CN110932287B - 降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法 - Google Patents

降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法在每个自动电压控制周期到来时，读入特高压直流有功输送计划，并根据有功输送计划模拟计算未来一段时间直流换流站近区电网的电压值。在采用潮流模型的计算过程中模拟了换流极有功、无功调整，以及调整过程中换流站内控制系统自动投切高压滤波/补偿电容器，从而计算得到调整过程中各时刻的电压值。本方法根据电压值的波动幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。本方法可避免在换流站直流有功输送容量调整的过程中近区电网电压波动造成电压越限，提高了特高压直流电网的电压稳定性。

Description

降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。
背景技术
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现输电网安全 (提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中说明了大电网自动电压控制的体系结构。
AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。
随着我国电网特高压输电工程的建设，大电网之间越来越多通过特高压直流进行远距离输电。近年来已经有多条±800kV直流输电工程投入运行，单回直流线路可长距离输送的有功容量已经超过6GW。特高压直流输电工程中，换流站是高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。由于不同的运行方式，换流器在运行中所消耗的无功功率不同，因此控保系统在整个运行过程中都需进行相应的调节。无功控制就是在各种直流运行工况下，通过对交流滤波器(含并联电容器)的优化组合和投退，使交、直流系统的无功交换量满足规范要求，并将换流器流进交流系统谐波的抑制满足要求。换流站内换流器(换流阀+换流变)是无功消耗的主要设备。其中换流阀在整流及逆变过程中，都需要消耗无功，以达到交、直流转换的目的；换流变无功损耗分空载损耗和负荷损耗两部分，也都需要消耗一定的无功。根据公式：
Figure BDA0002272391530000021
Figure BDA0002272391530000022
/>
式中，QDC为换流器消耗无功，PDC为直流输送功率，φ为功率因素角；α为触发角，额定运行时约为15°；μ为换相角，额定运行时约为20°。根据目前工程实际，换流站额定运行时功率因数一般达到0.85～0.9。由此，换流器运行时消耗无功约占输送功率的30％～ 60％。所以，从无功角度看，换流器可等效为随直流输送功率而变化的无功负荷，且其消耗无功随直流功率的上升显著增加。
可见,在换流站运行时，需要大量的无功补偿才能保证正常运行。传统的换流站无功补偿的手段是设置并联电容器和交流滤波器。一般在换流站配置多台滤波器和电容器，接入换流站的高压侧交流母线，每台的无功容量为200～400MVAR，配置总容量应满足换流站最小和最大直流输送容量的要求，并以换流站与外部交流系统的无功交换为0作为运行目标。换流站的直流输送容量在一天的不同时间段并不相同，其按照预先制定的计划运行，不同的有功输送容量下其所需的无功补偿容量也不同，因此需要在换流站配置无功补偿的自动控制系统(RPC),根据直流输送容量自动投切滤波器和电容器。
李辉、徐浩在《±800kV湘潭换流站交流滤波器投切策略及优化》(电力电容器与无功补偿，2017年第3期，36-42页)中提出了一种比较典型的换流站RPC系统的控制策略，其按照优先级从高到低顺序，一般主要包括交流过电压控制、绝对最小滤波器控制、最高 /最低电压限制、最大无功交换限制、最小滤波器容量要求、无功交换控制/电压控制要求等。根据上述的自动控制规则可以知道，在直流有功输送增长时，直流换流极消耗的无功也在增长，因此交流系统向直流系统输送无功也在不断增加，当达到满足(2)条件时，将投入滤波器。由于高压滤波/补偿电容器的容量一般都比较大(200-400MVAR)，其投入后会造成交流系和直流系统间无功交换的显著变化，同时也会造成换流站和近区母线的电压的显著波动。在有功输送降低的过程中也有类似情况。因此，如果在换流站进行有功输送调整时，其基础电压处于偏高或偏低的水平，那么在有功调整过程中由于滤波/补偿电容器投切造成电压波动，就可能造成近区电网的母线电压越计划限值，并影响近区电网的稳定运行。
因此，在对特高压直流近区电网进行自动电压控制时，需要根据直流有功输送计划，对未来一段时间换流站和近区电网的电压变化趋势进行预测，预测可能出现的电压波动幅度，并根据需要对近区电网进行电压预防控制，以避免直流有功调整过程中近区电网出现电压越限的情况。
综上所述，随着特高压直流输电工程的快速建设，以及电网自动电压控制系统的广泛应用，迫切需要解决针对特高压直流换流站近区电网电压波动的电压预防控制，以保证特高压直流输电的稳定可靠运行。
发明内容
本发明的目的是提出一种降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，在每个自动电压控制周期到来时，读入特高压直流有功输送计划模拟计算未来一段时间内有功调整过程中直流换流站近区电网各时刻的电压值，并根据电压值的波动幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，输入到自动电压控制系统中实现预防控制。
本发明提出的降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；
(2)记当前控制时刻为t0，从电网调度中心获取特高压直流换流站的当日有功功率输送计划值Sp,n，n＝1,...,N，N为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，以v为输送计划值的时间间隔；
(3)计算当前控制时刻t0至f时段内的I条母线中的第i条母线的电压预测值VP,i，具体步骤如下：
(3-1)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，设定当前计算时标x为1，设定计算间隔为k，在当前控制时刻t0，对控制时刻t0+x*k进行判断，若t0+x*k与n*v相等，则使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于步骤(2)的当日有功功率输送计划值Sp,n，若t0+x*k与n*v不相等，则，求解满足不等式n*v<＝t0+x*k<n*(v+1)的n，从步骤(2)的N个有功功率计划值中得到与n和n+1相应的两个有功功率计划值Sp,n和 Sp,n+1，对Sp,n、Sp,n+1进行线性插值计算，得到一个差分值，并使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于该差分值；若t0+x*k小于f，则使x＝x+1，重复本步骤，得到所有特高压直流换流站的有功功率输送值，其中n为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，v为输送计划值的时间间隔；
(3-2)根据步骤(3-1)得到的特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x，利用下式， PDC.x,j＝PDC.x/J，得到特高压直流换流站内各直流换流极有功负荷值PDC.x,j，其中，J为当前投入运行的换流极台数，将各直流换流极有功负荷值PDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的有功负荷值；
(3-3)求解步骤(3-2)的电网潮流计算模型，得到与PDC.x相应的未来第x分钟的特高压直流换流站的直流总无功功率QDC.x，并将QDC.x分配到当前运行的直流换流极上，即QDC.x,j＝QDC.x/J，将QDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的无功功率；
(3-4)从电网调度中心获取特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量 Qfilter.sum，根据步骤(3-3)中的电网潮流计算模型中各换流极的无功功率QDC.x，计算特高压直流换流站需要投入或切除的高压滤波/补偿电容器，包括以下步骤：
(3-4-1)利用下式，计算特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx：
ΔQx＝QDC.x-Qfilter.sum,x；
(3-4-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且特高压直流换流站仍有未投入的滤波/补偿电容器，则使电网潮流计算模型中的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为合位，并将特高压直流换流站中的相应滤波/补偿电容器的状态记为投入，使当前计算时标x时，特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量Qfilter.sum,x为：
Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x+Qfilter,l
其中，Qfilter,l为特高压直流换流站投入的滤波/补偿电容器的有效容量，Qfilter,l的计算方式为：
Figure BDA0002272391530000051
其中，Uac为当前特高压直流换流站交流母线电压值，UacN,l为投入的第l组滤波补偿电容器的额定电压，Qfilter,l,N为投入的第l组滤波补偿电容器的额定容量，Uac、UacN,l、Qfilter,l,N为电网潮流计算模型中的已知量，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则返回(3-4-1)；
(3-4-3)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmindoor，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若交流系统向直流系统输送功率ΔQx小于或等于特高压直流换流站自动控制系统中设置的门槛值Qmindoor，并且当前投入的滤波/补偿电容器数量大于规定的最小投入容量，则退出入1组滤波/补偿电容器CF,l，并将Qfilter.sum,x修正为：Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x-Qfilter,l，其中Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器CF,l的当前无功功率量测值，同时，在电网潮流计算模型中，将切除的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸置为分位，并标记该设备状态为已经退出；
(3-4-4)根据步骤(3-4-3)的电网潮流计算模型进行潮流计算，得到当前潮流计算结果中特高压直流换流站近区电网母线i的电压幅值Vi,flow，遍历特高压直流近区的I条母线，得到特高压直流换流站近区所有电网母线电压值VP,i：
{VP,i,x＝Vi,flow,i＝1,...,I}
(3-5)使当前计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x≤Tf，则返回步骤(3-1)，若x>Tf，则进行步骤(4)；
(4)根据上述步骤(3)得到的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000052
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000053
包括以下步骤：
(4-1)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生增加的最大幅值ΔVt.inc,i，步骤如下：
(4-1-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-1-2)使计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x>Tf，则进入步骤(4-1-3)结束计算，若x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x， x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x，对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＞ΔVt.inc,i，则ΔVt.inc,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-1-2),若ΔVP,i,x≤ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i；
(4-2)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生的最大减少幅值ΔVt.dec,i，步骤如下：
(4-2-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-2-2)计算x＝x+1，对x进行判断，如果x>Tf则执行步骤(4-2-3)结束计算，若 x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x；对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＜ΔVt.dec,j，则ΔVt.dec,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-2-2),若ΔVP,i,x≥ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i；
(4-3)根据步骤(4-1)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i和步骤(4-2)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i，计算得到特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000061
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000062
Figure BDA0002272391530000063
其中，t＝1，…，Tf，为预测的总时刻数量，
Figure BDA0002272391530000064
为特高压直流换流站近区母线i的电压计划限值；
(5)将步骤(4)的特高压直流换流站近区母线的电压安全域上限和电压安全区域下限输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块将相应控制指令下发到近区电厂和变电站执行，从而降低特高压直流换流站近区母线电压波动对电网电压的影响。
本发明的降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，其优点是：
本发明降低特高压直流换流站近区电网电压波动的方法，在每个自动电压控制周期到来时，读入特高压直流有功输送计划，并根据有功输送计划模拟计算未来一段时间直流换流站近区电网的电压值。在采用潮流模型的计算过程中模拟了换流极有功、无功调整，以及调整过程中换流站内控制系统自动投切高压滤波/补偿电容器，从而计算得到调整过程中各时刻的电压值。该方法进一步根据电压值的波动幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。采用本方法可避免在换流站直流有功输送容量调整的过程中近区电网电压波动造成电压越限，提高了特高压直流汲取电网的电压稳定性，保障特高压直流安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明方法涉及的电网模型中特高压直流换流站近区接线图。
图2是本发明方法的整体流程框图。
具体实施方式
本发明提出的降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，其流程如图 2所示，包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；其结构如图1所示；
(2)记当前控制时刻为t0，从电网调度中心获取特高压直流换流站的当日有功功率输送计划值Sp,n，n＝1,...,N，N为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，以v为输送计划值的时间间隔，本发明的一个实施例中， v＝5分钟，N为288；
(3)计算当前控制时刻t0至f时段内的I条母线中的第i条母线的电压预测值VP,i，具体步骤如下：
(3-1)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，设定当前计算时标x为1，设定计算间隔为k，在当前控制时刻t0，对控制时刻t0+x*k进行判断，若t0+x*k与n*v相等，则使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于步骤(2)的当日有功功率输送计划值Sp,n，若t0+x*k与n*v不相等，则，求解满足不等式n*v<＝t0+x*k<n*(v+1)的n，从步骤(2)的N个有功功率计划值中得到与n和n+1相应的两个有功功率计划值Sp,n和 Sp,n+1，对Sp,n、Sp,n+1进行线性插值计算，得到一个差分值，并使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于该差分值；若t0+x*k小于f，则使x＝x+1，重复本步骤，得到所有特高压直流换流站的有功功率输送值，其中n为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，v为输送计划值的时间间隔；
(3-2)根据步骤(3-1)得到的特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x，利用下式， PDC.x,j＝PDC.x/J，得到特高压直流换流站内各直流换流极有功负荷值PDC.x,j，其中，J为当前投入运行的换流极台数，将各直流换流极有功负荷值PDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的有功负荷值；
(3-3)求解步骤(3-2)的电网潮流计算模型，得到与PDC.x相应的未来第x分钟的特高压直流换流站的直流总无功功率QDC.x，并将QDC.x分配到当前运行的直流换流极上，即QDC.x,j＝QDC.x/J，将QDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的无功功率；
(3-4)从电网调度中心获取特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量 Qfilter.sum，根据步骤(3-3)中的电网潮流计算模型中各换流极的无功功率QDC.x，计算特高压直流换流站需要投入或切除的高压滤波/补偿电容器，包括以下步骤：
(3-4-1)利用下式，计算特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx：
ΔQx＝QDC.x-Qfilter.sum,x；
(3-4-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，本发明的一个实施例中，Qmaxdoor为200，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且特高压直流换流站仍有未投入的滤波/补偿电容器，则使电网潮流计算模型中的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为合位，并将特高压直流换流站中的相应滤波/补偿电容器的状态记为投入，使当前计算时标x时，特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量Qfilter.sum,x为：
Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x+Qfilter,l
其中，Qfilter,l为特高压直流换流站投入的滤波/补偿电容器的有效容量，Qfilter,l的计算方式为：
Figure BDA0002272391530000091
其中，Uac为当前特高压直流换流站交流母线电压值，UacN,l为投入的第l组滤波补偿电容器的额定电压，Qfilter,l,N为投入的第l组滤波补偿电容器的额定容量，Uac、UacN,l、Qfilter,l,N为电网潮流计算模型中的已知量，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则返回(3-4-1)；
(3-4-3)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmindoor，本发明的一个实施例中，Qmindoor为-200，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若交流系统向直流系统输送功率ΔQx小于或等于特高压直流换流站自动控制系统中设置的门槛值Qmindoor，并且当前投入的滤波/补偿电容器数量大于规定的最小投入容量，则退出入1组滤波/补偿电容器CF,l，并将Qfilter.sum,x修正为：Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x-Qfilter,l，其中Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器CF,l的当前无功功率量测值，同时，在电网潮流计算模型中，将切除的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸置为分位，并标记该设备状态为已经退出；
(3-4-4)根据步骤(3-4-3)的电网潮流计算模型进行潮流计算，得到当前潮流计算结果中特高压直流换流站近区电网母线i的电压幅值Vi,flow，遍历特高压直流近区的I条母线，得到特高压直流换流站近区所有电网母线电压值VP,i：
{VP,i,x＝Vi,flow,i＝1,...,I}
(3-5)使当前计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x≤Tf，则返回步骤(3-1)，若x>Tf，则进行步骤(4)；
(4)根据上述步骤(3)得到的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000101
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000102
包括以下步骤：
(4-1)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生增加的最大幅值ΔVt.inc,i，步骤如下：
(4-1-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-1-2)使计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x>Tf，则进入步骤(4-1-3)结束计算，若x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x， x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x，对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＞ΔVt.inc,,i，则ΔVt.inc,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-1-2),若ΔVP,i,x≤ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i；
(4-2)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生的最大减少幅值ΔVt.dec,i，步骤如下：
(4-2-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-2-2)计算x＝x+1，对x进行判断，如果x>Tf则执行步骤(4-2-3)结束计算，若 x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x；对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＜ΔVt.dec,j，则ΔVt.dec,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-2-2),若ΔVP,i,x≥ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i；
(4-3)根据步骤(4-1)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i和步骤(4-2)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i，计算得到特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000103
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000104
/>
Figure BDA0002272391530000111
其中，t＝1，…，Tf，为预测的总时刻数量，本发明的一个实施例中，取30分钟，
Figure BDA0002272391530000112
为特高压直流换流站近区母线i的电压计划限值，人工设定，如实施例中计划限值为758～788；
其中
Figure BDA0002272391530000113
分别为特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限、电压安全域下限,其物理意义是：在未来Tf分钟内，当特高压直流换流站近区母线BP,i的电压处于安全域限值范围内，即不会因为特高压直流换流站的有功输送调整造成电压不合格。
(5)将步骤(4)的特高压直流换流站近区母线的电压安全域上限和电压安全区域下限输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块将相应控制指令下发到近区电厂和变电站执行，从而降低特高压直流换流站近区母线电压波动对电网电压的影响。
下面结合附图和具体实施例，进一步对降低特高压直流换流站近区电网电压波动的方法进行详细说明如下：
本发明方法涉及的电网模型中，特高压直流换流站近区电网连接关系如图1所示，在电网模型中包含特高压直流换流站A，和变电站D，A包含设备有Bp1换流站高压750母线，当前电压为780.6576，计划限值为758～788，Cf1～Cf20 20组高压滤波电容器，容量为305，Cd1～Cd4 4组低压电抗器，容量为-90，换流极Pd1～Pd4，当前全部运行；基态下高压滤波电容器配置20组，投入12组，低压电抗器配置4组，投入2组。D包含高压母线 Dbs1，当前电压为780。
本发明提出的降低特高压直流换流站近区电网电压波动的方法，整体流程如图2所示，包括以下步骤：
本发明提出的降低特高压直流换流站近区电网电压波动的方法，下面结合实施例进一下详细说明如下。
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有2条母线、4台当前投入运行的换流极和20台高压滤波/补偿电容器；
(2)记当前控制时刻为t0＝1572781239，从电网调度中心获取特高压直流换流站的当日有功功率输送计划值Sp,n，n＝1,...,N，N为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的个数，以v为输送计划值的时间间隔，设定 v＝5分钟，N为288；
由于计划点数N为288，下表只列出t0＝1572781239开始时刻后两小时数据；
时间点 值 时间点 值 时间点 值 时间点 值 时间点 值 时间点 值
Sp1 5700 Sp2 6000 Sp3 6300 Sp4 6600 Sp5 6900 Sp6 7200
Sp7 7500 Sp8 7200 Sp9 7000 Sp10 6700 Sp11 6450 Sp12 6525
Sp13 6600 Sp14 6675 Sp15 6750 Sp16 6825 Sp17 6900 Sp18 6975
Sp19 7050 Sp20 7125 Sp21 7200 Sp22 7275 Sp23 7350 Sp24 7425
(3)计算当前控制时刻t0至f时段内的I条母线中的第i条母线的电压预测值VP,i，具体步骤如下：
(3-1)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，设定当前计算时标x为1，设定计算间隔为k，在当前控制时刻t0，对控制时刻t0+x*k进行判断，若t0+x*k与n*v相等，则使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于步骤(2)的当日有功功率输送计划值Sp,n，若t0+x*k与n*v不相等，则，求解满足不等式n*v<＝t0+x*k<n*(v+1)的n，从步骤(2)的N个有功功率计划值中得到与n和n+1相应的两个有功功率计划值Sp,n和 Sp,n+1，对Sp,n、Sp,n+1进行线性插值计算，得到一个差分值，并使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于该差分值；若t0+x*k小于f，则使x＝x+1，重复本步骤，得到所有特高压直流换流站的有功功率输送值；
(3-2)根据步骤(3-1)得到的特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x，利用下式， PDC.x,j＝PDC.x/J，得到特高压直流换流站内各直流换流极有功负荷值PDC.x,j，其中J为当前投入运行的换流极台数，将各直流换流极有功负荷值PDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的有功负荷值；
(3-3)求解步骤(3-2)的电网潮流计算模型，得到与PDC.x相应的未来第x分钟的特高压直流换流站的直流总无功功率QDC.x，并将QDC.x分配到当前运行的直流换流极上，即QDC.x,j＝QDC.x/J，将QDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的无功功率；
(3-4)设定特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量Qfilter.sum，根据步骤 (3-3)中的电网潮流计算模型中各换流极的无功功率QDC.x，计算特高压直流换流站需要投入或切除的高压滤波/补偿电容器包括以下步骤：
(3-4-1)利用下式，计算特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率：
ΔQx＝QDC.x-Qfilter.sum,x；
(3-4-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，设定Qmaxdoor为200，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且特高压直流换流站仍有未投入的滤波/补偿电容器，则使电网潮流计算模型中的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为合位，并将特高压直流换流站中的相应滤波/补偿电容器的状态记为投入，使Qfilter.sum,x为：
Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x+Qfilter,l
其中，Qfilter,l为投入的滤波/补偿电容器有效容量，Qfilter,l的计算方式为：
Figure BDA0002272391530000131
其中，Uac为当前特高压直流换流站交流母线电压值，UacN,l为投入的第l组滤波补偿电容器的额定电压，Qfilter,l,N为投入的第l组滤波补偿电容器的额定容量，Uac、UacN,l、Qfilter,l,N为电网潮流计算模型中的已知量，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则返回(3-4-1)；
(3-4-3)如果交流系统向直流系统输送功率ΔQx小于特高压直流换流站自动控制系统中设置的门槛值Qmindoor，置为-200，并且当前投入的滤波/补偿电容器数量大于规定的最小投入容量，则选择模拟退出入1组滤波/补偿电容器CF,l，修正Qfilter.sum,x为： Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x-Qfilter,l；其中Qfilter,l为选择模拟切除的第l组滤波/补偿电容器CF,l的当前的无功量测值。同时，在电网潮流计算模型中，将选择模拟切除的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸置为分位，并标记该设备状态为已经退出；
(3-4-4)进行潮流计算，得到特高压直流换流站近区电网母线电压值：
{VP,i,x＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中Vi,flow为当前潮流计算结果中特高压直流换流站近区电网母线i的电压幅值。
(3-5)当前计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x>Tf，则记录进行步骤(4)，若x≤Tf，则返回步骤(3-1)；
通过上述计算可得到的母线预测值：表1计算数值表中的母线预测值。
(4)利用下式，计算特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000141
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000142
Figure BDA0002272391530000143
其中，t＝1，…，Tf，为预测的总时刻数量，一般取30分钟；
Figure BDA0002272391530000144
为特高压直流换流站近区母线i的电压计划限值，ΔVt.inc,i为从某个t时刻开始，特高压直流换流站近区母线i电压发生增加的最大幅值，ΔVt.dec,i为从某个t时刻开始，特高压直流换流站近区母线i电压发生的最大减少幅值。具体步骤如下：
(4-1)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生增加的最大幅值ΔVt.inc,i，步骤如下：
(4-1-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-1-2)计算x＝x+1，对x进行判断，若x>Tf则进入步骤(4-1-3)结束计算，若x ≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x；对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＞ΔVt.inc,i，则ΔVt.inc,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-1-2),若ΔVP,i,x≤ΔVt.inc,i执行步骤(4-1-3)。
(4-1-3)结束计算，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i。
(4-2)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生的最大减少幅值ΔVt.dec,i，步骤如下：
(4-2-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-2-2)计算x＝x+1，对x进行判断，如果x>Tf则执行步骤(4-2-3)结束计算，若 x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x；对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x＜ΔVt.dec,j，则ΔVt.dec,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-2-2),若ΔVP,i,x≥ΔVt.inc,i执行步骤(4-2-3)。
(4-2-3)结束计算，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i。
通过预测值，计算得到ΔVP,i,x为表1计算数值表中的Bp1、Dbs1预测值差值；
取系统中
Figure BDA0002272391530000151
输入参数：788，758；
计算所得VS,max,VS,min特高压直流站A的Bp1为780.88、759.22，变电站D的Dbs1 为783.9013、758.8097。
(5)根据步骤(4)得到的特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272391530000152
和电压安全区域下限/>
Figure BDA0002272391530000153
输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制AVC模块中，AVC根据特高压直流近区电网母线电压进行判断，若越上限/>
Figure BDA0002272391530000154
或下限/>
Figure BDA0002272391530000155
计算生成消除电压越限的控制策略，并下发近区电厂和变电站执行,实现了降低特高压直流换流站近区母线电压的波动。本实施例的计算结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002272391530000156
/>
Figure BDA0002272391530000161
/>

Claims (1)

1.一种降低特高压直流换流站近区电压波动的电网电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；
(2)记当前控制时刻为t0，从电网调度中心获取特高压直流换流站的当日有功功率输送计划值Sp,n，n＝1,...,N，N为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，以v为输送计划值的时间间隔；
(3)计算当前控制时刻t0至f时段内的I条母线中的第i条母线的电压预测值VP,i，具体步骤如下：
(3-1)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，设定当前计算时标x为1，设定计算间隔为k，在当前控制时刻t0，对控制时刻t0+x*k进行判断，若t0+x*k与n*v相等，则使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于步骤(2)的当日有功功率输送计划值Sp,n，若t0+x*k与n*v不相等，则，求解满足不等式n*v<＝t0+x*k<n*(v+1)的n，从步骤(2)的N个有功功率计划值中得到与n和n+1相应的两个有功功率计划值Sp,n和Sp,n+1，对Sp,n、Sp,n+1进行线性插值计算，得到一个差分值，并使特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x等于该差分值；若t0+x*k小于f，则使x＝x+1，重复本步骤，得到所有特高压直流换流站的有功功率输送值，其中n为特高压直流换流站的交流侧每日向特高压直流换流站的直流侧输送有功功率计划值的序号，v为输送计划值的时间间隔；
(3-2)根据步骤(3-1)得到的特高压直流换流站的有功功率输送值PDC.x，利用下式，PDC.x,j＝PDC.x/J，得到特高压直流换流站内各直流换流极有功负荷值PDC.x,j，其中，J为当前投入运行的换流极台数，将各直流换流极有功负荷值PDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的有功负荷值；
(3-3)求解步骤(3-2)的电网潮流计算模型，得到与PDC.x相应的未来第x分钟的特高压直流换流站的直流总无功功率QDC.x，并将QDC.x分配到当前运行的直流换流极上，即QDC.x,j＝QDC.x/J，将QDC.x,j作为电网潮流计算模型中各换流极的无功功率；
(3-4)从电网调度中心获取特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量Qfilter.sum，根据步骤(3-3)中的电网潮流计算模型中各换流极的无功功率QDC.x，计算特高压直流换流站需要投入或切除的高压滤波/补偿电容器，包括以下步骤：
(3-4-1)利用下式，计算特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx：
ΔQx＝QDC.x-Qfilter.sum,x；
(3-4-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且特高压直流换流站仍有未投入的滤波/补偿电容器，则使电网潮流计算模型中的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为合位，并将特高压直流换流站中的相应滤波/补偿电容器的状态记为投入，使当前计算时标x时，特高压直流换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量Qfilter.sum,x为：
Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x+Qfilter,l
其中，Qfilter,l为特高压直流换流站投入的滤波/补偿电容器的有效容量，Qfilter,l的计算方式为：
Figure FDA0004037701400000021
其中，Uac为当前特高压直流换流站交流母线电压值，UacN,l为投入的第l组滤波补偿电容器的额定电压，Qfilter,l,N为投入的第l组滤波补偿电容器的额定容量，Uac、UacN,l、Qfilter,l,N为电网潮流计算模型中的已知量，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则返回(3-4-1)；
(3-4-3)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmindoor，对特高压直流换流站交流系统向直流系统输送的无功功率ΔQx进行判断，若交流系统向直流系统输送功率ΔQx小于或等于特高压直流换流站自动控制系统中设置的门槛值Qmindoor，并且当前投入的滤波/补偿电容器数量大于规定的最小投入容量，则退出入1组滤波/补偿电容器CF,l，并将Qfilter.sum,x修正为：Qfilter.sum,x＝Qfilter.sum,x-Qfilter,l，其中Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器CF,l的当前无功功率量测值，同时，在电网潮流计算模型中，将切除的滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸置为分位，并标记设备状态为已经退出；
(3-4-4)根据步骤(3-4-3)的电网潮流计算模型进行潮流计算，得到当前潮流计算结果中特高压直流换流站近区电网母线i的电压幅值Vi,flow，遍历特高压直流近区的I条母线，得到特高压直流换流站近区所有电网母线电压值VP,i：
{VP,i,x＝Vi,flow,i＝1,...,I}
(3-5)使当前计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x≤Tf，则返回步骤(3-1)，若x>Tf，则进行步骤(4)；
(4)根据上述步骤(3)得到的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure FDA0004037701400000031
和电压安全区域下限
Figure FDA0004037701400000032
包括以下步骤：
(4-1)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生增加的最大幅值ΔVt.inc,i，步骤如下：
(4-1-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-1-2)使计算时标x为x＝x+1，对x进行判断，若x>Tf，则进入步骤(4-1-3)结束计算，若x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x，对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x>ΔVt.inc,i，则ΔVt.inc,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-1-2),若ΔVP,i,x≤ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i；
(4-2)根据步骤(3)得到的特高压直流换流站母线的电压预测值VP,i，计算特高压直流换流站近区母线i电压发生的最大减少幅值ΔVt.dec,i，步骤如下：
(4-2-1)对第t时刻，设定x初值为t，设定ΔVt.inc,i＝0；
(4-2-2)计算x＝x+1，对x进行判断，如果x>Tf则执行步骤(4-2-3)结束计算，若x≤Tf，从VP,i获取x时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x，x-1时刻特高压直流换流站近区母线i的电压预测值VP,i,x-1,通过ΔVP,i,x＝VP,i,x-VP,i,x-1计算电压变化量ΔVP,i,x；对ΔVP,i,x进行判断，若ΔVP,i,x<ΔVt.dec,j，则ΔVt.dec,i＝ΔVP,i,x并返回步骤(4-2-2),若ΔVP,i,x≥ΔVt.inc,i，得到从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i；
(4-3)根据步骤(4-1)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压增加幅值ΔVt.inc,i和步骤(4-2)的从第t时刻开始特高压直流换流站近区母线i的最大电压减少幅值ΔVt.dec,i，计算得到特高压直流换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure FDA0004037701400000041
和电压安全区域下限
Figure FDA0004037701400000042
Figure FDA0004037701400000043
其中，t＝1，…，Tf，为预测的总时刻数量，
Figure FDA0004037701400000044
为特高压直流换流站近区母线i的电压计划限值；
(5)将步骤(4)的特高压直流换流站近区母线的电压安全域上限和电压安全区域下限输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块将相应控制指令下发到近区电厂和变电站执行，从而降低特高压直流换流站近区母线电压波动对电网电压的影响。
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