CN110571818B - 一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，该方法采用以节点电压跌落为主、以负荷侧感应电动机转子失速和特高压直流受端系统熄弧角恢复为辅的电压稳定恢复指标判断电网电压稳定薄弱节点；以电压稳定薄弱点为电压控制区域中枢节点，利用电压稳定薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比准确划分出电压支撑效果明显的动态无功设备；以电压薄弱节点电压信息作为动态无功设备电压控制的直接输入量，基于电网全系统动态数学模型和线性矩阵不等式方法，设计动态无功电压增强控制方式。本发明的控制方法有效提高了动态无功设备对电网电压稳定薄弱点的直接电压支撑作用，具有良好的推广应用价值。

Description

一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法

技术领域

本发明涉及高压电网的无功电压控制技术领域，尤其涉及一种特高压直流受端电网的动态无功电压控制方法。

背景技术

现有技术中，特高压直流输电系统具有传输容量大，输电距离远等优势，是实现资源优化配置较好方式。但特高压交直流电网在故障过程中，一方面特高压直流受端系统换相失败后的恢复所需无功功率大幅增加，另一方面负荷电压的重建所需无功功率快速变大，导致电网动态无功电压支撑能力不足，电压失稳风险高。目前，动态无功设备主要有同步调相机、静止同步补偿器和常规发电机组等。如何在电网故障过程中充分发挥动态无功设备的动态电压支撑能力对改善特高压交直流电网的电压稳定性具有重要实际意义。

目前，国内外的动态无功设备在电网故障中的控制方式大都采用基于本地信号的单一控制。这些方法没有考虑特高压直流受端电网的电压薄弱点和实际动态无功设备的电压支撑效果，难以在电网故障中充分发挥动态无功设备的快速无功电压控制作用。因此无法发挥动态无功设备的快速无功控制能力，削弱了对电网的动态电压支撑作用。

因此，亟需设计一种能用于特高压直流受端电网的动态无功电压控制装置或者控制方法，以提高动态无功设备对电网电压稳定薄弱点的直接电压支撑作用和电压水平的稳定性。

发明内容

基于此，本发明提出了一种特高压直流受端电网的动态无功电压控制方法，该方法通过以电压稳定薄弱点为电压控制区域中枢点，利用电网电压薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比对动态无功设备进行划分，并将电压稳定薄弱点信息作为动态无功设备的辅助电压控制输入量，从而能够增强动态无功设备对电压稳定薄弱点的直接电压支撑，提高特高压直流受端电网的电压稳定水平。且该控制方法特别适合应用在特高压直流受端电网中。

为解决上述问题，本发明提供了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：基于故障电压跌落程度和负荷侧感应电动机滑差变化、特高压直流换相失败程度构建特高压交直流受端电网暂态电压稳定薄弱点识别依据，确定特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱点；

步骤S2：基于步骤S1确定的所述电压稳定薄弱点，在特高压交直流电网的动态模型基础上求取电压稳定薄弱点与动态无功设备的动态阻抗比，利用阻抗比对电网电压稳定薄弱点和动态无功设备进行划分，形成以电压稳定薄弱节点为中枢节点的动态电压控制区；

设Z_ii为动态无功设备节点的自阻抗、Z_fi为电压稳定薄弱点与动态无功设备节点的互阻抗，则动态阻抗比z_fi定义如下：

z_fi＝|Z_fi|/|Z_ii| (1)

当动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi≥ε时，其中阈值ε＜1，动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点划分为一个电压控制区，反之，动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点不在同一个电压控制区；

步骤S3：结合步骤S2的动态电压控制分区结果，将各分区内电压薄弱点的实时电压值作为动态无功设备的电压控制参考输入信息，利用线性矩阵不等式求取动态无功设备的输出反馈控制策略，设计特高压直流受端电网的动态电压辅助增强控制方式。

步骤S1的详细步骤包括：

步骤S1.1：以特高压直流受端交流电网的典型故障动态响应结果为基础，求取各负荷节点和特高压直流馈入节点的电压跌落ΔV_i、负荷侧感应电动机转子失速Δs_i、特高压直流受端系统熄弧角恢复γ_i，得到节点的暂态电压恢复指标VSI_zi；

VSI_zi＝ΔV_i+Δs_i+Δγ_i (2)

其中，ΔV_i、Δs_i、γ_i的表达式分别为

其中，V_i、s_i、γ_i分别为典型故障切除后节点电压、负荷节点感应电动机滑差和特高压直流受端系统的熄弧角；V_i0、s_i0、γ_i0分别为对应变量的初始值；t₀为典型故障被切除的初始时刻；T_s为典型故障切除后电压初次恢复到R_vV_i0的时间，最大值不超过10s；K_v、K_s(s_i)分别为节点电压跌落加权值、感应电动机滑差变化加权值，且K_v0≥K_s0＞1；R_v为电压跌落比例系数；R_s为感应电动机滑差增加系数，R_s＜1；s_scri为感应电机临界滑差；

步骤S1.2：将各节点的VSI_zi按从大到小的顺序排列，依据节点VSI_zi值和节点类型求取特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱节点。在特高压直流馈入节点类和无特高压直流馈入节点类中，分别选取VSI_zi最大值对应的节点作为暂态电压稳定薄弱点集S。

步骤S2的详细步骤包括：

步骤S2.1：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备以及电网的全系统网络方程模型，并简化网络方程得到包含动态无功设备节点和电压稳定薄弱节点的的阻抗矩阵Z_dd，其表示为

其中，Y_ch为动态无功设备、电压稳定薄弱节点与电网其它节点的互导纳矩阵，Y_hc为Y_ch的转置矩阵；矩阵Y_CC、Y_HH分别为Y_CC＝Y_cc+diag(Y_gi,…Y_si)

Y_HH＝Y_hh+diag(Y_lqi,…Y_hqi)

其中，Y_lqi、Y_hqi为非电压稳定薄弱节点对应的内导纳矩阵，Y_cc为动态无功设备、电压稳定薄弱节点的自导纳矩阵，Y_hh为电网其它节点的自导纳矩阵；Y_gi为常规发电机或同步调相机等值内导纳矩阵，Y_si为同步补偿器的内导纳矩阵；

步骤S2.2：利用阻抗矩阵Z_dd，求取动态无功设备节点的自阻抗Z_ii、动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗Z_fi；

将xy坐标系下的阻抗矩阵Z_dd转化为复数矩阵Z_d，记Z_d第i行表示动态无功设备节点，第f行表示电压稳定薄弱节点，则动态无功设备节点的自阻抗为Z_d的第i行第i列元素Z_ii，动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗为第j行第i列元素Z_fi；

步骤S2.3：以电压稳定薄弱点为电压控制区域中枢节点，依据动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi，将动态无功设备划分到各个薄弱节点的电压控制区中，形成以电压稳定薄弱节点为中枢节点的动态电压控制分区。

步骤S3的详细步骤包括：

步骤S3.1：结合动态电压控制分区结果，以电压稳定薄弱节点的电压偏差为反馈信息，设计动态无功设备的动态无功电压增强式控制策略u_k，即

u_k＝K(V_b-V_b0)＝KΔV_b (7)

其中，V_b、V_b0分别为电压薄弱节点电压的实时值和初始值，K为电压偏差反馈系数；基于电压稳定薄弱节点和动态无功设备节点编号的动态电压控制分区，遍历动态电压控制分区中所有薄弱节点，将电压稳定薄弱节点j的电压偏差量作为区域内动态无功设备f_j的电压控制辅助输入；

步骤S3.2：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备和电网的线性化动态方程模型，利用线性矩阵不等式方法求解反馈系数矩阵K；

步骤S3.3：基于动态无功设备的动态电压增强控制策略u_k，设计特高压直流受端电网的动态无功电压控制方式，当电压薄弱节点电压低于电压阀值R_vV_b0时，启动电网动态无功电压增强式控制策略u_k。

此外，本发明还公开了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制系统，包括：

至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项的动态无功电压增强式控制方法。

此外，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的动态无功电压增强式控制方法。

本发明提出了一种特高压直流受端电网的动态无功电压控制方法，其相对于现有技术，具备以下优点：

1)本发明针对特高压直流受端电网动态无功电压支撑能力不足问题，提出了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，先通过以节点电压跌落为主、以负荷侧感应电动机转子失速和特高压直流受端系统熄弧角恢复为辅的电压稳定恢复指标判断电网电压稳定薄弱节点，之后以电压稳定薄弱点为电压控制区中枢节点，利用电压稳定薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比准确划分出电压支撑效果明显的动态无功设备，最后以电压薄弱节点电压信息作为动态无功设备电压控制的直接输入量，设计动态电压增强控制策略。该方法作为一个整体，能够增强动态无功设备对电压稳定薄弱点的直接电压支撑，提高特高压直流受端电网的电压稳定水平，且该控制方法特别适合应用在特高压直流受端电网中。

2)本发明综合考虑了电网侧、负荷侧和特高压直流侧的数据信息，提高了对复杂电网电压稳定薄弱节点识别的准确性和全面性，综合直观反映了复杂电网的暂态电压稳定性，有效识别特高压交直流电网的暂态电压稳定薄弱点。

3)本发明提出了以电压稳定薄弱点为电压控制区中枢节点，利用电压稳定薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比准确划分出电压支撑效果明显的动态无功设备，动态阻抗比充分考虑了动态无功设备、负荷等元件的动态模型对节点阻抗的修正和影响。而传统技术一般仅考虑电网的单一网络模型，以地理位置划分电压控制区，且难以简洁准确地判断动态无功设备对电网电压稳定薄弱节点的影响。

4)本发明还提出了电压薄弱节点电压作为动态无功设备电压控制的直接输入信息，基于电网系统全动态模型设计的动态电压增强控制策略，实现了动态无功设备对电压稳定薄弱节点的直接电压支撑。而现有技术在故障过程中，动态无功设备仅采用本地电压信息作为控制输入，难以有效兼顾电网电压稳定薄弱节点的电压支撑。

附图说明

图1为本发明中特高压直流受端电网动态无功电压增强式控制结构图；

图2为本发明中特高压直流受端电网的动态无功电压控制方法的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1-2所示，本发明提出了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，该控制方法包括以下步骤S1～S3：

步骤S1：基于故障电压跌落程度和负荷侧感应电动机滑差变化、特高压直流换相失败程度构建特高压交直流受端电网暂态电压稳定薄弱点评估依据，确定特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱点。

其中，步骤S1在实施过程中具体包括：

步骤S1.1：以特高压直流受端交流电网的典型故障动态响应结果为基础，求取各负荷节点和特高压直流馈入节点的电压跌落ΔV_i、负荷侧感应电动机转子失速Δs_i、特高压直流受端系统熄弧角恢复γ_i，得到节点的暂态电压恢复指标VSI_zi；

VSI_zi＝ΔV_i+Δs_i+Δγ_i (1)

其中，ΔV_i、Δs_i、γ_i的表达式分别为

其中，V_i、s_i、γ_i分别为典型故障切除后节点电压、负荷节点感应电动机滑差和特高压直流受端系统的熄弧角；V_i0、s_i0、γ_i0分别为对应变量的初始值。t₀为典型故障被切除的初始时刻；T_s为典型故障切除后电压初次恢复到R_vV_i0的时间，最大值不超过10s。K_v、K_s(s_i)分别为节点电压跌落加权值、感应电动机滑差变化加权值，且K_v0≥K_s0＞1；R_v为电压跌落比例系数，R_v的一般取0.8～0.9；R_s为感应电动机滑差增加系数，R_s的取值一般取0.4～0.6；s_scri为感应电机临界滑差，其值为

其中，r_s，X_s为定子绕组的电阻和电抗；r_r，X_r为转子绕组电阻和电抗；r_m，X_m为铁损等值电阻和定转子互感电抗。

步骤S1.2：将各节点的VSI_zi按从大到小的顺序排列，依据节点VSI_zi值和节点类型求取特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱节点。在特高压直流馈入节点类和无特高压直流馈入节点类中，分别选取VSI_zi最大值对应的节点作为暂态电压稳定薄弱点集S。

综上可知，在步骤S1中，为充分发挥特高压直流受端电网全系统动态无功设备的快速电压支撑作用，首先要确定电网的暂态电压稳定薄弱点，利用电压稳定薄弱点信息进行动态无功设备的电压增强控制，才能最有效地提高电网暂态电压稳定水平。本发明以节点电压跌落为主、以负荷侧感应电动机转子失速和特高压直流受端系统熄弧角恢复为辅的电压稳定恢复指标，该指标涵盖了电网侧、负荷侧和特高压直流侧的数据信息，可综合直观反映复杂电网的暂态电压稳定性，有效识别特高压交直流电网的暂态电压稳定薄弱点。

步骤S2：基于步骤S1确定的所述电压稳定薄弱点，在特高压交直流电网的动态模型基础上求取电压稳定薄弱点与动态无功设备的动态阻抗比，利用阻抗比对电网电压稳定薄弱点和动态无功设备进行划分。

其中，步骤S2在实施过程中具体包括：

步骤S2.1：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备以及电网的全系统网络方程模型，并简化网络方程得到包含动态无功设备节点和电压稳定薄弱节点的导纳矩阵Y_dd；

对于一个含有n个节点的电网，其网络方程为

其中，

和

分别为复数形式的节点电压向量和节点注入电流向量；Y_grid为不包括常规发电机、同步调相机、静止同步补偿器、特高压直流受端系统和负荷内部导纳的单一网络导纳矩阵。

考虑常规发电机、同步调相机的三阶动态模型，其机端电流方程可表示为

其中，

分别为常规发电机、同步调相机在xy坐标系下的电流和电压值；δ_i为发电机功角，E′_qi为q轴暂态电势；X′_di、X_qi分别为常规发电机、同步调相机的d轴暂态电抗和q轴电抗；Y_gi为常规发电机、同步调相机等值内导纳矩阵，其表示为

a_xi、a_yi分别为a_xi＝G_gxicosδ_i+B_gxisinδ_i、a_yi＝B_gyicosδ_i+G_gyisinδ_i；G_gxi、B_gxi、B_gyi和G_gyi分别为

同步补偿器与电网的接口方程为

其中，

分别为直流受端系统在xy坐标系下的电流和电压值；

表示电网侧电压；X_si表示同步补偿器连接电抗；Y_si为同步补偿器的内导纳矩阵。

特高压直流受端系统与交流电网的接口方程可表示为

其中，

为直流受端系统在xy坐标系下注入电网的电流值；P_hi、Q_hi和V_n0i分别为直流受端系统注入电网的有功功率、无功功率及节点电压；Y_hi为特高压直流受端系统的内导纳矩阵，其表示为

采用感应电动机与恒阻抗的负荷与电网的接口方程为

其中，

分别为负荷在xy坐标系下的电流和电压值，G_s，B_s表示感应电动机等值电导和电纳，是滑差s的函数；G_s，B_s表示恒阻抗的电导和电纳；Y_li为负荷的内导纳矩阵。

将式(1)转换为xy坐标系下的形式：

其中，I_c和V_c为动态无功设备(包括常规发电机、同步调相机、同步补偿器等)以及电压薄弱节点注入电网的电流向量和电压向量，I_h和V_h为非电压稳定薄弱节点注入电网的电流向量和电压向量。Y_ch为动态无功设备、电压稳定薄弱节点与电网其它节点的互导纳矩阵，Y_hc为Y_ch的转置矩阵；Y_cc为动态无功设备、电压稳定薄弱节点的自导纳矩阵，Y_hh为电网其它节点的自导纳矩阵。

将式(7)-(10)代入式(11)，可得包括动态无功设备，即常规发电机、同步调相机、同步补偿器，特高压直流受端系统和负荷的全系统网络方程，消去非电压稳定薄弱节点求取V_c。

其中，矩阵Y_CC、Y_HH分别为

Y_CC＝Y_cc+diag(Y_gi,…Y_si)

Y_HH＝Y_hh+diag(Y_lqi,…Y_hqi)

其中，Y_lqi、Y_hqi为非电压稳定薄弱节点对应的内导纳矩阵。

步骤S2.2：利用阻抗矩阵Z_dd，求取动态无功设备节点的自阻抗Z_ii、动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗Z_fi；

将xy坐标系下的阻抗矩阵Z_dd转化为复数矩阵Z_d，记Z_d第i行表示动态无功设备节点，第f行表示电压稳定薄弱节点。则动态无功设备节点的自阻抗为Z_d的第i行第i列元素Z_ii，动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗为第j行第i列元素Z_fi。

步骤S2.3：以电压稳定薄弱点为电压控制区域中枢节点，依据动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi，将动态无功设备划分到各个薄弱节点的电压控制区中，形成以电压稳定薄弱节点为中枢节点的动态电压控制分区。动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi为

z_fi＝|Z_fi|/|Z_ii| (13)

对电压稳定薄弱节点j，利用式(13)求取全部动态无功设备节点对薄弱节点j的动态阻抗比z_fi。当阻抗比z_fi≥ε(ε取值范围一般为0.85～1)时，动态无功设备节点划分为薄弱节点j的电压控制区；反之，动态无功设备节点不属于薄弱节点j的电压控制区。按上述步骤完成所有电压稳定薄弱节点和动态无功设备的划分后，形成包含电压稳定薄弱节点和动态无功设备节点编号的动态电压控制分区S_bc。

S_bc＝{薄弱节点1，动态无功设备节点f₁；…；薄弱节点j，动态无功设备节点f_j} (14)

综上可知，在步骤S2中，在确定直流受端电网暂态电压稳定薄弱节点集之后，重点是筛选对电压稳定薄弱节点支撑效果明显的动态无功设备。本发明以特高压直流受端电网的全系统模型为基础，简化建立动态无功设备节点和电压稳定薄弱节点的导纳矩阵，提出电压稳定薄弱节点和动态无功设备节点的阻抗比，以判断动态无功设备对电压稳定薄弱节点的电压支撑作用。本发明以电压稳定薄弱点为电压控制区中枢节点，利用电压稳定薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比准确划分出电压支撑效果明显的动态无功设备，动态阻抗比充分考虑了动态无功设备、负荷等元件的动态模型对节点阻抗的修正和影响。传统技术一般仅考虑电网的单一网络模型，以地理位置划分电压控制区，且难以简洁准确地判断动态无功设备对电网电压稳定薄弱节点的影响。

步骤S3：结合步骤S2的动态电压控制分区结果，将各分区内电压薄弱点的实时电压值作为动态无功设备的电压控制参考输入信息，利用线性矩阵不等式求取动态无功设备的输出反馈控制策略，设计特高压直流受端电网的动态电压辅助增强控制方式。步骤S3在实施过程中具体包括：

步骤S3.1：以电压稳定薄弱节点的电压偏差为反馈信息，设计动态无功设备的动态无功电压增强式控制策略u_k，即

u_k＝K(V_b-V_b0)＝KΔV_b (15)

其中，V_b、V_b0分别为电压薄弱节点电压的实时值和初始值，K为电压偏差反馈矩阵。

基于电压稳定薄弱节点和动态无功设备节点编号的动态电压控制分区S_bc，遍历S_bc中所有薄弱节点，将电压稳定薄弱节点j的电压偏差量作为区域内动态无功设备f_j的电压控制辅助输入。

步骤S3.2：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备和电网的线性化动态模型，利用线性矩阵不等式方法求解电压偏差反馈矩阵K；

考虑励磁电压动态特性，发电机、同步调相机的动态模型表示为四阶方程：

其中，T′_d0i、E_fi、X_di、δ_i、ω_i、V_gi和V_gref分别为常规发电机及同步调相机的d轴开路时间常数、励磁电压、d轴电抗、功角、角频率、机端电压和励磁系统参考控制输入量；i_di、T_ji、ω₀、D_i和T_mi别表示发电机的d轴电流、发电机惯性时间常数、额定角频率、阻尼系数和机械转矩；T_fi、K_fi分别为励磁系统响应时间常数和放大系数。

同步补偿器的动态模型为

其中，I_si、V_si分别为同步补偿器输出电流和控制点电压；V_sref、T_si、K_si分别为同步补偿器电压控制系统参考输入量、响应时间常数和放大系数。

负荷侧感应电动机动态模型为

其中，T_Jj、s_j、T_mj和T_ej分别为感应电动机的惯性时间常数、滑差、机械转矩和电磁转矩。

结合式(6)-(10)，线性化式(16)-(18)可得全系统的动态模型，即

其中，

x＝[Δω；Δδ₀；ΔE′_q；ΔE_f；ΔI_s；Δs]

u＝[ΔV_gref；ΔV_sref]，y＝ΔV_b

Δω、ΔE′_q、ΔE_f和Δδ₀分别为常规发电机、同步调相机的频率偏差向量、q轴暂态电势偏差向量、励磁电压偏差向量和相对功角偏差向量；ΔI_s和Δs分别为同步补偿器无功电流偏差向量、感应电动机滑差的偏差向量；ΔV_gref为常规发电机、同步调相机的励磁系统控制输入偏差向量ΔV_sref；为同步补偿器的电压控制系统控制输入偏差向量；ΔV_b为电压稳定薄弱节点电压偏差向量。A、B、C分别为系统状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵。

若式(19)满足能控能性和能观性后，联合式(19)和(15)可得

对式(20)，若存在对称正定矩阵P满足式(21)，则反馈控制策略u_k使得系统(19)闭环稳定。

(A+BKC)^TP+P(A+BKC)＜0 (21)

利用线性矩阵不等式法求解式(21)得到反馈控制矩阵K。

步骤S3.3：基于动态无功设备的动态电压控制策略u_k，设计特高压直流受端电网的动态无功电压增强控制方式。当电压薄弱节点电压低于电压阀值R_vV_b0时，启动电网动态无功电压增强式控制策略u_k，实施流程如图1-2所示。

综上可知，在步骤S3中，本发明以电压薄弱节点电压偏差作为动态无功设备的动态电压增强控制的输入信息，利用特高压直流受端电网的全系统模型设计动态电压增强控制策略。本发明提出了电压薄弱节点电压作为动态无功设备电压控制的直接输入信息，基于电网系统全动态模型设计的动态电压增强控制策略，实现了动态无功设备对电压稳定薄弱节点的直接电压支撑。现有技术在故障过程中，动态无功设备仅采用本地电压信息作为控制输入，难以有效兼顾电网电压稳定薄弱节点的电压支撑。

值得一提的是，本发明针对特高压直流受端电网动态无功电压支撑能力不足问题，提出了一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，先通过以节点电压跌落为主、以负荷侧感应电动机转子失速和特高压直流受端系统熄弧角恢复为辅的电压稳定恢复指标判断电网电压稳定薄弱节点，之后以电压稳定薄弱点为电压控制区中枢节点，利用电压稳定薄弱节点与动态无功设备节点的动态阻抗比准确划分出电压支撑效果明显的动态无功设备，最后以电压薄弱节点电压信息作为动态无功设备电压控制的直接输入量，设计动态电压增强控制策略，该方法作为一个整体，能够增强动态无功设备对电压稳定薄弱点的直接电压支撑，提高特高压直流受端电网的电压稳定水平，且该控制方法特别适合应用在特高压直流受端电网中。

需要说明的是，上述的控制方法可以作为软件程序或者计算机指令在非暂态计算机可读存储介质中执行或者在带有存储器和处理器的控制系统中执行。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：基于故障电压跌落程度和负荷侧感应电动机滑差变化、特高压直流换相失败程度构建特高压交直流受端电网暂态电压稳定薄弱点识别依据，确定特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱点；

步骤1的详细步骤包括：

步骤S1.1：以特高压直流受端交流电网的典型故障动态响应结果为基础，求取各负荷节点和特高压直流馈入节点的电压跌落ΔV_i、负荷侧感应电动机转子失速Δs_i、特高压直流受端系统熄弧角恢复γ_i，得到节点的暂态电压恢复指标VSI_zi；

VSI_zi＝ΔV_i+Δs_i+Δγ_i (1)

其中，ΔV_i、Δs_i、γ_i的表达式分别为

其中，V_i、s_i、γ_i分别为典型故障切除后节点电压、负荷节点感应电动机滑差和特高压直流受端系统的熄弧角；V_i0、s_i0、γ_i0分别为对应变量的初始值；t₀为典型故障被切除的初始时刻；T_s为典型故障切除后电压初次恢复到R_vV_i0的时间，最大值不超过10s；K_v、K_s(s_i)分别为节点电压跌落加权值、感应电动机滑差变化加权值，且K_v0≥K_s0＞1；R_v为电压跌落比例系数；R_s为感应电动机滑差增加系数，R_s＜1；s_scri为感应电机临界滑差；

步骤S1.2：将各节点的VSI_zi按从大到小的顺序排列，依据节点VSI_zi值和节点类型求取特高压直流受端电网的暂态电压稳定薄弱节点；在特高压直流馈入节点类和无特高压直流馈入节点类中，分别选取VSI_zi最大值对应的节点作为暂态电压稳定薄弱点集S；

步骤S2：基于步骤S1确定的所述电压稳定薄弱点，在特高压交直流电网的动态模型基础上求取电压稳定薄弱点与动态无功设备的动态阻抗比，利用阻抗比对电网电压稳定薄弱点和动态无功设备进行划分，形成以电压稳定薄弱节点为中枢节点的动态电压控制区；

设Z_ii为动态无功设备节点的自阻抗、Z_fi为电压稳定薄弱点与动态无功设备节点的互阻抗，则动态阻抗比z_fi定义如下：

z_fi＝|Z_fi|/|Z_ii| (5)

当动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi≥ε时，其中阈值ε＜1，动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点划分为一个电压控制区，反之，动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点不在同一个电压控制区；

步骤S3：结合步骤S2的动态电压控制分区结果，将各分区内电压薄弱点的实时电压值作为动态无功设备的电压控制参考输入信息，利用线性矩阵不等式求取动态无功设备的输出反馈控制策略，设计特高压直流受端电网的动态电压辅助增强控制方式。

2.根据权利要求1所述的动态无功电压增强式控制方法，其特征在于，步骤2的详细步骤包括：

步骤S2.1：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备以及电网的全系统网络方程模型，并简化网络方程得到包含动态无功设备节点和电压稳定薄弱节点的的阻抗矩阵Z_dd，其表示为

其中，Y_ch为动态无功设备、电压稳定薄弱节点与电网其它节点的互导纳矩阵，Y_hc为Y_ch的转置矩阵；矩阵Y_CC、Y_HH分别为

Y_CC＝Y_cc+diag(Y_gi,…Y_si)

Y_HH＝Y_hh+diag(Y_lqi,…Y_hqi)

其中，Y_lqi、Y_hqi为非电压稳定薄弱节点对应的内导纳矩阵，Y_cc为动态无功设备、电压稳定薄弱节点的自导纳矩阵，Y_hh为电网其它节点的自导纳矩阵；Y_gi为常规发电机或同步调相机等值内导纳矩阵，Y_si为同步补偿器的内导纳矩阵；

步骤S2.2：利用阻抗矩阵Z_dd，求取动态无功设备节点的自阻抗Z_ii、动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗Z_fi；

将xy坐标系下的阻抗矩阵Z_dd转化为复数矩阵Z_d，记Z_d第i行表示动态无功设备节点，第f行表示电压稳定薄弱节点，则动态无功设备节点的自阻抗为Z_d的第i行第i列元素Z_ii，动态无功设备节点与电压稳定薄弱点的互阻抗为第j行第i列元素Z_fi；

步骤S2.3：以电压稳定薄弱点为电压控制区域中枢节点，依据动态无功设备节点与电压稳定薄弱节点的动态阻抗比z_fi，将动态无功设备划分到各个薄弱节点的电压控制区中，形成以电压稳定薄弱节点为中枢节点的动态电压控制分区。

3.根据权利要求1所述的动态无功电压增强式控制方法，其特征在于，步骤3的详细步骤包括：

步骤S3.1：结合动态电压控制分区结果，以电压稳定薄弱节点的电压偏差为反馈信息，设计动态无功设备的动态无功电压增强式控制策略u_k，即

u_k＝K(V_b-V_b0)＝KΔV_b (7)

其中，V_b、V_b0分别为电压薄弱节点电压的实时值和初始值，K为电压偏差反馈系数；基于电压稳定薄弱节点和动态无功设备节点编号的动态电压控制分区，遍历动态电压控制分区中所有薄弱节点，将电压稳定薄弱节点j的电压偏差量作为区域内动态无功设备f_j的电压控制辅助输入；

步骤S3.2：建立包括负荷、特高压直流系统、动态无功设备和电网的线性化动态方程模型，利用线性矩阵不等式方法求解反馈系数矩阵K；

步骤S3.3：基于动态无功设备的动态电压增强控制策略u_k，设计特高压直流受端电网的动态无功电压控制方式，当电压薄弱节点电压低于电压阀值R_vV_b0时，启动电网动态无功电压增强式控制策略u_k。

4.一种特高压直流受端电网的动态无功电压增强式控制系统，其特征在于，包括：

至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至3任一项所述的动态无功电压增强式控制方法。

5.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至3任一项所述的动态无功电压增强式控制方法。

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