CN110011348A - 一种大容量vsc换流站调相机配置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量VSC换流站调相机配置方法及装置，其方法包括获取各预想故障下VSC‑HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC‑HVDC有功功率关于时间的响应曲线；根据所述响应曲线，计算配置调相机对提升VSC‑HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；根据所述效果指标，计算配置调相机对提升VSC‑HVDC系统交流故障穿越能力的效果‑代价综合评价指标；根据所述效果‑代价综合评价指标选取调相机的最优配置数量。本发明实现了调相机配置的安全性与经济性的统一，为大容量换流站近区动态无功补偿配置提供技术思路。

Description

一种大容量VSC换流站调相机配置方法及装置

技术领域

本发明涉及一种大容量VSC换流站调相机配置方法及装置，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着特高压交直流电网的快速发展，电力系统形态及运行特性发生了重大变化，过渡期电网“强直弱交”矛盾更为突出。随着直流、新能源等电力电子设备对常规电源的大规模替代，动态无功支撑不足导致的直流换相失败、新能源脱网等问题，成为了目前电网面临的主要问题之一。

基于全控型器件的柔性直流输电(VSC-HVDC)，具备无换相失败、有功和无功解耦控制，控制灵活等优点，近年来得到快速发展，在新能源送出、跨区互联、孤岛供电等领域发挥重要作用。但作为一种电力电子设备，当交流电网电压支撑能力不足时，同样可能引发直流闭锁、高/低穿保护动作、功率振荡等运行风险，从而将故障传导至更大范围，威胁电网安全稳定运行。

大容量调相机作为一种新型动态无功补偿设备，具备无功输出连续灵活、短时过载能力强、具备电压源特性等优势，在新能源送出基地、大容量换流站近区、薄弱送出通道等配置调相机，可以显著提升电网支撑能力，具有很大的工程应用前景。

目前，大容量调相机已作为一种动态调压设备被应用于特高压直流(LCC-HVDC)换流站，以为系统提供动态无功支撑，降低运行风险。随着VSC-HVDC工程的不断投运，其换流站近区动态无功支撑的需求也会逐渐显现。结合VSC-HVDC系统的实际特点，研究适用于VSC换流站的调相机配置方法，具有较大的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对大容量VSC-HVDC系统投运后电网动态无功支撑不足的问题，提供一种大容量VSC换流站调相机配置方法及装置，通过量化评估配置调相机对提升VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果及经济成本，综合确定调相机配置数量，以实现安全性与经济性的统一。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种大容量VSC换流站调相机配置方法，包括如下步骤：

1)获取各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线；

2)根据所述步骤1)获取的响应曲线，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；

3)根据所述步骤2)计算的效果指标，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标；

4)根据所述步骤3)计算的效果-代价综合评价指标选取调相机的最优配置数量。

前述的步骤1)中，所述各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及所述配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线，通过时域仿真获取。

前述的时域仿真过程中，设置所有预想故障仿真时长均为T，预想故障发生时刻均为t₀，预想故障切除时间均为t_c。

前述的步骤2)中，配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标计算如下：

首先计算预想故障i下，配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果F_ki为：

其中，P_ki(t)为配置k台调相机时，预想故障i下VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线， P_0i(t)为预想故障i下，VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线，T为预想故障仿真时长，t₀为预想故障发生时刻，t_c为预想故障切除时间，k＝1,2,…,N_max，N_max为允许配置的调相机最大台数， i＝1,2,...,M，M为预想故障数目；

然后对F_ki进行标幺化处理，得到：

其中，F_{ki_pu}为预想故障i下，配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标，P₀为VSC-HVDC正常运行功率。

前述的步骤3)中，配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标计算如下：

31)计算配置k台调相机对提升预想故障i下VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果指标E_ki：

E_ki＝η_i*F_{ki_pu}，

其中，η_i为预想故障i发生概率；

32)计算配置k台调相机对提升所有预想故障下VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果评估指标 E_k：

33)计算配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标S_k：

其中，C_k为配置k台调相机的总经济成本。

前述的根据网架结构、线路架设方式、历史数据和工程经验确定预想故障i发生概率。

前述的配置k台调相机的总经济成本计算如下：

C_k＝k*(C₁+C₂+C₃)

其中，C_k为配置k台调相机的总经济成本，C₁为单台调相机购置成本，C₂为单台调相机运维成本， C₃为单台调相机运行对应的电力损耗成本。

前述的步骤4)中，选取S_k最大时对应的调相机数量作为调相机最优配置数量。

前述的预想故障包括VSC换流站近区交流系统N-1、N-2故障。

一种大容量VSC换流站调相机配置装置，包括参量获取模块，交流故障穿越能力效果评估模块，交流故障穿越能力效果-代价评估模块，识别模块，

所述参量获取模块用于获取各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线；

所述交流故障穿越能力效果评估模块用于根据所述响应曲线，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；

所述交流故障穿越能力的效果-代价评估模块用于根据所述效果指标，计算配置调相机对提升VSC- HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标；

所述识别模块用于根据所述效果-代价综合评价指标挑选出调相机的最优配置数量。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明充分考虑故障发生的概率风险以及各预想故障下VSC-HVDC系统运行稳定性，通过量化评估配置调相机对提升VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果及经济成本，综合确定调相机配置数量，以实现安全性与经济性的统一。

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，本发明提供一种大容量VSC换流站调相机配置方法，包括如下步骤：

(1)确定当前条件下能够配置的调相机最大台数。根据当前地理环境、场地限制、工程施工可行性、成本约束等因素确定当前条件下，允许配置的调相机最大台数N_max。

(2)确定预想故障集，及各预想故障发生概率。根据网架结构和实际运行需求，确定预想故障集，包括VSC换流站近区交流系统N-1、N-2故障，预想故障集中预想故障数目记为M。同时根据网架结构、线路架设方式、历史数据、工程经验等确定各预想故障发生的概率，预想故障i发生概率记为η_i(i＝1,2,...,M)。

(3)仿真计算各预想故障下VSC-HVDC系统运行风险。

通过时域仿真，分析各预想故障下VSC-HVDC系统运行风险，仿真过程为：所有故障仿真时长均为 T，故障发生时刻均为t₀，故障切除时间均为t_c，VSC-HVDC正常运行功率记为P₀。通过时域仿真，获取预想故障i下，VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线，记为P_0i(t)，其中，t∈[t₀,T]。

(4)仿真计算配置不同数量调相机时VSC-HVDC系统运行特性。通过时域仿真，获取配置k台调相机时，预想故障i下，VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线，记为P_ki(t)，其中， k＝1,2,…,N_max。

(5)量化分析配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果。以调相机配置前后 VSC-HVDC系统有功功率-时间积分的变化评估配置调相机对提升VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果。计算预想故障i下，配置k台调相机的效果F_ki：

根据VSC-HVDC输送功率对F_ki进行标幺化处理，计算配置k台调相机对提升VSC-HVDC在交流预想故障i下的穿越能力效果指标F_{ki_pu}：

(6)确定配置调相机的成本代价。根据工程经验及厂家调研，确定单台调相机购置成本C₁，单台调相机运维成本C₂，单台调相机运行对应的电力损耗成本C₃，计算配置k台调相机的总经济成本C_k：

C_k＝k*(C₁+C₂+C₃)

(7)确定配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价评估指标。

考虑预想故障发生概率，评估配置k台调相机对提升预想故障i下VSC-HVDC交流穿越能力的效果指标E_ki：

E_ki＝η_i*F_{ki_pu}

计算配置k台调相机对所有预想故障下VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果评估指标：

以单位成本下提升的效果作为效果-代价综合评价指标，计算配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标S_k：

(8)确定调相机最优配置数量。计算配置k台调相机对应的S_k值，调相机最优配置数量N_op即为 S_k(k＝1,2,…,N_max)最大值时对应的调相机数量。

本发明提供了一种基于量化评估的大容量VSC换流站调相机配置方法，充分考虑电网内故障发生的概率，通过量化的方法评估配置调相机对提升VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果，同时计及配置调相机的经济代价，根据效果-代价的评估指标，确定调相机配置数量，以实现安全性与经济性的协调。

本发明还提供了一种大容量VSC换流站调相机配置装置，包括参量获取模块，交流故障穿越能力效果评估模块，交流故障穿越能力效果-代价评估模块，识别模块，

所述参量获取模块用于获取各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线；

所述交流故障穿越能力效果评估模块用于根据所述响应曲线，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；

所述交流故障穿越能力的效果-代价评估模块用于根据所述效果指标，计算配置调相机对提升VSC- HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标；

所述识别模块用于根据所述效果-代价综合评价指标挑选出调相机的最优配置数量

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和 /或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (10)

1.一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线；

2)根据所述步骤1)获取的响应曲线，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；

3)根据所述步骤2)计算的效果指标，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标；

4)根据所述步骤3)计算的效果-代价综合评价指标选取调相机的最优配置数量。

2.根据权利要求1所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及所述配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线，通过时域仿真获取。

3.根据权利要求2所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述时域仿真过程中，设置所有预想故障仿真时长均为T，预想故障发生时刻均为t₀，预想故障切除时间均为t_c。

4.根据权利要求1所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述步骤2)中，配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标计算如下：

首先计算预想故障i下，配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果F_ki为：

其中，P_ki(t)为配置k台调相机时，预想故障i下VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线，P_0i(t)为预想故障i下，VSC-HVDC系统有功功率关于时间t的响应曲线，T为预想故障仿真时长，t₀为预想故障发生时刻，t_c为预想故障切除时间，k＝1,2,…,N_max，N_max为允许配置的调相机最大台数，i＝1,2,...,M，M为预想故障数目；

然后对F_ki进行标幺化处理，得到：

其中，F_{ki_pu}为预想故障i下，配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标，P₀为VSC-HVDC正常运行功率。

5.根据权利要求4所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述步骤3)中，配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标计算如下：

31)计算配置k台调相机对提升预想故障i下VSC-HVDC交流故障穿越能力的效果指标E_ki：

E_ki＝η_i*F_{ki_pu}，

其中，η_i为预想故障i发生概率；

32)计算配置k台调相机对提升所有预想故障下VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果评估指标E_k：

33)计算配置k台调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标S_k：

其中，C_k为配置k台调相机的总经济成本。

6.根据权利要求5所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，根据网架结构、线路架设方式、历史数据和工程经验确定预想故障i发生概率。

7.根据权利要求5所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述配置k台调相机的总经济成本计算如下：

C_k＝k*(C₁+C₂+C₃)

其中，C_k为配置k台调相机的总经济成本，C₁为单台调相机购置成本，C₂为单台调相机运维成本，C₃为单台调相机运行对应的电力损耗成本。

8.根据权利要求5所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述步骤4)中，选取S_k最大时对应的调相机数量作为调相机最优配置数量。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的一种大容量VSC换流站调相机配置方法，其特征在于，所述预想故障包括VSC换流站近区交流系统N-1、N-2故障。

10.一种大容量VSC换流站调相机配置装置，其特征在于，包括参量获取模块，交流故障穿越能力效果评估模块，交流故障穿越能力效果-代价评估模块，识别模块，

所述参量获取模块用于获取各预想故障下VSC-HVDC系统有功功率关于时间的响应曲线，以及配置不同数量调相机时，各预想故障下VSC-HVDC有功功率关于时间的响应曲线；

所述交流故障穿越能力效果评估模块用于根据所述响应曲线，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果指标；

所述交流故障穿越能力的效果-代价评估模块用于根据所述效果指标，计算配置调相机对提升VSC-HVDC系统交流故障穿越能力的效果-代价综合评价指标；

所述识别模块用于根据所述效果-代价综合评价指标挑选出调相机的最优配置数量。