CN111162529B - 一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，包括：确定混联电网的交流母线运行的最高电压和最低电压；校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值；根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围，解决目前对混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的需求问题。

Description

一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法及装置

技术领域

本申请涉及大型交直流混联电网安全稳定运行领域，具体的涉及一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，同时涉及一种混联电网的交流母线电压运行范围计算装置。

背景技术

大型交直流混联电网中，直流闭锁造成的功率回退将引起直流近区交流母线稳态过电压问题，严重影响交流设备的安全运行，与此同时，当直流近区发生交流线路永久性故障后，由于潮流转移至近区其他交流输电通道，将导致该输电通道重载，进而导致稳态低电压(低于475kV)现象。随着特高压直流的大规模发展，直流功率越来越大，直流闭锁故障与交流故障导致的稳态过电压与稳态低电压问题日益突出。然而，目前在实际电网的仿真计算中，并没有形成统一的适用于大型交直流混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，亟需开展交直流混联电网稳态电压运行范围计算方法研究。

发明内容

本申请提供一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，解决目前对混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的需求问题。

本申请提供一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，包括：

确定混联电网的交流母线运行的最高电压和最低电压；

校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值；

根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

优选的，所述确定交流母线运行的最高电压和最低电压，包括：

根据系统运行情况、设备耐受能力因素，确定交流母线运行的最高电压U_max与最低电压U_min。

优选的，所述校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值，包括：

校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；

若预先确定的直流功率下屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；

若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂。

优选的，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围，包括：

混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；

若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围；

其中，U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压，ΔU₁、ΔU₂分别为直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值、稳态压降最大值。

优选的，所述直流功率根据下述步骤确定：

在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

本申请同时提供一种混联电网的交流母线电压运行范围计算装置，包括：

电压确定单元，确定交流母线运行的最高电压和最低电压；

压升和压降确定单元，校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值；

运行范围确定单元，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

优选的，电压确定单元，包括：

电压确定子单元，用于根据系统运行情况、设备耐受能力因素，确定交流母线运行的最高电压U_max与最低电压U_min。

优选的，压升和压降确定单元，包括：

稳态压升最大值获取子单元，用于校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；

稳态压降最大值获取子单元，用于若预先确定的直流功率下屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；

稳态压升最大值获取子单元，用于若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂。

优选的，运行范围确定单元，包括：

运行范围确定子单元，用于确定混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压；

运行范围确定子单元，用于若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围。

优选的，进一步包括：

功率确定单元，用于在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

本申请提供一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，通过交直流系统间无功交换方式对稳态压升、稳态压降的影响，按静态潮流分布确定交流断面最大运行功率，通过稳态压升与稳态压降确定交流母线电压运行控制范围，解决目前对混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的需求问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的一种混联电网的交流母线电压运行范围的详细步骤示意图；

图3是本申请实施例涉及的锦苏直流送端系统示意图；

图4是本申请实施例提供的一种混联电网的交流母线电压运行范围计算装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1

图1为本申请实施例提供的一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的流程示意图，下面结合图1对本申请实施例提供的方法进行详细说明。

步骤S101，确定交流母线运行的最高电压和最低电压。

电网交直流故障后的电压波动与多种因素相关，如直流功率水平、无功补偿方式、近区线路潮流、机组运行状态、安控切机策略等等，应根据实际经验和灵敏度分析，确定相对保守的方式，确保涵盖各种可能。

令Q_ref表示直流系统与系统间的无功交换，Q₀表示无功功率；由于直流系统设计时的无功交换原则是尽量多从系统吸收无功(无功可由配套电源等提供，滤波器造价高，经济角度少用为好)，因此Q_ref通常为非负数。目前，针对不同的无功交换方式，考虑到滤波器造价等经济性因素，直流与系统间的无功交换通常由以下确定。

若直流采用欠补方式，即直流从交流系统吸收无功功率，则直流系统与交流系统间的无功交换为，

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

即从原有死区基础上增加一组滤波器的范围。

若直流采用过补方式，则直流系统与交流系统间的无功交换为，

Q_ex＝Q_ref-Q₀。

原则是尽量不要过补得太多，尤其是直流功率大的时候，要控制在一组滤波器的范围内(同样是经济性考虑)。

欠补方式下，直流从交流系统吸收更多无功功率，因此欠补方式下直流闭锁后稳态过电压更为严重，交流故障后系统稳态压降更严重。从保守计算的角度出发，交直流混联电网交流母线电压运行范围要在欠补方式下校核。

考虑实际系统运行情况、设备耐压能力等因素综合确定母线最高运行电压电压U_max与U_min。

按静态潮流分布确定交流断面最大运行功率，设设近区断面由A、B两个双回线路构成，对于双回线A，考虑到N-1故障后不超热稳限额，双回线A的热稳极限为X_A；对于双回线B，考虑到N-1故障后不超热稳限额，双回线B的热稳极限为X_B；

若考虑近区极端开机方式KJ₁，双回线A与B的潮流分布比例为P_A1：P_B1；

若考虑近区极端开机方式KJ₂，双回线A与B的潮流分布比例为P_A2：P_B2；

若考虑近区极端开机方式KJ_n，双回线A与B的潮流分布比例为P_An：P_Bn

得到

若PCT_maxA≥PCT_maxB，则：

若PCT_maxA<PCT_maxB，则：

即交流断面最大运行功率为P_ACmax。

步骤S102，校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值。

校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；确定所给定直流功率下的再启动策略是否屏蔽了降压再启动功能；若预先确定的直流功率屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂。

步骤S103，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围。其中，U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压，ΔU₁、ΔU₂分别为直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值、稳态压降最大值。

直流功率根据下述步骤确定：

在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

将图1的计算流程应用到交直流混联电网中交流母线电压运行范围计算的工程实践中，即可构成具体应用的最佳实施例。

以图2中所示的锦苏直流送端系统为例，对本发明提出的电压运行范围校核方法进行说明，同时结合图2提供的详细步骤。

步骤1：确定计算条件。具体计算过程如下：

(1)选取2019年夏季小方式下校核。

(2)无功欠补量

锦苏直流功率6600MW，锦屏换流站配置14组滤波器，每组额定容量215Mvar，总计3010Mvar，滤波器全部投入时，锦苏直流无功欠补约800MW。

(3)确定交流母线电压运行最高为550kV，最低为485kV。

(4)东天+月锦断面(川送锦)最大运行功率

1)考虑锦东开5机3000MW，锦西不开机，锦苏直流7200MW，东天两回线(锦送川)200MW，月锦两回线(川送锦)4400MW，潮流分配比例为-0.0455：1。

2)考虑锦东不开机，锦西开5机3000MW，锦苏直流7200MW，东天两回线(川送锦)100MW，月锦两回线(川送锦)4100MW，潮流分配比例为0.0243：1。

由于月锦线热稳极限为2600MW，考虑到最极端情况下的潮流分布，东天+月锦断面受入能力为：2600-2600*0.0455＝2481.7MW

东天+月锦断面功率按2400MW考虑。

步骤2：校核故障后压升与压降

(1)直流闭锁后换流母线稳态压升。

考虑步骤1中各类约束条件，同时考虑现有规定的最小开机约束(锦东4机、锦西4机，官地1机)，锦苏直流最大稳态压升为16.7kV。

(2)交流故障后稳态压降

考虑步骤1中各类约束条件，月锦N-2故障后潮流向东天双线转移，该线路长达290km，故障后锦屏站稳态压降最大为30.6kV。

步骤3：判断是否有运行空间

当锦苏直流降至6600MW时，直流闭锁后锦屏换流母线稳态压升为16.7kV，考虑到锦屏站的自动投切电抗器作用(超过540kV自动投入，电压降低3-4kV)，则锦屏换流母线电压运行上限约为550-16+4＝538kV。

锦苏直流近区交直流故障后，锦屏换流母线稳态压降最大为30.6kV。按故障后500kV电压不低于485kV校核，则锦屏换流母线电压运行下限为485+31＝516kV。

锦屏换流母线电压运行空间合理。

步骤4：得到电压运行范围

锦屏换流母线电压运行控制范围为516kV-538kV。

实施例2

基于同一发明构思，本申请还提供了一种混联电网的交流母线电压运行范围计算装置400，该装置解决技术问题的原理与一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法相似，重复之处不再赘述。

如图4所示，混联电网的交流母线电压运行范围计算装置，包括：

电压与功率确定单元410，确定交流母线运行的最高电压和最低电压；

压升和压降确定单元420，校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值；

运行范围确定单元430，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

优选的，电压确定单元，包括：

电压确定子单元，用于根据系统运行情况、设备耐受能力因素，确定交流母线运行的最高电压U_max与最低电压U_min。

优选的，压升和压降确定单元，包括：

稳态压升最大值获取子单元，用于校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；

稳态压降最大值获取子单元，用于若预先确定的直流功率下屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；

稳态压升最大值获取子单元，用于若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂。

优选的，运行范围确定单元，包括：

运行范围确定子单元，用于确定混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压；

运行范围确定子单元，用于若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围。

优选的，进一步包括：

功率确定单元，用于在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

本申请提供一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，通过交直流系统间无功交换方式对稳态压升、稳态压降的影响，按静态潮流分布确定交流断面最大运行功率，通过稳态压升与稳态压降确定交流母线电压运行控制范围，解决目前对混联电网的交流母线电压运行范围计算方法的需求问题。

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。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种混联电网的交流母线电压运行范围计算方法，其特征在于，包括：

确定混联电网的交流母线运行的最高电压和最低电压；

校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值，包括：校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；

若预先确定的直流功率下屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；

若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂；

根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定交流母线运行的最高电压和最低电压，包括：

根据系统运行情况、设备耐受能力因素，确定交流母线运行的最高电压U_max与最低电压U_min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围，包括：

混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；

若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围；

其中，U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压，ΔU₁、ΔU₂分别为直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值、稳态压降最大值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流功率根据下述步骤确定：

在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

5.一种混联电网的交流母线电压运行范围计算装置，其特征在于，包括：

电压确定单元，确定交流母线运行的最高电压和最低电压；

压升和压降确定单元，校核混联电网直流闭锁后交流母线稳态压升，获得交流母线的稳态压升最大值；校核混联电网交流故障后交流母线稳态压降，获得交流母线的稳态压降最大值，包括：

稳态压升最大值获取子单元，用于校核直流闭锁后近区交流母线稳态压升，获得直流闭锁后近区交流母线稳态压升最大值ΔU₁；

稳态压降最大值获取子单元，用于若预先确定的直流功率下屏蔽了降压再启动功能，则校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障得到稳态压降最大值ΔU₂；

稳态压升最大值获取子单元，用于若该直流功率下未屏蔽降压再启动功能，则分别校核直流近区一、二级交流断面N-1/N-2故障及直流降压再启动成功，得到稳态压降最大值ΔU₂；

运行范围确定单元，根据所述混联电网交流母线的最高电压和最低电压，以及所述稳态压升最大值和稳态压降最大值，确定混联电网的交流母线电压运行范围。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，电压确定单元，包括：

电压确定子单元，用于根据系统运行情况、设备耐受能力因素，确定交流母线运行的最高电压U_max与最低电压U_min。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，运行范围确定单元，包括：

运行范围确定子单元，用于确定混联电网的交流母线电压运行范围为U_min+ΔU₂～U_max-ΔU₁；U_max、U_min分别为交流母线运行的最高电压与最低电压；

运行范围确定子单元，用于若稳态压升最大值ΔU₁或稳态压降最大值ΔU₂超过预设的阈值时，降低交流断面功率，重新计算稳态压升与稳态压降，进而再次确定混联电网的交流母线电压运行范围。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，进一步包括：

功率确定单元，用于在直流采用欠补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref+Q₀；

在直流采用过补方式时，根据下式确定直流功率：

Q_ex＝Q_ref-Q₀；

其中，Q_ref表示直流系统与系统间交换的无功功率，Q₀表示交换前的无功功率。

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