CN112557813B - 多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，属于直流输电技术领域。通过多回路直流电网的故障表征数据，分别计算获得电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω，然后根据电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω，计算电压稳定性综合评价系数A，根据电压稳定性综合评价系数A直接判断多回路直流电网同时故障下电压的稳定性，判断直观准确，精确度高，为采取合理的措施，提高电网输送电能质量提供参考，有利于减低经济成本。

Description

多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法。

背景技术

受城市规划的影响，为提高输送容量，需提高电压等级，增加输送回路。多回路直流电网应运而生。多回路电网既满足电网建设要求又能适应地方城市发展规划的需要，从而有利于实现社会经济发展和电网建设的协调和可持续发展。随着多回路直流电网的发展，多回路直流电网故障时的电压稳定性判断也越来越受到关注。

判断直流电网电压稳定性的方法包括奈奎斯特稳定判据，其根据闭环控制系统的开环频率响应判断闭环系统稳定性的准则，控制系统在断开反馈作用后所定出的频率响应称为开环频率响应。奈奎斯特稳定判据本质上是一种图解分析方法，且开环频率响应容易通过计算或实验途径定出，所以它在应用上非常方便和直观。但在多回路直流电网同时故障的状态下，采用奎斯特稳定判据，判断结果的精确性显著降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，以解决现有技术中存在的多回路直流电网同时故障的状态下，电压稳定性判断精确性差的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，包括以下步骤：

获取多回路直流电网的故障表征数据；

根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω；

根据电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω，通过算式(Ⅰ)，计算电压稳定性综合评价系数A：

根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性；

其中，所述“根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω”中，通过算式(Ⅲ)计算某一段时间内电压平均值V_i：

其中，t_i-t_i-1表示第i次采集数据时长，

表示故障时间节点上的直流电压值，

表示在(t_i-1,t_i)时间段中点的电压值，t表示时间函数；

表示第t_i-1时刻的直流电压值；

通过算式(Ⅳ)，计算交流侧无功功率影响系数A_Q：

其中，n表示将整个故障时间分为n段，i＝1,2,3……n，Q_i表示交流侧无功功率，Q_iq为第i段时间内交流侧无功消耗量；

通过算式(Ⅵ)，计算电压恢复能力系数A_ω：

其中，N表示发生故障后电压波动次数，第a次出现波动后的恢复时间为T_a，电压值超过规定值后总的恢复时间为T_c，ω表示电压恢复速度系数。

优选地，所述“根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性”包括以下过程：

当A<1，表示多回路直流电网的电压处于稳定的运行状态；

当A＝1，表示多回路直流电网的电压处于临界稳定运行状态；

当A>1，表示多回路直流电网的电压处于不稳定的运行状态。

优选地，所述“根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性”还包括以下过程：

当A<0.6，表示多回路直流电网的电压处于强稳定的运行状态；

当0.6≤A<1，表示多回路直流电网的电压处于亚稳定的运行状态。

优选地，所述“根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω”中，通过算式(Ⅱ)，计算电压裕度系数A_u：

其中，V_i表示某一段时间内电压平均值，V₀表示电网正常运行时的电压值，n表示将整个故障时间分为n段，i＝1,2,3……n。

优选地，通过算式(Ⅴ)计算交流侧无功功率Q_i：

其中，f为交流侧电压频率，R_u为直流侧电压与电流的比值，M为逆变器调制比。

优选地，通过算式(Ⅶ)计算电压恢复速度系数ω：

其中，T_a-1表示第(a-1)次出现波动后的恢复时间，T_a+1表示第(a+1)次出现波动后的恢复时间；T₁表示第1次出现波动后的恢复时间，T₂表示第2次出现波动后的恢复时间。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其有益效果是：通过多回路直流电网的故障表征数据，分别计算获得电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω，然后根据电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω，计算电压稳定性综合评价系数A，根据电压稳定性综合评价系数A直接判断多回路直流电网同时故障下电压的稳定性，判断直观准确，精确度高，为采取合理的措施，提高电网输送电能质量提供参考。

附图说明

图1是多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，一具体实施方式中，一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，包括以下步骤：

获取多回路直流电网的故障表征数据；

根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω；

根据电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω，通过算式(Ⅰ)，计算电压稳定性综合评价系数A：

根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性。

具体地，所述故障表征数据包括电压相关数据及时间相关数据，所述时间相关数据包括第a次出现波动后的恢复时间为T_a，电压值超过规定值后总的恢复时间为T_c，第i次采集数据时长t_i-t_i-1等。所述电压相关数据包括电网正常运行时的电压值V₀，故障时间节点上的直流电压值

在(t_i-1,t_i)时间段中点的电压值

交流侧电压频率f，直流侧电压与电流的比值R_u，逆变器调制比M，发生故障后电压波动次数N等。

根据上述参数，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω。

其中，当系统故障时，直流系统的电压会因波动出电压偏差。根据故障时间段内的电压与电网正常运行时的电压值V₀，求出各个时刻方差值并求和。将整个故障时间分为n段，取一段时间(t_i-1,t_i)，利用时间节点处的电压值，计算该段时间内电压的平均值V_i：

其中i＝1,2,…,n，时间段选取的越短，n越大。

为在(t_i-1,t_i)时间段中点的电压值，t为时间函数；

表示第t_i-1时刻的直流电压值；。

得到在整个故障时间段电压的方差值，再将得到的方差值与正常运行电压值比较得到电压裕度系数A_u。

在直流电网通过逆变器向交流侧输送电力的过程中发生故障时，交流侧提供无功功率Q_i与某段时间内电压的平均值V_i之间的关系为：

根据交流侧无功功率，衡量直流侧电压的稳定性，计算交流侧无功功率影响系数A_Q。

在一次故障中，电压会出现多次波动直至稳定。在发生故障后电压的N次波动中，第a次出现波动后的恢复时间为T_a，通过每次波动的恢复时间计算出反映恢复速度的系数的电压恢复速度系数ω：

在电网故障时间内，电压值超过规定值后总的恢复时间为T_c，计算得出反映电网故障后电压恢复能力指标的电压恢复能力系数A_ω；T₁表示第1次出现波动后的恢复时间，T₂表示第2次出现波动后的恢复时间。

通过对计算出来的电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω进行加权处理，得到最终电压稳定的综合评价指标A：

A值小于1代表电网电压处于较为稳定的运行状态，且A值越小，代表电压越稳定。A值等于1代表电网电压处于临界稳定运行状态，A值大于1代表电网电压处于不稳定的运行状态。

进一步地，当A值小于0.6，代表电网电压处于强稳定运行状态，当A值大于或等于0.6而小于1时，代表电网电压处于亚稳定运行状态，需要加强关注。

以下通过一具体实施例，进一步说明本发明对多回直流同时故障下电网电压稳定性的判断过程。

首先，从多回路直流电路的控制系统中获取到以下数据：T_c＝120s，n＝10，t_i-t_i-1＝6s，V₀＝500kV，V_t0＝500kV，V_t0.5＝540kV，V_t1＝520kV，V_t1.5＝520kV，V_t2＝580kV，V_t2.5＝540kV，V_t3＝530kV，V_t3.5＝520kV，V_t4＝540kV，V_t4.5＝510kV，V_t5＝510kV，V_t5.5＝520kV，V_t6＝530kV，V_t6.5＝520kV，V_t7＝510kV，V_t7.5＝510kV，V_t8＝510kV，V_t8.5＝520kV，V_t9＝500kV，V_t9.5＝500kV，V_t10＝500kV，M＝1.5，f＝50，R_u＝250Ω，Q_iq＝235kVar，N＝8，T₁＝10s，T₂＝9.6s，T₃＝9s，T₄＝7.9s，T₅＝6.7s，T₆＝5.2s，T₇＝3.5s，T₈＝1.8s。

将t_i-t_i-1＝6s，以及V_ti数据代入算式(Ⅲ)，计算得：V₁＝520kV，V₂＝540kV，V₃＝550kV，V₄＝530kV，V₅＝530kV，V₆＝520kV，V₇＝520kV，V₈＝510kV，V₉＝510kV，V₁₀＝500kV。

将上述计算结果代入算式(Ⅱ)，计算得：A_u＝0.281。

将M＝1.5，f＝50Hz，R_u＝250Ω以及V_i各值代入算式(Ⅴ)，计算得：Q₁＝235.516kVar，Q₂＝253.9k11Var，Q₃＝263.475kVar，Q₄＝244.662kVar，Q₅＝244.662kVar，Q₆＝235.516kVar，Q₇＝235.516kVar，Q₈＝226.545kVar，Q₉＝226.545kVar，Q₁₀＝217.748kVar。

将Q_iq＝235kVar以及各个Q_i值代入算式(Ⅳ)，计算得：A_Q＝0.514。

将N＝8以及T_a数据代入算式算式(Ⅶ)，计算得ω＝1.242。

将T_c＝120s，N＝8，ω＝1.242及T_a各值代入算式(Ⅵ)，计算得A_ω＝0.882。

将计算得到的A_u＝0.281、A_Q＝0.514、A_ω＝0.882代入算式(Ⅰ)，计算得A＝0.342。

A值小于1，说明电网电压处于较为稳定的运行状态，同时，A值小于0.6说明电网电压处于强稳定的运行状态。

综上，本发明针对多回直流同时故障下电网电压稳定的相关因素，通过电压相关参数和波动恢复时间相关参数构建函数关系，计算相关系数，最终得到多回直流同时故障下电网电压稳定性综合评估值。通过电网电压稳定性综合评估值判断电网电压稳定性，在对电网电压稳定性进行准确评估的情况下进行相应电能调度的安排，有利于减低经济成本。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取多回路直流电网的故障表征数据；

根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω；

根据电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q、电压恢复能力系数A_ω，通过算式(Ⅰ)，计算电压稳定性综合评价系数A：

根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性；

其中，所述“根据故障表征数据，计算电压裕度系数A_u、交流侧无功功率影响系数A_Q以及电压恢复能力系数A_ω”中，通过算式(Ⅱ)，计算电压裕度系数A_u：

其中，V_i表示某一段时间内电压平均值，V₀表示电网正常运行时的电压值，n表示将整个故障时间分为n段，i＝1,2,3……n；

通过算式(Ⅳ)，计算交流侧无功功率影响系数A_Q：

其中，n表示将整个故障时间分为n段，i＝1,2,3……n，Q_i表示交流侧无功功率，Q_iq为第i段时间内交流侧无功消耗量；

通过算式(Ⅵ)，计算电压恢复能力系数A_ω：

其中，N表示发生故障后电压波动次数，第a次出现波动后的恢复时间为T_a，电压值超过规定值后总的恢复时间为T_c，ω表示电压恢复速度系数。

2.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性”包括以下过程：

当A<1，表示多回路直流电网的电压处于稳定的运行状态；

当A＝1，表示多回路直流电网的电压处于临界稳定运行状态；

当A>1，表示多回路直流电网的电压处于不稳定的运行状态。

3.如权利要求2所述的多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据电压稳定性综合评价系数A，判断多回路直流电网同时故障下的电压稳定性”还包括以下过程：

当A<0.6，表示多回路直流电网的电压处于强稳定的运行状态；

当0.6≤A<1，表示多回路直流电网的电压处于亚稳定的运行状态。

4.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，通过算式(Ⅲ)计算某一段时间内电压平均值V_i：

其中，t_i-t_i-1表示第i次采集数据时长，

表示故障时间节点上的直流电压值，

表示在(t_i-1,t_i)时间段中点的电压值，t表示时间函数；

表示第t_i-1时刻的直流电压值。

5.如权利要求4所述的多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，通过算式(Ⅴ)计算交流侧无功功率Q_i：

其中，f为交流侧电压频率，R_u为直流侧电压与电流的比值，M为逆变器调制比。

6.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网电压稳定性判断方法，其特征在于，通过算式(Ⅶ)计算电压恢复速度系数ω：

其中，T_a-1表示第(a-1)次出现波动后的恢复时间，T_a+1表示第(a+1)次出现波动后的恢复时间；T₁表示第1次出现波动后的恢复时间，T₂表示第2次出现波动后的恢复时间。

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