*ΔQ_CF (3)

将公式(3)的计算结果代入公式(2)，计算对近区柔直换流站电压的影响ΔU_CFj：

2)计算常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。

根据常规直流正常运行时的直流电压，计算直流正常运行时需要从交流系统吸收的无功功率Q₀：

式中，P_d为直流输送有功功率，N为每极换流器数目，T为换流变变比， U_ac为直流换流站母线电压，X_C为换相电抗，U_d0为直流电压。

当直流以直流电压U_d1进行再启动时，当不考虑交流电压变化时，直流需要消耗的无功功率Q₁：

则直流再启动过程中需要消耗的无功增量为：

ΔQ_{RES_1}＝Q₁-Q₀ (7)

根据式(1)的灵敏度，计算ΔQ_{RES_1}对应的电压跌落ΔU_{RES_1}：

ΔU_{RES_1}＝K*ΔQ_{RES_1} (8)

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|>1％ΔU_{RES_i-1}时，对ΔU_RES进行迭代计算，迭代修正式(6)～(8)：

ΔQ_{RES_i+1}＝Q_{1_i+1}-Q₀ (10)

ΔU_{RES_i+1}＝K*ΔQ_{RES_i+1} (11)

式中，i＝1，2，3，……，n。当i＝1时，ΔU_{RES_i}＝0。

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|≤1％ΔU_{RES_i-1}时，ΔU_{RES_i}即为所求取的常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。

本发明提供了一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，充分考虑常规直流换相失败和再启动过程中的交互作用，通过计算动态过程中常规直流换流站自身的电压变化指标来评估其对柔直换流站电压的影响；采用迭代方法克服计算过程中的非线性问题，量化评估常规直流再启动对柔直换流站电压影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)计算直流换流站交流节点无功-电压灵敏度K；

(2)根据常规直流与柔直之间的阻抗参数，计算柔直换流站母线电压变化ΔU_j与常规直流换流站母线电压变化ΔU_i之间的关系；

(3)计算常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响；计算常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响；

步骤(3)中，所述常规直流换相失败对近区柔直换流站电压的影响的计算方法如下：

监测直流换相失败过程中，常规直流与交流系统的动态无功交换记为ΔQ_CF，计算直流换相失败对直流自身换流站电压的影响ΔU_CFi，即

ΔU_CFi＝K*ΔQ_CF (3)

计算对近区柔直换流站电压的影响ΔU_CFj：

其中，Z_ij为常规直流与柔直换流站节点的自阻抗，Z_ii为常规直流节点自阻抗，i为常规直流换流站节点记，j为柔直换流站节点记；

步骤(3)中，所述常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响的计算方法如下：

根据常规直流正常运行时的直流电压，计算直流正常运行时需要从交流系统吸收的无功功率Q₀：

式中，P_d为直流输送有功功率，N为每极换流器数目，T为换流变变比，U_ac为直流换流站母线电压，X_C为换相电抗，U_d0为直流电压；

当直流以直流电压U_d1进行再启动时，当不考虑交流电压变化时，直流需要消耗的无功功率Q₁：

则直流再启动过程中需要消耗的无功增量为：

ΔQ_{RES_1}＝Q₁-Q₀ (7)

根据无功-电压灵敏度K，计算ΔQ_{RES_1}对应的电压跌落ΔU_{RES_1}：

ΔU_{RES_1}＝K*ΔQ_{RES_1} (8)

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|>1％ΔU_{RES_i-1}时，对ΔU_RES进行迭代计算，迭代修正式(6)～(8)：

ΔQ_{RES_i+1}＝Q_{1_i+1}-Q₀ (10)

ΔU_{RES_i+1}＝K*ΔQ_{RES_i+1} (11)

式中，i＝1，2，3，……，n；当i＝1时，ΔU_{RES_i}＝0；

当|ΔU_{RES_i}-ΔU_{RES_i-1}|≤1％ΔU_{RES_i-1}时，ΔU_{RES_i}即为所求取的常规直流再启动对近区柔直换流站电压的影响。

2.根据权利要求1所述的评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述直流换流站交流节点无功-电压灵敏度的计算方法如下：在直流换流站投入ΔQ的无功补偿，直流换流站电压上升量为ΔU，则直流换流站交流节点无功-电压灵敏度K根据式(1)计算：

3.根据权利要求2所述的评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，其特征在于，步骤(2)中，常规直流换流站节点记为i，柔直换流站节点记为j，常规直流与柔直换流站节点的自阻抗为Z_ij，常规直流节点自阻抗为Z_ii。

4.根据权利要求3所述的评估直流换相失败和再启动对近区柔直换流站电压影响的方法，根据换相失败对直流换流站电压的影响ΔU_i估算换相失败对柔直换流站电压的影响ΔU_j，计算方法如式(2)：

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