CN112329231B - 一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，具体的是一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，包括如下步骤：一、获取含交直流混联受端电力系统的电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数；二、将所述电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数输入至预先构建的电压弹性力评估模型；三、输出所述交直流混联受端电力系统的电压弹性力评估结果。通过N‑2故障集下的潮流计算和机电暂态仿真，得到直流逆变站交流母线电压和熄弧角变化曲线，对关键特征提取后得到电压弹性力评估指标，实现了交直流混联电网电压恢复能力的精准定量评估，精准、定量评估交直流混联受端电网短路故障后电压恢复至正常运行水平的能力，为电网规划运行提供支撑。

Description

一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，具体的是一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法。

背景技术

我国西部地区不仅水电、煤炭等常规资源较为丰富，而且风电、光伏发电等新能源的开发也日趋成熟，但受经济水平限制，当地电网的负荷水平相对较低，电力存在较大富余；而东部沿海地区经济发达，但能源供应相对不足。由于特高压直流输电在远距离传输和隔离交流电网故障方面具有天然的优势，因此成为西部能源输送到东部负荷中心的主要方式。

精准有效地评估交直流混联受端电网的暂态电压稳定性，对于掌握电网运行特性、优化电网运行方式、改善电压运行水平，制定紧急控制措施，保证特高压直流稳定运行和防止电压失稳具有重要的实际意义。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，实现了电网短路故障下电压恢复至正常运行水平的全面精准评估。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，包括如下步骤：

一、获取含交直流混联受端电力系统的电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数；

二、将所述电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数输入至预先构建的电压弹性力评估模型；

三、输出所述交直流混联受端电力系统的电压弹性力评估结果。

进一步地，所述电压弹性力评估模型为交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型，包括评估目标函数以及电网运行约束条件，电网运行约束条件包括电网稳态、机电暂态约束以及直流逆变站近区电网的所有线路三相永久短路N-2故障集。

进一步地，所述电压弹性力评估目标函数为：

上式为模型的评估目标函数，R_V为电网电压弹性系数，N_f为直流落点近区的同杆线路数量；i为三永N-2故障序号；Ti表示短路故障i发生期间电压低于0.85pu的时间；T_max表示短路故障期间允许电压低于0.85pu的最长时间；Ni表示短路故障i发生期间直流换相失败次数；N_max短路故障期间允许的最大换相失败次数。

进一步地，所述交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型的电网运行约束条件包括：直流系统约束条件、交流系统约束条件和机电暂态仿真约束。

进一步地，所述直流系统约束条件如下：

1、直流输电约束条件：

P_d,l＝g_p(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (2)

Q_d,l＝g_q(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (3)

0≤P_d.l＜P_d,l,max (4)

l∈N_d (5)

2、直流节点功率平衡

l∈N_d (8)

式(2)-(8)为直流系统的约束条件，包括直流功率计算公式和接入节点的功率平衡，各变量含义如下：P_d,l、Q_d,l为直流输送的有功功率和无功功率；α、γ分别表示直流的触发角和熄弧角；V_ac表示换流站交流母线侧电压；V_dc、I_dc为直流电压和电流；g_p、g_q表示直流输送有功和无功功率与各直流变量之间的函数关系；P_d,l,max为直流系统的额定有功功率；N_d为电网的直流数量；V_m、V_n为节点m、n的电压幅值；θ_mn为节点m、n的电压相角差；G_mn、B_mn为节点m、n在导纳矩阵中对应元素的实部和虚部，P_L,m、Q_L,m节点m的有功、无功负荷。

进一步地，所述交流系统约束条件如下：

1、节点功率平衡

常规节点有功、无功平衡：

m∈N_B (11)

2、线路有功约束：

PL_mn,min≤PL_mn≤PL_mn,max,i∈N_L (12)

3、节点电压约束：

V_m,min≤V_m≤V_m,max,i∈N_B (13)

式(9)-(13)为交流电网的约束条件，其中，节点功率平衡保证有功功率、无功功率的平衡；线路有功约束保证电网中所有线路均运行在载流量以内；节点电压约束则保证电压运行在合理范围内，各变量含义如下：P_G,i、u_i为机组在时段的有功输出和启停变量，N_B为电网中常规交流节点的数量；N_m为节点m所连接发电机的集合；N_L为电网中线路数量；Q_G,i为机组i的无功出力；PL_mn为线路m-n的有功功率；PL_mn,max、PL_mn,min为线路m-n的有功功率上下限；V_m,max、V_m,min为节点m电压幅值的上下限。

进一步地，所述机电暂态仿真约束如下：

式中：φ_AC表示交流电网侧的微分方程，包括发电机和负荷的暂态模型，X_AC表示状态变量，Z_AC表示控制变量；φ_HVDC表示特高压直流控制模型等效微分方程，X_HVDC表示直流状态变量，Z_HVDC表示直流控制变量。

本发明的有益效果：

1、本发明提出一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，通过N-2故障集下的潮流计算和机电暂态仿真，得到直流逆变站交流母线电压和熄弧角变化曲线，并对上述曲线进行关键特征提取后得到电压弹性力评估指标，实现了交直流混联电网电压恢复能力的精准定量评估；

2、本发明精准、定量评估交直流混联受端电网短路故障后电压恢复至正常运行水平的能力，为电网规划运行提供支撑。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体流程示意图；

图2是本发明短路故障下的特高压换流站交流母线电压变化曲线；

图3是本发明短路故障下的特高压换流站熄弧角变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，如图1所示，包括如下步骤：

一、获取含交直流混联受端电力系统的电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数；

二、将所述电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数输入至预先构建的电压弹性力评估模型；

三、输出所述交直流混联受端电力系统的电压弹性力评估结果。

其中，电压弹性力评估模型为交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型，包括评估目标函数以及电网运行约束条件，电网运行约束条件包括电网稳态、机电暂态约束以及直流逆变站近区电网的所有线路三相永久短路N-2故障集。

本实施例中，特高压直流逆变站变化特征为研究对象，综合考虑多个线路短路故障提出电网电压弹性力评估指标，电压弹性力评估目标函数为：

上式为模型的评估目标函数，R_V为电网电压弹性系数，N_f为直流落点近区的同杆线路数量；i为三永N-2故障序号；Ti表示短路故障i发生期间电压低于0.85pu的时间；T_max表示短路故障期间允许电压低于0.85pu的最长时间；Ni表示短路故障i发生期间直流换相失败次数；N_max短路故障期间允许的最大换相失败次数。如图2和3所示，为短路故障下的特高压换流站交流母线和熄弧角变化情况。

本实施例中，交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型的电网运行约束条件如下：

一、直流系统约束条件

1、直流输电约束条件：

P_d,l＝g_p(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (2)

Q_d,l＝g_q(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (3)

0≤P_d.l＜P_d,l,max (4)

l∈N_d (5)

2、直流节点功率平衡

l∈N_d (8)

式(2)-(8)为直流系统的约束条件，包括直流功率计算公式和接入节点的功率平衡，各变量含义如下：P_d,l、Q_d,l为直流输送的有功功率和无功功率；α、γ分别表示直流的触发角和熄弧角；V_ac表示换流站交流母线侧电压；V_dc、I_dc为直流电压和电流；g_p、g_q表示直流输送有功和无功功率与各直流变量之间的函数关系；P_d,l,max为直流系统的额定有功功率；N_d为电网的直流数量；V_m、V_n为节点m、n的电压幅值；θ_mn为节点m、n的电压相角差；G_mn、B_mn为节点m、n在导纳矩阵中对应元素的实部和虚部，P_L,m、Q_L,m节点m的有功、无功负荷。

二、交流系统约束条件

1、节点功率平衡

常规节点有功、无功平衡：

m∈N_B (11)

2、线路有功约束：

PL_mn,min≤PL_mn≤PL_mn,max,i∈N_L (12)

3、节点电压约束：

V_m,min≤V_m≤V_m,max,i∈N_B (13)

式(9)-(13)为交流电网的约束条件，其中，节点功率平衡保证有功功率、无功功率的平衡；线路有功约束保证电网中所有线路均运行在载流量以内；节点电压约束则保证电压运行在合理范围内，各变量含义如下：P_G,i、u_i为机组在时段的有功输出和启停变量，N_B为电网中常规交流节点的数量；N_m为节点m所连接发电机的集合；N_L为电网中线路数量；Q_G,i为机组i的无功出力；PL_mn为线路m-n的有功功率；PL_mn,max、PL_mn,min为线路m-n的有功功率上下限；V_m,max、V_m,min为节点m电压幅值的上下限；

三、机电暂态仿真约束

式中：φ_AC表示交流电网侧的微分方程，包括发电机和负荷的暂态模型，X_AC表示状态变量，Z_AC表示控制变量；φ_HVDC表示特高压直流控制模型等效微分方程，X_HVDC表示直流状态变量，Z_HVDC表示直流控制变量。

综上所述：

本发明提出一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型及方法，获取交直流混联受端电力系统的电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数；输入值交直流受端电网电压弹性力评估模型；交直流受端电网电压弹性力评估模型包括电压弹性力指标以及电网运行约束条件，电网运行约束条件包括电网稳态、机电暂态约束以及直流逆变站近区电网的所有线路三相永久短路N-2故障集。通过上述N-2故障集下的潮流计算和机电暂态仿真，得到直流逆变站交流母线电压和熄弧角变化曲线，并对上述曲线进行关键特征提取后得到电压弹性力评估指标，实现了交直流混联电网电压恢复能力的精准定量评估。

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。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

一、获取含交直流混联受端电力系统的电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数；

二、将所述电网网架、负荷值、机组参数、特高压直流参数输入至预先构建的电压弹性力评估模型；

三、输出所述交直流混联受端电力系统的电压弹性力评估结果；

所述电压弹性力评估模型为交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型，包括评估目标函数以及电网运行约束条件，电网运行约束条件包括电网稳态、机电暂态约束以及直流逆变站近区电网的所有线路三相永久短路N-2故障集；

所述电压弹性力评估目标函数为：

上式为模型的评估目标函数，R_V为电网电压弹性系数，N_f为直流落点近区的同杆线路数量；i为三永N-2故障序号；Ti表示短路故障i发生期间电压低于0.85pu的时间；T_max表示短路故障期间允许电压低于0.85pu的最长时间；Ni表示短路故障i发生期间直流换相失败次数；N_max短路故障期间允许的最大换相失败次数；

通过上述N-2故障集下的潮流计算和机电暂态仿真，得到直流逆变站交流母线电压和熄弧角变化曲线，并对上述曲线进行关键特征提取后得到电压弹性力评估指标。

2.根据权利要求1所述的一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，其特征在于，所述交直流混联受端电网的电压弹性力评估模型的电网运行约束条件包括：直流系统约束条件、交流系统约束条件和机电暂态仿真约束。

3.根据权利要求2所述的一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，其特征在于，所述直流系统约束条件如下：

直流输电约束条件：

P_d,l＝g_p(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (2)

Q_d,l＝g_q(α,γ,V_ac,V_dc,I_dc) (3)

0≤P_d.l＜P_d,l,max (4)

l∈N_d (5)

直流节点功率平衡：

l∈N_d (8)

式(2)-(8)为直流系统的约束条件，包括直流功率计算公式和接入节点的功率平衡，各变量含义如下：P_d,l、Q_d,l为直流输送的有功功率和无功功率；α、γ分别表示直流的触发角和熄弧角；V_ac表示换流站交流母线侧电压；V_dc、I_dc为直流电压和电流；g_p、g_q表示直流输送有功和无功功率与各直流变量之间的函数关系；P_d,l,max为直流系统的额定有功功率；N_d为电网的直流数量；V_m、V_n为节点m、n的电压幅值；θ_mn为节点m、n的电压相角差；G_mn、B_mn为节点m、n在导纳矩阵中对应元素的实部和虚部，P_L,m、Q_L,m节点m的有功、无功负荷。

4.根据权利要求2所述的一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，其特征在于，所述交流系统约束条件如下：

节点功率平衡：

常规节点有功、无功平衡：

m∈N_B (11)

线路有功约束：

PL_mn,min≤PL_mn≤PL_mn,max,i∈N_L (12)

节点电压约束：

V_m,min≤V_m≤V_m,max,i∈N_B (13)

式(9)-(13)为交流电网的约束条件，其中，节点功率平衡保证有功功率、无功功率的平衡；线路有功约束保证电网中所有线路均运行在载流量以内；节点电压约束则保证电压运行在合理范围内，各变量含义如下：P_G,i、u_i为机组在时段的有功输出和启停变量，N_B为电网中常规交流节点的数量；N_m为节点m所连接发电机的集合；N_L为电网中线路数量；Q_G,i为机组i的无功出力；PL_mn为线路m-n的有功功率；PL_mn,max、PL_mn,min为线路m-n的有功功率上下限；V_m,max、V_m,min为节点m电压幅值的上下限。

5.根据权利要求2所述的一种适用于交直流混联受端电网的电压弹性力评估方法，其特征在于，所述机电暂态仿真约束如下：

式中：φ_AC表示交流电网侧的微分方程，包括发电机和负荷的暂态模型，X_AC表示状态变量，Z_AC表示控制变量；φ_HVDC表示特高压直流控制模型等效微分方程，X_HVDC表示直流状态变量，Z_HVDC表示直流控制变量。