CN111555273A - 基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法。内容包括：计算多直流弱送端电网的自临界状态初始潮流；对线路无功功率损耗、电压损耗及电网各节点电压进行分析；筛选重要线路，设置初始故障点；根据事故链形成原理，判断故障后下一传播路径，形成一条完整事故链；基于不同的初始故障点，形成多直流弱送端电网事故链集合。本发明提供一种基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，基于无功损耗与电压损耗进行计算分析，确定电网的连锁故障事故链的传播途径，为电网连锁故障的监视与预警提供有效方法。

Description

基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法
技术领域
本发明属于交直流电网连锁故障的传播路径辨识领域，尤其涉及基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法。
背景技术
随着大规模直流输电系统的相继投运，交直流耦合问题突出，连锁故障的风险加剧。与纯交流电网不同，在交直流混联电网中由于直流换流器有功无功强相关、交直流强耦合特性，导致系统的运行特性发生了显著变化，电压、频率和功角稳定均表现出交互影响的状态。直流系统大规模、聚合化输电的特点使得故障后所激发的功率不平衡量增加，且送受端强耦合使得扰动经直流跨区域传播，故障的影响由局部转为全局化，系统的安全稳定遭到威胁。目前国内外对于电网的连锁故障事故链研究主要集中于纯交流电网，并且对于自组织临界线路的辨识多通过发电机有功出力作为线路的权重系数，并用相邻线路中加权介数最高值的方法来辨别，鲜有从无功电压角度考虑自组织临界线路对电网连锁故障的影响。因此，如何分析交直流电网连锁故障的无功电压传播路径显得尤为重要。
综上所述，针对直流线路接入交流电网后的无功电压特性，在之前研究基础上，提出一种基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，基于自组织临界理论，通过筛选交直流电网连锁故障传播过程中的关键线路，跟踪这些线路故障后的电网运行状态，将连锁故障的监视问题转化为电网元件状态的监视问题，只要能通过能量管理系统得到电网元件的运行状态，就能以事故链的形式仿真电网自临界状态演化过程中潜在的连锁故障传播路径，从而实现事故链预警。
发明内容
针对目前缺少对交直流电网连锁故障中无功电压传播路径的分析，本发明的目的是提供一种基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，用于从无功电压角度考虑自组织临界线路对电网连锁故障的影响，为电网连锁故障监视与预警提供参考。为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征是所述方法包括：
1.基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤:
S1:计算多直流弱送端电网的自临界状态初始潮流；
S2:对各线路的无功电压损耗、电网各节点电压进行分析；
S3:筛选重要线路，设置初始故障点；
S4:根据事故链形成原理，判断故障后下一传播路径，形成一条完整事故链；
S5:基于不同的初始故障点，形成多直流弱送端电网事故链集合。
2.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤:
S101：计算多直流弱送端电网的自临界状态下初始潮流分布。
3.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：
S201：根据初始潮流计算结果，计算电网内各线路的无功功率损耗ΔQ，并由大到小进行排序，ΔQ的计算公式为：
ΔQ＝Qi-Qj (1)
其中，Qi、Qj为线路始端和末端的无功功率；
S202：根据初始潮流计算结果，将电网内各节点电压标幺值由低到高进行排序；
S203：根据初始潮流计算结果，计算电网内各线路的电压损耗ΔU,并从大到小进行排序，ΔU的计算公式为：
ΔU＝U1-U2 (2)
其中，U1、U2为线路两端的节点电压；
4.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤:
S301：根据线路的无功功率损耗ΔQ公式，筛选出无功电压损耗较大的线路，作为交流重载线路；
Figure BDA0002477244740000031
电网中线路的无功功率损耗与线路输送的有功功率、无功功率的平方成正比，当线路重负荷时，无功功率损耗ΔQ增加；
S302：设置直流闭锁电压阈值UBLOCK、直流线路输送功率Pimax，当满足 Ud＜UBLOCK和Pi＞Pimax时，直流线路出现闭锁故障，并以此筛选出直流重载线路，其中Ud为直流换流器电压，Pi为直流线路输送功率；
S303：从交流和直流线路中，筛选出交、直流重载线路，作为多直流弱送端电网中重要线路；
S304：将交流重载线路、直流重载线路分别设置为初始故障点；
5.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：
S401：初始故障后，将同一电压等级下，与初始故障线路有直接物理连接的线路中，选择电压降落最大，末端电压U2最低的线路，作为下一级故障线路，忽略电压降落横分量，末端节点电压U2为：
Figure BDA0002477244740000041
由上式知，当线路中有功功率P2和无功功率Q2增加，则电压损耗ΔU2增加，末端电压急剧降低；
S402：将每条线路故障作为事故链的中间环节，则电网事故的第i条事故链Li的一般表达式为：
Li＝TiI∩Ti2∩…∩Tim (5)
其中 Tij(j＝1，2…m)为第i条事故链的第j个条件，表示事故链的中间环节，如果所有Tij都等于1，则事故发生，多个Tij之间具有独立或相关关系；
S403：如果事故链的中间环节全部触发，则形成一条完整的事故链；
6.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：
根据S304设置的其他初始故障点，找出使区域电网连锁故障传播的全部事故链，形成多直流弱送端电网连锁故障事故链集合。
本发明公开了基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法。内容包括：计算多直流弱送端电网的自临界状态初始潮流；对线路无功功率损耗、电压损耗及电网各节点电压进行分析；筛选重要线路，设置初始故障点；根据事故链形成原理，判断故障后下一传播路径，形成一条完整事故链；基于不同的初始故障点，形成多直流弱送端电网事故链集合。本发明提供一种基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，基于无功损耗与电压损耗进行计算分析，确定电网的连锁故障事故链的传播途径，为电网连锁故障的监视与预警提供有效方法。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明提供的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法流程图。
图2是改进IEEE-10机39节点单线图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的典型实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
附图2是改进IEEE-10机39节点单线图，以改进IEEE-10机39节点交直流系统作为本发明的一个实施例，进行连锁故障拟合仿真计算分析，对本发明的发明内容作进一步说明。
随着多条直流的投入运行，电网的区域互联程度大幅加深，交直流之间耦合特性突出，单一故障容易触发系统连锁故障，且局部故障的影响容易扩大至全局，加剧了故障风险。直流近区交流线路发生故障容易引发系统电压波动、潮流大面积转移，造成交流电网发生连锁故障。基于本方法提出的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，对改进IEEE-10机39节点交直流电网进行故障仿真，基于无功损耗与电压损耗进行计算分析，确定交直流电网连锁故障事故链的传播路径。
改进IEEE-10机39节点的单线图如图2所示。原系统包含10个发电机，29条负载线路和46条输电线路，在母线26处新增一条标号为26的直流线路。以此为例，本发明提供的一种基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法包括：
S1：计算多直流弱送端电网的自临界状态初始潮流；
对电网进行自临界状态下的初始潮流计算，得到全网各母线的电压幅值和电压相角、各交流线两侧的有功功率和无功功率、有功损耗和无功损耗。
S2：对各线路的无功电压损耗、电网各节点电压进行分析；
根据初始潮流计算结果，将电网内各线路的无功功率损耗ΔQ由大到小进行排序(取前十个)，如下表1所示：
表1各线路无功损耗排序表(单位p.u.)
Figure BDA0002477244740000061
根据初始潮流计算结果，将电网内各节点电压由低到高进行排序(取前十个)，如下表2所示：
表2各节点电压排序表(单位p.u.)
Figure BDA0002477244740000062
Figure BDA0002477244740000071
根据初始潮流计算结果，计算电网内各线路的电压损耗ΔU,并从大到小进行排序(取前十个)，如下表3所示：
表3各线路电压损耗排序表(单位p.u.)
Figure BDA0002477244740000072
S3：筛选重要线路，设置初始故障点；
电网中线路的无功功率损耗与线路输送的有功功率、无功功率的平方成正比，当线路重负荷时，无功功率损耗ΔQ增加。根据线路的无功功率损耗表，筛选出无功损耗较大的线路即交流线29-28，作为交流重载线路。
设置直流线路26-40作为直流重载线路。至此，将交流线路29-28、直流线26-40 作为多直流弱送端电网中重要线路并设置为初始故障点。
S4：根据事故链形成原理，判断故障后下一传播路径，形成一条完整事故链；
当交流线路29-28过载断开后，在再次进行潮流计算。根据潮流计算结果，将电网内各节点电压由低到高进行排序(取前10个)，如下表4所示：
表4各节点电压排序表(单位p.u.)
Figure BDA0002477244740000081
根据潮流计算结果，在同一电压等级下，与初始故障线路有直接物理连接的线路中，选择电压降落最大，末端电压最低的线路，即交流线路28-26，作为下一级故障线路。
按照此步骤，找到每一级故障线路并作为事故链的中间环节，由此形成一条完整的事故链，即：(事故链①)＝(交流线路29-28过载跳闸)∩(交流线路28-26断开)∩(交流线路26-27断开)∩(交流线路27-17断开)，直至电网发生大面积停电或崩溃。
S5：基于不同的初始故障点，形成多直流弱送端电网事故链集合。
当初始故障为直流线26时，完整的一条事故链为：(事故链②)＝(直流线路 26-40过载)∩(交流线路25-26断开)∩(交流线路25-2断开)∩(交流线路2-30断开)。
由本方法得到的事故链即为多直流弱送端电网下故障传播的路径，为电网连锁故障的监视与预警提供有效方法。
最后应当说明的是：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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤:
S1:计算多直流弱送端电网的自临界状态初始潮流；
S2:对各线路的无功电压损耗、电网各节点电压进行分析；
S3:筛选重要线路，设置初始故障点；
S4:根据事故链形成原理，判断故障后下一传播路径，形成一条完整事故链；
S5:基于不同的初始故障点，形成多直流弱送端电网事故链集合。
2.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤:
S101：计算多直流弱送端电网的自临界状态下初始潮流分布。
3.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：
S201：根据初始潮流计算结果，计算电网内各线路的无功功率损耗ΔQ，并由大到小进行排序，ΔQ的计算公式为：
ΔQ＝Qi-Qj (1)
其中，Qi、Qj为线路始端和末端的无功功率；
S202：根据初始潮流计算结果，将电网内各节点电压标幺值由低到高进行排序；
S203：根据初始潮流计算结果，计算电网内各线路的电压损耗ΔU,并从大到小进行排序，ΔU的计算公式为：
ΔU＝U1-U2 (2)
其中，U1、U2为线路始末节点电压。
4.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤:
S301：根据线路的无功功率损耗ΔQ公式，筛选出无功电压损耗较大的线路，作为交流重载线路；
Figure FDA0002477244730000021
电网中线路的无功功率损耗与线路输送的有功功率、无功功率的平方成正比，当线路重负荷时，无功功率损耗ΔQ增加；
S302：设置直流闭锁电压阈值UBLOCK、直流线路输送功率Pimax，当满足Ud＜UBLOCK和Pi＞Pimax时，直流线路出现闭锁故障，并以此筛选出直流重载线路，其中Ud为直流换流器电压，Pi为直流线路输送功率；
S303：从交流和直流线路中，筛选出交、直流重载线路，作为多直流弱送端电网中重要线路；
S304：将交流重载线路、直流重载线路分别设置为初始故障点。
5.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：
S401：初始故障后，在同一电压等级下，与初始故障线路有直接物理连接的线路中，选择电压降落最大，末端电压U2最低的线路，作为下一级故障线路，忽略电压降落横分量，末端节点电压U2为：
Figure FDA0002477244730000022
由上式知，有功功率P2和无功功率Q2增加，则电压损耗ΔU2增加，末端电压急剧降低；
S402：将每条线路故障作为事故链的中间环节，则电网事故的第i条事故链Li的一般表达式为：
Li＝Ti1∩Ti2∩…∩Tim (5)
其中Tij(j＝1，2…m)为第i条事故链的第j个条件，表示事故链的中间环节，如果所有Tij都等于1，则事故发生，多个Tij之间具有独立或相关关系；
S403：如果事故链的中间环节全部触发，则形成一条完整的事故链。
6.根据权利要求1所述的基于多直流弱送端电网连锁故障传播的无功电压分析方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：
根据S304设置的其他初始故障点，找出使区域电网连锁故障传播的全部事故链，形成多直流弱送端电网连锁故障事故链集合。
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