CN109802418B - 适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法，解决了特高压直流工程接入电网后进行全局整体的电磁暂态建模时，电网规模大、元件多、电磁暂态参数缺乏及仿真软件运行效率低下等难题，所提方法可准确有效地对含特高压直流工程接入的特高压电网的电磁暂态分析；根据正常运行工况下电压分布特征、三相接地故障条件下的正序等值阻抗、以及单相接地故障条件下零序等值阻抗仿真模型中的仿真值和基于PSASP软件中的计算值的误差均较小，即构建的特高压直流受端交流等值电网可以满足特高压直流工程接入后对的电网暂态分析需求。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法。
背景技术
随着我国特高压直流工程大规模建设，我国已成为世界上含特高压直流工程最多的国家。特高压直流输送容量大、输电距离长，对电网安全稳定运行产生了新的影响，需要对其运行特性及暂态工况进行分析研究，以为电网安全稳定运行奠定基础。然而，特高压直流逆变站和整流站均含大量电力电子设备，其变化和对电网的影响是毫秒级的，因此，对直流系统运行状态进行分析需要采用电磁暂态模型。然而，特高压直流输电工程送端和受端交流电网规模庞大，结构复杂，对电网进行电磁暂态模型的整体建模非常困难。
鉴于特高压直流工程对送端和受端电网继电保护和暂态无功分析等影响是局域性的。目前，电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package，简称PSASP)中含有较为全面的电网各设备的相关参数，但其只能用于机电暂态仿真，不能进行电磁暂态仿真，因此，为了研究方便，亟待建立特高压直流送受端电网的局部电磁暂态仿真模型，以便对含特高压直流接入的电网继电保护和暂态无功分析提供基础。目前，现有电网等值方法均没有以特高压直流工程接入的送受端进行等值的，且其等值一般只考虑500kv等近区电网，没有考虑特高压交流环网和直流环网的情况。综上，为进行含特高压直流工程接入的电网暂态特性分析，需要提出适用于特高压直流接入的交流局部电网等值方法，以为含特高压直流工程的电网电磁暂态特性分析提供基础。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于特高压直流工程局部交流电网电磁暂态等值方法，其目的在于特高压直流接入后电网难以进行整体建模，影响其进行电磁暂态分析困难的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于特高压直流工程局部交流电网电磁暂态等值方法，具体包括以下步骤：
步骤1：根据整个电网结构，选择特高压直流工程接入交流母线作为起点，保留与接入点相邻的两级元件，作为局部初始电网；
步骤2：根据电网结构判断与接入交流母线相邻的一级元件是否涉及到环网；如相邻一级元件不涉及环网，则进入步骤3；如涉及环网，则保留整个环网结构，进入步骤7；
步骤3：根据电网结构判断与接入交流母线相邻二级元件是否涉及环网：如各元件均不涉及环网，则进入步骤4；如各元件均涉及环网，则保留整个环网结构，进入步骤7；如部分元件不涉及环网，部分元件涉及环网，则不涉及环网的元件进入步骤4，涉及环网的元件进行步骤7进行处理；
步骤4：将于交流母线相邻二级元件后的部分进行等值；如二级元件后所连电网部分含有电源，则采用等值电源串联等值阻抗进行表征，进入步骤5；如二级元件后所连电网部分不含电源则用等值负荷进行表征，进入步骤6；
步骤5：等值电源的等值方法为，采用特高压直流断开情况下，所连电网向等值局部电网提供的功率为等值电源容量，电源参数为发电机正常参数；等值阻抗的等值方法为在PSASP中的等值点设置三相短路故障，计算故障点的电压和次暂态电流大小，直接计算得到由故障点看向全网的正序等值阻抗；同时，在在PSASP中等值点设置单相接地故障，通过计算等值点的零序电压和零序次暂态电流来计算零序等值阻抗；
步骤6：等值负荷的等值方法为，在特高压直流工程断开的情况下，通过PSASP计算局部等值电网向二级元件所连电网的功率，用PQ节点表征；
步骤7：在保留与接入交流母线相连一级元件和二级元件相连的环网元件后，取各环网的变电站节点作为等值点。考虑各等值点是否涉及环网，如涉及环网进入步骤8；如不涉及环网，则在断开直流工程的条件下判断是否为等值点向外部电网提供功率；如果提供功率，则进入步骤6；如不向外部电网提供功率，则进入步骤5；
步骤8：在环网各节点进行等值，各等值点用等值电源和等值阻抗表征，同时各等值电源之间计算相互之间的等值互阻抗。
进一步的，步骤8中等值电源容量为断开特高压直流工程条件下的潮流功率；等值阻抗中正序阻抗大小为该等值点发生三相故障条件下的电压除以次暂态电流获得，零序阻抗大小为该等值点发生单相接地故障条件下零序电压除以次暂态零序电流获得；各等值电源点之间的互阻抗可通过断开局部等值电网与外部电网各连接点后，求两节点之间的互阻抗得到。
进一步的，各等值电源点之间的互阻抗通过节点阻抗矩阵或者PSASP计算得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的适用于特高压直流工程局部交流电网电磁暂态等值方法，解决了特高压直流工程接入电网后进行全局整体的电磁暂态建模时，电网规模大、元件多、电磁暂态参数缺乏及仿真软件运行效率低下等难题，所提方法可准确有效地对含特高压直流工程接入的特高压电网的电磁暂态分析。
附图说明
图1(a)是PSASP中的电网机电暂态仿真模型；图1(b)基于本发明等值方法所建立的电磁暂态仿真模型；
图2是实施例中正常工况下酒湖特高压受端交流母线电压；
图3是实施例中受端交流母线三相故障条件下三相短路电流有效值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下结合实施例，具体阐述本发明提供的适用于特高压直流工程局部交流电网电磁暂态等值方法；实施例提供的局部交流电网电磁暂态等值方法，以祁韶直流受端电网为例，对所提等值方法进行说明。
具体包括如下步骤：
步骤1：由PSASP中祁韶直流受端电网的电网机电暂态仿真模型可知，与湘潭换直接相连的一级和二级变电站包括鹤龄变电站、民丰变电站、艾家冲变电站、云田变电站变电站、古亭变电站、星城变电站、船山变电站、湘潭电厂、悠县电厂和长阳铺变电站，以上变电站和电厂均保留，进入步骤2。同时，由于鹤龄站、湘潭换、船山站、长阳铺和民丰站构成环网，以及云田站、星城站、古亭站和湘潭换构成了环网。因此，在酒湖特高压受端电网中保留以上变电站，该局部电网内元件根据实际电网拓扑进行仿真建模。
步骤2：根据电网结构可知，一级相连元件只有湘潭电厂和悠县电厂不涉及环网，因此保留两个电厂，因该两个电厂后不含其它元件，因此不需要等值。
步骤3：根据电网结构判断鹤龄站、湘潭换、船山站、长阳铺和民丰站构成环网，以及云田站、星城站、古亭站和湘潭换构成了环网，因此，保留以上变电站，进入步骤7对涉及环网部分进行处理；同时，各变电站下还有负荷，不涉及环网，因此进入步骤4对该点负荷进行等值处理。
步骤4：二级元件后所连电网部分不含电源则用等值负荷进行表征，进入步骤6。
步骤6：等值负荷的等值方法为，在特高压直流工程断开的情况下，通过PSASP计算局部等值电网向二级元件所连电网的功率，用PQ节点表征，PQ负荷等值大小如表1所示：
表1受端电网各变电站的PQ负荷等值大小
| 三绕组变压器名称 | 1侧有功 | 1侧无功 |
| 湘民丰1B | -331.9331 | -109.863 |
| 湘民丰2B | -343.0876 | -98.0996 |
| 湘鹤岭2B | -485.8071 | -44.0446 |
| 湘鹤岭3B | -479.3591 | -45.3256 |
| 湘云田1B | -383.8962 | -34.5707 |
| 湘云田2B | -400.9891 | -37.3024 |
| 湘星城1B | -520.3067 | -86.5284 |
| 湘星城2B | -369.2014 | -64.2857 |
| 湘星城4B | -520.402 | -81.3877 |
| 湘古亭1B | -508.9343 | 15.7946 |
| 湘船山1B | -617.331 | -98.7448 |
| 湘船山2B | -616.6793 | -96.2463 |
| 湘长阳铺1B | -270.8189 | -87.4248 |
步骤7：在保留与接入交流母线相连一级元件和二级元件相连的环网元件后，取各环网的变电站节点作为等值点。其中，取民丰变电站、艾家冲变电站、星城变电站和船山变电站为等值点。与民丰相连的五强溪电厂和金竹山电厂二期为独立电网等进行等值，该出可直接保留两个电厂。其中，艾家冲和星城构成环网、民丰和船山构成环网，因此进入第8步。
步骤8：在环网各节点进行等值，各等值点用等值电源和等值阻抗表征，同时各等值电源直接还有等值互阻抗。其中，等值电源容量为断开特高压直流工程条件下的潮流功率；等值阻抗中正序阻抗大小为该等值点发生三相故障条件下的电压除以次暂态电流获得，零序阻抗大小为该等值点发生单相接地故障条件下零序电压除以次暂态零序电流获得。各等值电源点之间的互阻抗可通过断开局部等值电网与外部电网各连接点后，求两节点之间的互阻抗得到，可通过节点阻抗矩阵或者PSASP计算得到，具体如表2所示：
表2不同等值电源点的正序和零序阻抗参数
通过上述等值，建立了图1(b)的电磁暂态等值模型，在特高压直流交流母线处进行三相对称故障和三相故障，比较PSASP和基于PSACD所建的局部电网等值模型下电压和电流值。
(1)正常运行工况比较
在正常工况下，受端交流电网仿真模型中酒湖特高压直流工程受端交流母线处电压仿真波形如图2所示。
在图2中，交流母线处三相电压峰值的仿真值为420kV，由于酒湖特高压受端电网电压等级为500kV，即交流母线处三相电压峰值的理论值为408kV，相对误差为(420-408)/408＝2.9％。
(2)等值正序阻抗参数校核
为校验受端交流电网仿真模型中正序阻抗参数的正确性，在500kV交流母线处设置三相短路故障，故障时间3s，，三相短路电流有效值如图3所示。
由图3中三相短路电流有效值为6.8kA，可进一步计算受端电网在特高压直流输电工程交流母线处的等效正序阻抗为42.45欧姆，基于PSASP软件中设置酒湖特高压直流输电工程受端交流母线处发生三相对称故障获得的正序等值阻抗为39.51，相对误差为6.63％。
(3)等值零序阻抗参数校核
在酒湖特高压直流输电工程受端交流母线处设置做单相(A相)接地故障，测量故障处的A相零序短路电流和A相的零序电压，将得到的零序电压和零序电流相除，得到酒湖特高压受端电网在交流母线处的等值零序阻抗值为3.52Ω，基于PSASP软件中设置酒湖特高压直流输电工程受端交流母线处发生单相接地故障获得的零序等值阻抗为2.83欧姆，相对误差为8.6％。
综上可知，根据正常运行工况下电压分布特征、三相接地故障条件下的正序等值阻抗、以及单相接地故障条件下零序等值阻抗仿真模型中的仿真值和基于PSASP软件中的计算值的误差均较小，即构建的特高压直流受端交流等值电网可以满足特高压直流工程接入后对的电网暂态分析需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：根据整个电网结构，选择特高压直流工程接入交流母线作为起点，保留与接入点相邻的两级元件，作为局部初始电网；
步骤2：根据电网结构判断与接入交流母线相邻的一级元件是否涉及到环网；如相邻一级元件不涉及环网，则进入步骤3；如涉及环网，则保留整个环网结构，进入步骤7；
步骤3：根据电网结构判断与接入交流母线相邻二级元件是否涉及环网：如各元件均不涉及环网，则进入步骤4；如各元件均涉及环网，则保留整个环网结构，进入步骤7；如部分元件不涉及环网，部分元件涉及环网，则不涉及环网的元件进入步骤4，涉及环网的元件进行步骤7进行处理；
步骤4：将于交流母线相邻二级元件后的部分进行等值；如二级元件后所连电网部分含有电源，则采用等值电源串联等值阻抗进行表征，进入步骤5；如二级元件后所连电网部分不含电源则用等值负荷进行表征，进入步骤6；
步骤5：等值电源的等值方法为，采用特高压直流断开情况下，所连电网向等值局部电网提供的功率为等值电源容量，电源参数为发电机正常参数；等值阻抗的等值方法为在PSASP中的等值点设置三相短路故障，计算故障点的电压和次暂态电流大小，直接计算得到由故障点看向全网的正序等值阻抗；同时，在在PSASP中等值点设置单相接地故障，通过计算等值点的零序电压和零序次暂态电流来计算零序等值阻抗；
步骤6：等值负荷的等值方法为，在特高压直流工程断开的情况下，通过PSASP计算局部等值电网向二级元件所连电网的功率，用PQ节点表征；
步骤7：在保留与接入交流母线相连一级元件和二级元件相连的环网元件后，取各环网的变电站节点作为等值点，考虑各等值点是否涉及环网，如涉及环网进入步骤8；如不涉及环网，则在断开直流工程的条件下判断是否为等值点向外部电网提供功率；如果提供功率，则进入步骤6；如不向外部电网提供功率，则进入步骤5；
步骤8：在环网各节点进行等值，各等值点用等值电源和等值阻抗表征，同时各等值电源之间计算相互之间的等值互阻抗。
2.如权利要求1所述的适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法，其特征在于：步骤8等值电源容量为断开特高压直流工程条件下的潮流功率；等值阻抗中正序阻抗大小为该等值点发生三相故障条件下的电压除以次暂态电流获得，零序阻抗大小为该等值点发生单相接地故障条件下零序电压除以次暂态零序电流获得；各等值电源点之间的互阻抗通过断开局部等值电网与外部电网各连接点后，求两节点之间的互阻抗得到。
3.如权利要求2所述的适用于特高压直流接入的局部电网电磁暂态模型等值方法，其特征在于：各等值电源点之间的互阻抗通过节点阻抗矩阵或者PSASP计算得到。
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