CN110492473A - 一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法，所述方法包括：一、分析典型方式下N‑2故障热稳问题，包括：1)目标元件热稳极限；2)基于BPA稳态、暂态数据文件的环网各个断面的N‑2的仿真分析，并结合1)发现热稳问题；二、针对于环网目标段线路，分析确定多直流的等效送、受端；三、采用梯度下降法进行迭代求解直流调制量，得到调制策略，包括：每一迭代第i步，1)确定灵敏度最大的直流参与调制；2)确定调制方向，送端是降步长调制，受端是增步长调制；3)进行直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束的校核，循环迭代直至满足。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统热稳问题安全控制技术领域，更具体地，涉及一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法及系统。
背景技术
国内新能源的开发模式主要为大规模集中式开发、高压远距离直流外送。而为应对日益增长的电能需求、支撑多直流馈入，受端电网进行特高压环网的建设。多直流馈入的受端特高压环网热稳、电压等稳定问题突出，而特高压分层、分级直流作为一种快速调控手段可用于安全稳定问题的控制。从工程实际意义而言，亟需研究多特高压直流矫正受端特高压环网安全稳定问题的控制策略，已有研究成果，依托多特高压直流馈入的特高压交流环网格局较少，同时，提出的模型和求解算法理论性虽强，但是求解过程工程物理意义不是很明确，实现起来有一定难度。因此研究一种物理意义明确、便于实现的多直流矫正特高压环网故障热稳问题安控策略及求解方法具有现实意义。
因此，需要一种技术，以实现对多直流矫正特高压环网热稳问题进行控制。
发明内容
本发明技术方案提供一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法及系统，以解决如何对多直流矫正特高压环网热稳问题进行控制的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
计算目标元件的热稳极限；
基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断所述目标元件是否出现热稳问题；
判断所述目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端；
采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量。
优选地，其特征在于，计算目标元件热稳极限，包括：
所述目标元件包括目标输电线路和目标变压器，获取目标输电线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据；
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
优选地，其特征在于，基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，包括：
完成所述仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据所述热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
优选地，其特征在于，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，包括：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送端、受端，所述灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj，i分别为直流i次调制后目标输电线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj，(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标输电线路、目标直流j的功率；
通过根据灵敏度符号确定直流的送端、受端，还包括：
假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率提升，若调制后所述目标输电线路功率降低，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率降低，若调制后所述目标输电线路功率提高，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
或者，当所述灵敏度为负时，所述目标直流为送端直流。
优选地，其特征在于，确定灵敏度最大的等效送端、受端直流作为目标直流参与调制，包括：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大并且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn，i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax，i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，取0.2。
优选地，其特征在于，调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax，i＝PDmax，(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax，i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax，i)≤Zmax
式中：PLmax为目标输电线路热稳极限值；Z(PDmax，i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角的稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定；其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％；
校验直流最大控制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代；
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
基于本发明的另一方面，提供一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
计算单元，用于计算目标元件的热稳极限；
判断单元，用于基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断所述目标元件是否出现热稳问题；
分析单元，用于判断所述目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端；
调制单元，用于采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量。
优选地，其特征在于，计算目标元件热稳极限，包括：
所述目标元件包括目标输电线路和目标变压器，所述获取目标线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据。
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
优选地，其特征在于，基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，包括：
完成所述仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据所述热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
优选地，其特征在于，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，包括：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送、受端，所述灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj，i分别为直流i次调制后目标输电线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj，(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标输电线路、目标直流j的功率。
通过根据灵敏度符号确定直流送端、受端，还包括：假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率提升，若调制后所述目标输电线路功率降低，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
或者，当所述灵敏度为负时，所述目标直流为送端直流。
优选地，其特征在于，确定灵敏度最大的等效送端、受端直流作为目标直流参与调制，包括：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大并且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn，i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax，i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，根据工程经验取值，取0.2。
优选地，其特征在于，调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax，i＝PDmax，(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax，i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其他稳定约束：Zmin≤Z(PDmax，i)≤Zmax
式中：PLmax为目标输电线路热稳极限值；Z(PDmax，i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角的稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定；其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％。
校验直流最大控制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
本发明技术方案提供一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法及系统，其中方法包括：一、分析典型方式下N-2故障热稳问题，包括：1)目标元件热稳极限；2)基于BPA稳态、暂态数据文件的环网各个断面的N-2的仿真分析，并结合1)发现热稳问题；二、针对于环网目标段线路，分析确定多直流的等效送、受端；三、采用梯度下降法进行迭代求解直流调制量，得到调制策略，包括：每一迭代第i步，1)确定灵敏度最大的直流参与调制；2)确定调制方向，送端是降步长，受端是增步长调制；3)进行最大控制量、其它约束，目标约束的校核，循环迭代直至满足。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法流程图；以及
图2为根据本发明优选实施方式的多直流馈入环网定义等效送受端分析示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法流程图；以及
图4为根据本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法流程图。本申请针对电网中更为复杂多直流馈入环网的热稳问题，采用灵敏度分析方法、梯度下降法确定最优调制方案，使电网快速恢复稳定，提出的策略、求解方法物理意义较为明确、可实现性较强。如图1所示，一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法，方法包括：
本申请分析典型方式下N-2故障热稳问题，包括：1)目标元件热稳极限；2)基于BPA稳态、暂态数据文件的环网各个断面的N-2的仿真分析，并结合1)发现热稳问题。
优选地，在步骤101：计算目标元件热稳极限，包括：
目标元件为目标输电线路和目标变压器，获取目标线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据。
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
优选地，在步骤102：基基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断目标元件是否出现热稳问题，包括：
完成仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
优选地，在步骤103：判断目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，包括：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送端、受端，灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj，i分别为直流i次调制后目标线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj，(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标线路、目标直流j的功率。
通过根据灵敏度符号确定直流送、受端。
假定对目标直流进行调制后，目标直流功率提升，若调制后目标输电线路功率降低，灵敏度为正，目标直流为受端直流；
假定对目标直流进行调制后，目标直流功率降低，若调制后目标输电线路功率提高，灵敏度为正，目标直流为受端直流；
或者，当灵敏度为负时，目标直流为送端直流。
优选地，在步骤104：采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn，i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax，i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，根据工程经验取值，本申请中取0.2。
优选地，确定调制方向，送端是降步长，受端是增步长调制，包括：
计算直流j灵敏度，并根据灵敏度符号确定直流等效送、受端，以此判定调制方向。对于送端直流采取降步长的调制措施，而受端直流则采取增步长的调制措施。
优选地，进行最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax，i＝PDmax，(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核(见图3)，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax，i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax，i)≤Zmax
式中：PLmax为目标线路热稳极限值；Z(PDmax，i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角等稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定。其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％。
校验直流最大调制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代：
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
本申请采用灵敏度分析法确定直流送、受端位置，筛选灵敏度绝对值最大的直流。本申请设定边界条件，使用上述步骤中选择的直流，并根据梯度下降法进行调制。
故障下电网产生热稳问题，目标元件功率超过极限。
Pi＝g(θi，Vi)＞Pmax (1)
式中：θi、Vi分别为母线i的相角、电压。Pmax为目标元件热稳极限。
假定每次只调制系统中的一条直流j，系统累计调制i次后，直流功率为PDj，i，状态变量θi、Vi也随之改变，其关系式如下：
由式(1)、(2)可得直流调制后目标线路功率与直流功率的关系式为：
PLi＝g[g1(PDj，i)，g2(PDj，i)]＝f(PDj，i) (3)
针对于环网目标段线路，分析确定多直流的等效送、受端，包括：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送、受端，灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj，i分别为直流i次调制后目标线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj，(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标线路、目标直流j的功率。
通过根据灵敏度符号确定直流送、受端。
假定对目标直流进行调制后，目标直流功率提升(降低)，若调制后目标线路功率降低(提高)，灵敏度为正，目标直流为受端直流；
或者，当灵敏度为负时，目标直流为送端直流
调制过程中选取灵敏度绝对值最大且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn，i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax，i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，根据工程经验取值，本发明中取0.2；
同时，多次调制后累计的直流调制功率改变量最小化，这是一个非线性优化问题。
本申请将非线性优化问题转为线性化问题以便于计算分析，公式如下：
目标约束：PLi(PDmax，i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax，i)≤Zmax
迭代公式：PDmax，i＝PDmax，(i-1)±γ
式中：PLmax为目标线路热稳极限值；Z(PDmax，i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角等稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定。其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％。
校验直流最大调制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其他稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除直流j，并重新进行本次迭代；
校验是否解决热稳极限，若不满足，进行下一次迭代；
若均满足校验，则得到最小调制量，即最优调制方案。
本申请实施方式所处的运行方式为目标线路在N-2极限方式下的运行方式，该方式最易显现热稳隐患。并对目标元件热稳极限做出解释：
目标元件一般为输电线路或变压器，获取目标线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量等数据，并得到对应元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标线路、变压器的暂态热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为线路额定线电压；IN为线路额定线电流；SN为变压器额定容量。
本申请中，基于BPA稳态、暂态数据文件的环网各个断面的N-2的仿真分析，并结合热稳极限值发现热稳问题，包括：
文件中的环网断面N-2后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据热稳极限确定功率迁移途径中各个元器件是否有热稳问题。
本申请中，对于定义环网等效送、受端直流，如图2所示。送、受端在环网中不易判定，图2中环网由6条线路组成，在a点处接入交流通道，直流I、直流II分别接入b、d点，环网功率流动方向为a-b-c-d与a-f-e-d。在选定目标直流后，选择不同的目标线路时，其等效送、受端位置也会不同，可通过以下灵敏度分析法准确定义。
本申请中的灵敏度，定义如下：
式中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PL0、PDj，0分别为目标线路、目标直流j的初始功率；PLi、PDj，i分别为直流第i次调制后目标线路、目标直流j的功率。
本申请根据公式(8)，对目标直流进行调制后，目标直流功率提升(降低)，若调制后目标线路功率降低(提高)，灵敏度为正，目标直流为受端直流；同理可知，若灵敏度为负时目标直流为送端直流。根据灵敏度正、负和灵敏度大于一定阈值综合确定对于要的线路(或者断面)而言的送、受端直流。
本申请使用灵敏度分析法分析图2的实施方式。在目标直流电气距离较远时(目标线路为线路ef，目标直流为直流I)。若灵敏度为正，此时直流I为受端直流；若灵敏度为负，此时直流I为送端直流。针对直流ll也可用该方法判定。
如图3所示，本申请采用步骤103中梯度下降法进行迭代计算并进行校验。先算出第i次迭代前所有相关直流灵敏度，并选取灵敏度模值最大的直流进行调制。每迭代一次都进行校核，校验直流最大调制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除本次目标直流为j，并重新进行本次迭代；校验其他稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除直流j，并重新进行本次迭代；校验是否解决热稳极限，若不满足，进行下一次迭代；若均满足校验，此时得到最小调制量。
本申请实施方式适用于多直流馈入环网系统的热稳问题。本申请将复杂的非线性问题线性化便于计算分析，通过灵敏度分析法准确定位环网中等效送、受端直流，并选出最佳直流，最后利用梯度下降法得到最小调制量。
本申请提供一种多直流特高压环网故障热稳问题的紧急控制策略，以2020年山东-河北特高压交流环网“冀邢台-鲁泉城-鲁昌乐-鲁高乡-鲁枣庄-鲁菏泽”为例，收集山东电网、河北电网夏季高峰数据，利用电力系统机电暂态仿真软件PSD-BPA建立2020年山东-河北特高压交流环网潮流稳态仿真模型以及机电暂态仿真模型进行模拟仿真。
针对山东-河北环网各种线路在N-2极限运行方式下发生严重故障时产生的热稳问题，通过上述方法分别得到直流调制措施，下表所示：
表1各线路N-2极限运行方式下直流调制措施汇总表
以下案例基于邢台-菏泽双回南送功率5453MW，辛安-聊城进行一回线检修的运行方式进行详细叙述。
(1)分析典型方式下N-2故障热稳问题；
特高压鲁固直流输送1000MW，昭沂直流输送1000MW，其额定功率均为10000MW，辛安-聊城检修时，邢台—菏泽南送功率5453MW。
相关元件热稳极限值下表所示：
表2相关元件热稳极限表(MW)
发生1000kV邢台-菏泽双回三永N-2故障时，故障约12％(656MW)功率经黄骅-滨州500kV线路转送，约6.5％(357MW)功率经辛安-聊城500kV线路转送，故障后辛安-聊城另一回线功率为2870MW，超过热稳极限2600MW。
(2)针对多直流馈入环网系统的热稳问题，采用灵敏度分析法确定直流送、受端位置，筛选灵敏度绝对值最大的直流。并采用梯度下降法进行迭代求解直流调制量，得到调制策略；
在步骤301中，与该系统有关的分层直流为鲁固直流、昭沂直流，其输送功率均为1000MW。
在步骤302中，通过公式(6)算出：鲁固直流灵敏度A1，1＝0.31，昭沂直流灵敏度A2，1＝0.22。此时|Amax，1|＝max{|A1，1|，|A2，1|}＝|A1，1|，故在该方式下暂定鲁固直流作为调制直流。
在步骤303中，由于|Amax，1|＝0.31＞C＝0.2，故可进入步骤304，反之则采用其他安控措施。
在步骤304中，判定直流j的等效位置，进入步骤305。
在步骤305中，由于A1，1＞0，可以判断出该直流馈入环网时是等效的受端直流。
在步骤306中，设步长γ＝50MW，Amax，1＝0.31，PD1，0＝1000MW带入式PD1，1＝PD1，0+γ得PD1，1＝1050MW。
在步骤307中，由于1000MW≤PD1，1＝1050MW≤11000MW，满足约束，进行下一步判定。
在步骤308中，直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角等稳定问题，进入下一步。
在步骤309中，PL1＝2854MW＞PLmax＝2600MW，故返回步骤302，直到PLi＜PLmax。
经过循环，最终在步骤310中得到直流措施为提升鲁固直流功率600MW并提升昭沂直流功率400MW时系统热稳问题消失，见表3，辛安一聊城一回检修，昭沂鲁固直流各1000MW，邢菏南送5453MW，邢菏N-2直流调制措施。
表3
图4为根据本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统结构图。如图4所示，一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统，系统包括：
计算单元401，用于计算目标元件的热稳极限；
判断单元402，用于基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断目标元件是否出现热稳问题；
分析单元403，用于判断目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端；
调制单元404，用于采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量。
优选地，计算单元还用于计算目标元件热稳极限，包括：
目标元件包括目标输电线路和目标变压器，获取目标线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据。
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；Ux为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
优选地，判断单元用于基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，还用于：
完成仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
分析单元用于基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，还用于：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送、受端，灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj，i分别为直流i次调制后目标输电线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj，(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标输电线路、目标直流j的功率。
通过根据灵敏度符号确定直流送端、受端，还包括：
假定对目标直流进行调制后，目标直流功率提升(降低)，若调制后目标线路功率降低(提高)，灵敏度为正，目标直流为受端直流；
或者，当灵敏度为负时，目标直流为送端直流。
调制单元403用于采用梯度下降法进行迭代求解直流调制量，得到调制策略。
优选地，调制单元还用于确定灵敏度最大的直流参与调制，包括：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大并且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn，i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj，i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax，i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，根据工程经验取值，本申请中取0.2；
优选地，调制单元还用于确定调制方向，送端是降步长，受端是增步长调制，包括：
计算直流j灵敏度，并根据灵敏度符号确定直流等效送、受端，以此判定调制方向。对于送端直流采取降步长的调制措施，而受端直流则采取增步长的调制措施。
优选地，调制单元还用于：调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax，i＝PDmax，(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核(见图3)，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax，i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax，i)≤Zmax
式中：PLmax为目标输电线路热稳极限值；Z(PDmax，i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角等稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定。其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％。
校验直流最大控制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代；
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
本发明优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统400与本发明另一优选实施方式的多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
计算目标元件的热稳极限；
基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断所述目标元件是否出现热稳问题；
判断所述目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端；
采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算目标元件热稳极限，包括：
所述目标元件包括目标输电线路和目标变压器，获取目标输电线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据；
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，包括：
完成所述仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据所述热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，包括：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送端、受端，所述灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj,i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj,i分别为直流i次调制后目标输电线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj,(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标输电线路、目标直流j的功率；
通过根据灵敏度符号确定直流的送端、受端，还包括：
假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率提升，若调制后所述目标输电线路功率降低，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率降低，若调制后所述目标输电线路功率提高，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
或者，当所述灵敏度为负时，所述目标直流为送端直流。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，确定灵敏度最大的等效送端、受端直流作为目标直流参与调制，包括：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大并且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn,i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj,i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax,i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，取0.2。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax,i＝PDmax,(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax,i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax,i)≤Zmax
式中：PLmax为目标输电线路热稳极限值；Z(PDmax,i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角的稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定；其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％；
校验直流最大控制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代；
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
7.一种多直流矫正特高压环网热稳问题的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
计算单元，用于计算目标元件的热稳极限；
判断单元，用于基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，并结合计算出的目标元件的热稳极限判断所述目标元件是否出现热稳问题；
分析单元，用于判断所述目标元件出现热稳问题时，基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端；
调制单元，用于采用梯度下降法进行迭代，获取调制策略，包括：确定灵敏度最大的等效送端、受端直流为作目标直流参与调制；确定送端、受端直流调制方向，送端直流为降步长调制，受端直流为增步长调制；调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束和目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，计算单元用于，计算目标元件热稳极限，还用于：
所述目标元件包括目标输电线路和目标变压器，所述获取目标线路N-2极限运行方式下目标元件的运行状态数据。
获取目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量，根据已获取的目标输电线路的额定电压、额定电流以及目标变压器的额定容量计算对应的目标元件故障后的热稳极限，公式如下：
式中：PLmax、PTmax分别为目标输电线路、目标变压器容量的热稳极限；a为温度系数；分别为线路、变压器功率因数；UN为目标输电线路的额定线电压；IN为目标输电线路的额定线电流；SN为目标变压器的额定容量。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述判断单元用于基于仿真软件BPA稳态、暂态数据文件对环网各个断面进行N-2的仿真分析，还用于：
完成所述仿真分析后，关注与断面相接的主变下注及下辖的线路迂回输送的有功功率迁移规律，进而根据所述热稳极限判断功率迁移途径中的每个目标元件是否出现热稳问题。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述分析单元用于基于环网目标段线路，分析确定馈入环网的多直流的等效送端、受端，还用于：
采用灵敏度分析算法确定多直流的等效送、受端，所述灵敏度分析算法定义为：
其中：Aj,i为第i次调制后，直流j的灵敏度；PLi、PDj,i分别为直流i次调制后目标输电线路、目标直流的功率；PL(i-1)、PDj,(i-1)分别为直流第i-1次调制后目标输电线路、目标直流j的功率。
通过根据灵敏度符号确定直流送端、受端，还包括：假定对所述目标直流进行调制后，目标直流功率提升，若调制后所述目标输电线路功率降低，灵敏度为正，所述目标直流为受端直流；
或者，当所述灵敏度为负时，所述目标直流为送端直流。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述调制单元用于确定灵敏度最大的等效送端、受端直流作为目标直流参与调制，还用于：
每次调制过程中选取灵敏度绝对值最大并且大于阈值的直流作为目标直流进行调制，公式如下：
式中：n为系统中直流总数；向量Bn,i为第i次调制后，系统中所有直流的灵敏度；Aj,i为第i次调制后，直流j的灵敏度；Amax,i为第i次调制后的最大调制灵敏度，max为灵敏度最大的直流的标号；C为最低限度灵敏度，根据工程经验取值，取0.2。
12.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述调制单元还用于：调制后，对直流最大控制量约束、其它稳定约束、目标约束进行校核，循环迭代直至得到最小调制量，包括：
利用梯度下降法进行迭代，迭代公式如下：
PDmax,i＝PDmax,(i-1)±γ
每迭代一次都进行校核，校验公式如下：
目标约束：PLi(PDmax,i)＜PLmax
直流最大控制量约束：0.1PDN≤PDmax，i≤1.1PDN
其它稳定约束：Zmin≤Z(PDmax,i)≤Zmax
式中：PLmax为目标输电线路热稳极限值；Z(PDmax,i)为其它稳定约束，包括直流调制过程中不引发其它的电压、频率、功角的稳定问题；直流调制的阈值由直流设备本体安全性与直流送端电网安全性约束的交集决定；其中，直流本体控制量的范围为额定容量PDN的10％-110％。
校验直流最大控制量约束，若不满足，则在本次及以后的迭代中均去除目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验其它稳定约束，若不满足，则在本次迭代中去除本次目标直流j，并重新进行本次迭代；
校验目标约束，即是否解决热稳极限问题，若未解决热稳极限问题，进行下一次迭代；
若已解决热稳极限问题，则得到最小调制量iγ，即最优调制方案。
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