CN112803470B - 一种支撑lcc-hvdc系统启动的交流网架重构方法 - Google Patents

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CN112803470B CN202110172850.XA CN202110172850A CN112803470B CN 112803470 B CN112803470 B CN 112803470B CN 202110172850 A CN202110172850 A CN 202110172850A CN 112803470 B CN112803470 B CN 112803470B
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明实施例公开了一种支撑LCC‑HVDC系统启动的交流网架重构方法，包括获取LCC‑HVDC系统的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组的第二运行参数；再根据预设的优化目标构建目标函数，并通过第一运行参数和第二运行参数得到网络架构模型；为求解网络架构模型，添加并设置了第一约束条件集，第二约束条件集；求解网络架构模型，得到目标网架结构及各负载节点所需的目标负荷量；最后，根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC‑HVDC系统按照预设的启动条件启动。由此，使得LCC‑HVDC系统能快速且平稳的启动，从而充分发挥直流系统在受端系统恢复中的作用。

Description

一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法
技术领域
本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
背景技术
自2003年美加大停电以来，世界范围内接连发生过多次大停电事故，而现代社会对电力可靠供应高度依赖，大面积停电事故将会给社会、经济造成巨大的危害。因此，根据电力系统的实际情况，制定科学合理的黑启动预案对指导调度运行人员尽快恢复系统供电具有重要意义。
传统的输电系统恢复策略的研究均是针对交流输电系统，鲜有针对高压直流输电(HVDC，High Voltage Direct Current)的系统恢复策略的研究，而相对于交流输电系统，HVDC具备输送功率大、系统启动和调整速度快、可控性强等特点，在输电恢复初期能有效地增强送电能力，加快受端系统的联网速度。LCC-HVDC系统(Line Commutated Converter-High Voltage Direct Current，基于电网换相整流器的高压直流输电)作为HVDC的一种，是目前工程应用中最成熟、最广泛的高压直流输电系统。
然而，LCC-HVDC系统的启动需要受端交流系统提供一个足够强度的交流电网来支持，导致LCC-HVDC系统应用于受端恢复仍需要克服一定的困难。因此，如何构建一个交流网架以支撑LCC-HVDC系统可靠启动，具备重要的研究意义。
发明内容
为构建出一种交流网架以使受端交流系统能尽快地支撑LCC-HVDC系统启动，本发明提出了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
第一方面，本发明的第一个实施方案提供了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，包括：
获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；
根据预设的优化目标构建目标函数，并将第一运行参数和第二运行参数输入至目标函数，得到网络架构模型；
基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集；
分析受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；
利用第一约束条件集和第二约束条件集，求解网络架构模型，得到目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；
根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
进一步的，上述方法还包括：
以发电机组的最小技术出力所需时间最短、输电恢复时间最短以及受端交流系统技术出力最小为目标，构建目标函数。
更进一步的，上述目标函数为：
Figure BDA0002939315660000031
其中，f代表目标函数；g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；i和j代表受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表受端交流系统中的回线编号；cg代表发电机组g在目标网络架构中的二元决策变量；Tg代表发电机组g从获得电源到升到最小技术出力所需的时间；Zijc代表由i-j-c组成的线路的二元决策变量；TL，ijc代表由i-j-c组成的线路的充电及恢复时间；α代表机组与线路的恢复代价的折衷系数；Pg代表发电机组g的技术出力。
具体的，上述方法还包括：
基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统的换流站与受端交流系统的机组组合和支路投切间的关系表达，得到受端交流系统中各个负荷节点的阻抗表示矩阵；
通过第一运行参数、第二运行参数以及阻抗表示矩阵，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束集。
更进一步的，上述第一约束条件集包括系统频率支撑约束、短路容量启动约束和短路容量优化约束：
其中，系统频率支撑约束为：
Figure BDA0002939315660000041
上式中，g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；PR，g代表发电机组g的额定容量；dfg为机组g的暂态频率响应值；PdN代表LCC-HVDC系统正常运行时的额定功率；
短路容量启动约束为：
Figure BDA0002939315660000042
上式中，
Figure BDA0002939315660000043
代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的最小短路容量；S′sc， minLCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的第一短路容量；S″sc，min代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的第二短路容量；
Figure BDA0002939315660000044
上式中，UN代表LCC-HVDC系统中交流换流母线处的额定电压；ΔUmax代表电压最大允许偏差量；Qs代表LCC-HVDC系统中逆变站与受端交流系统交换的无功功率；
S″sc，min＝3Pdc+Qc
上式中，Pdc代表LCC-HVDC系统中逆变站的当前有功功率；Qc代表当前逆变站中交流滤波器和无功补偿电容器产生的无功功率；
短路容量优化约束包括：
Figure BDA0002939315660000045
上式中，i和j代表所述受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表所述受端交流系统中的回线编号；K代表所述受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；Ijic代表由j-i-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；Iijc代表由i-j-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；bi代表节点i在自阻抗定义电路中的电流净流入量；N代表所有的节点的集合；
Figure BDA0002939315660000051
Figure BDA0002939315660000052
上式中，xijc代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；Vi代表节点i在自阻抗定义电路中的电压；Vj代表代表节点j在自阻抗定义电路中的电压；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K0代表包含发电机组等值线路在内的边的集合；
Figure BDA0002939315660000053
Figure BDA0002939315660000054
Figure BDA0002939315660000055
上式中，NBSG代表黑启动节点所在节点的集合；
bi＝1,i∈NHVDC
上式中，NHVDC代表HVDC系统节点所在节点的集合；
bi＝0,i∈(N-NHVDC-NGND)
Figure BDA0002939315660000056
Vi≥0,i∈N
Figure BDA0002939315660000061
上式中，
Figure BDA0002939315660000062
代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的最小短路容量。
具体的，上述第二约束条件集包括网架对地决策约束、网架有功功率平衡约束以及网架无功功率平衡约束；
其中，网架对地决策约束为：
Figure BDA0002939315660000063
上式中，zi01代表目标网架中，节点i与地面节点所构成的线路的二元决策变量；
网架有功功率平衡约束为：
Figure BDA0002939315660000064
上式中，g发电机组的索引值；Gi代表接入发电机组的节点i的集合；i和j代表受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表受端交流系统中的回线编号，K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；Pg代表发电机组g的技术出力；Pijc代表目标网架中，由i-j-c所构成的线路的有功功率；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；
Figure BDA0002939315660000065
上式中，xijc代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；θij代表节点i和节点j的电压相角差；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；
Figure BDA0002939315660000071
Figure BDA0002939315660000072
上式中，
Figure BDA0002939315660000073
和
Figure BDA0002939315660000074
分别代表由i-j-c所构成的线路的有功潮流的最大值和最小值；
Figure BDA0002939315660000075
上式中，Pg代表发电机组g的技术出力；
Figure BDA0002939315660000076
代表发电机组g的最大有功出力；
Figure BDA0002939315660000077
发电机组g的最小技术出力；G代表发电机组集合；
Figure BDA0002939315660000078
上式中，θi代表节点i的电压相角；
Figure BDA0002939315660000079
和
Figure BDA00029393156600000710
分别代表节点i的相角的上下限；
Figure BDA00029393156600000711
上式中，θij代表节点i和节点j的电压相角差；
网架无功功率平衡约束为：
Figure BDA00029393156600000712
Figure BDA00029393156600000713
上式中，Qsys代表目标网架所构成的系统的无功功率；Qijc代表由i-j-c所构成的线路上的充电时的无功功率；
Figure BDA0002939315660000081
代表节点i上所接负荷的功率因数；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；Pcrk，g代表发电机组g接入启动负荷的有功功率；
Figure BDA0002939315660000082
代表发电机组g接入启动负荷的功率因数；QBg，max代表发电机组g能够吸收的无功功率的最大值。
进一步的，上述方法还包括：
以单极预定百分比降压启动，采用整流侧定电流、逆变侧定电压的控制策略，启动电流需高于额定电流的预设百分比。
具体的，上述方法还包括：
第一运行参数包括额定传输功率、最小滤波器容量、最小启动功率、换流器消耗的无功功率以及换电站交流母线的最小短路容量；
第二运行参数包括最小技术出力、最大技术出力、爬坡率、发电机组从获得电源到升到最小技术出力的时间、并网所需时间、戴维南等值阻抗以及暂态频率响应值。
第二方面，本发明的第二种实施方式公开了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构装置，包括：
参数获取模块，用于获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；
模型构建模块，用于根据预设的优化目标构建目标函数，并将第一运行参数和第二运行参数输入至目标函数，得到网络架构模型；
第一约束构建模块，用于基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集；
第二约束构建模块，用于分析受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；
求解模块，用于利用第一约束条件集和第二约束条件集，求解网络架构模型，得到目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；
系统启动模块，用于根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
第三方面，本发明的第三个实施方案提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器以及处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行第一方面中的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
第四方面，本发明的第四个实施方案提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行第一方面中的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
本发明公开的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，首先获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；再根据预设的优化目标构建目标函数，并通过第一运行参数和第二运行参数得到网络架构模型；为了求解网络架构模型，基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集，以及分析受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；从而根据第一约束条件集和第二约束条件集来求解网络架构模型，得到目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；最后根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
基于上述步骤，本发明使得受端交流系统能根据求解网络架构模型所得到的目标网络架构和各负荷节点所需的目标负荷量，快速的恢复系统强度以使LCC-HVDC系统稳定启动，使得LCC-HVDC系统能稳定且快速地应用于受端交流系统的系统恢复中，从而使LCC-HVDC系统对于系统恢复的作用能得到合理且有效的发挥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明公开的一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法的流程示意图；
图2示出了发电机组在正常工作情况下的出力示意图；
图3示出了以地为参考节点的节点阻抗矩阵与节点电压向量和节点电流向量的关系示意图；
图4示出了一种电网结构的示意图；
图5示出了一张基于图4变换得到的等值电路图；
图6示出了修改后的IEEE-39节点算例的受端交流系统的示意图；
图7a、图7b、图7c分别示出了最小滤波器容量取不同值的情况下，通过实施例1中的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法所得到的网络架构的示意图；
图8示出了某实际电网的受端交流网络架构的示意图；
图9示出了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本实施例提供了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，参照图1，图1示出了一张支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法的流程图，即本实施例所公开的方法包括以下步骤：
S110，获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数。
具体的，上述的第一运行参数和第二运行参数均能合理的说明不同规模的受端交流系统和不同型号的LCC-HVDC系统的正常运行状况。基于上述两种参数，从而使得后续步骤均能针对不同规模的受端交流系统和不同型号的LCC-HVDC系统得出不同的恢复方案。
S120，根据预设的优化目标构建目标函数，并将第一运行参数和第二运行参数输入至目标函数，得到网络架构模型。
可以理解的，上述目标函数代表了本实施例的目标，即从受端交流系统中选取一个最符合预期目标，即优化目标的网络架构，从而保证系统恢复过程中的网架重构阶段能得到最好的处理，由此优化系统恢复的过程。
S130，基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集。
可以理解的，求解由多个变量构成的目标函数，需要对部分变量的取值进行一定程度上的限定，从而保证得到解尽量少，且更贴合实际情况。
可选的，本实施例为了保证LCC-HVDC系统启动时对受端交流系统的影响尽可能的小，利用第一运行参数和第二运行参数，分析了LCC-HVDC系统启动时的条件，即分析了LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，以得出第一约束条件集，由此使得求解网络架构模型所得到的结果，能使LCC-HVDC系统对受端交流系统的影响尽量小，以保证受端交流系统的稳定。
S140，分析受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集。
类似的，为了保证求解网络架构模型所得到网络架构，即选取的发电机组、节点和回线等数据能贴合实际状况，本实施例还对受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差进行分析，从而得到第二约束条件集，以保证求解网络架构模型所得到的结果是合理的。
S150，利用第一约束条件集和第二约束条件集，求解网络架构模型，得到目标网架结构及目标网架结构中各个发电机组所需的目标负荷量。
具体的，本实施例采用了从cplex求解器对上述网络架构模型进行了求解，求解过程中添加了第一约束条件集和第二约束条件集以限定网络架构模型中的参数，保证网络架构模型的解的准确和唯一。
S160，根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
可以理解的，在LCC-HVDC系统启动后，受端交流系统中具备自启能力的发电机组通过LCC-HVDC系统，带动目标网架结构中的不具备自启能力的发电，并根据发电机组所需的目标负荷量完成供电，由此完成了电网重构和断电恢复。
进一步的，上述S120包括：
以发电机组的最小技术出力所需时间最短、输电恢复时间最短以及受端交流系统技术出力最小为目标，构建目标函数。
具体的，本实施例为找到一个能尽快能够支撑LCC-HVDC系统启动的目标网络网架，因而从以下三方面刻画重构后的目标网络网架：1)被选中的机组从获得电源到出力稳定的时间应该尽量短；2)输电网络恢复时间应该尽量短；3)由于机组出力提升即爬坡需要时间，因此整体系统中机组的出力应该尽量少。
更进一步的，基于上述三个目标所构建出的目标函数的具体形式为：
Figure BDA0002939315660000151
其中，f代表目标函数；g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；i和j代表受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表受端交流系统中的回线编号；cg代表发电机组g在目标网络架构中的二元决策变量；Tg代表发电机组g从获得电源到升到最小技术出力所需的时间；Zijc代表由i-j-c组成的线路的二元决策变量；TL，ijc代表由i-j-c组成的线路的充电及恢复时间；α代表机组与线路的恢复代价的折衷系数；Pg代表发电机组g的技术出力。
可以理解的，上式中的∑g∈GCgTg代表了目标网络架构中所有发电机组达到最小技术出力所花费的时间；∑(i，j，c)∈KzijcTL，ijc代表了目标网络架构中，各条线路完成供电恢复所花费的时间；α∑g∈GcgPg则代表了目标网络架构中，所有发电机组的技术出力的总和。
可以理解的，参照图2，图2示出了发电机组正常工作的出力示意图。基于图2可知，若机组g在t0获得启动电功率(启动功率大小为Rg)，在t1实现并网，并开始以kg的速率爬坡，在t2达到最小技术出力
Figure BDA0002939315660000152
则有：
Figure BDA0002939315660000153
其中，T1，g代表发电机组从启动到第一次并网所花费的时间。
需要指出的是，优化目标虽然以时间衡量机组及支路的恢复操作代价，但是优化目标值却不一定实现目标网络所需要的真正时间，方案实施所需时间需要根据机组是否并行恢复，支路是否分组充电等具体执行情况而定。
进一步的，上述S130包括：
基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统的换流站与受端交流系统的机组组合和支路投切间的关系表达，得到受端交流系统中各个负荷节点的阻抗表示矩阵。
通过第一运行参数、第二运行参数以及阻抗表示矩阵，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束集。
具体的，LCC-HVDC系统能否成功启动主要由系统调频能力和换流站交流母线短路容量两个指标表征的已恢复的受端交流系统的支撑能力决定。其中，系统的调频能力只涉及到机组自身的特性，当并网机组组合确定后，就可确定系统的频率偏差；而换流站交流母线的短路容量则与逐渐恢复的受端交流系统存在紧密的联系，线路的恢复和机组的并网都会影响其值的改变。
常见的分析短路容量的方法是通过受端系统的阻抗矩阵来完成，而节点阻抗矩阵的形成主要有支路追加法和节点导纳矩阵求逆两种方法。但本实施例所公开的实施方式无法事先确定并网机组、投运线路组合，且仅关注LCC-HVDC系统的换流站母线短路容量，因此，为确定换流站交流母线的短路容量，本实施例对机组组合、支路投切与HVDC换流站交流母线短路容量关系进行了简要分析。
由于以地为参考节点的节点阻抗矩阵Z与节点电压向量
Figure BDA0002939315660000161
和节点电流向量
Figure BDA0002939315660000171
的关系为：
Figure BDA0002939315660000172
为分析节点i的节点自阻抗，将上式展开：
Figure BDA0002939315660000173
欲求Zii时，可以向节点i注入单位电流源，其余节点均开路，则上式可变换为：
Figure BDA0002939315660000174
由此可知，节点i的电压即为自阻抗Zii的值，节点j的电压即为互阻抗Zij。具体的，参照图3，图3示出了以地为参考节点的节点阻抗矩阵与节点电压向量和节点电流向量的关系示意图。
可以理解的，短路容量是反映电力系统某一供电点带负荷能力和电压稳定性的指标，短路容量的值为某种运行方式下节点发生三相短路时的视在功率。而换流站交流母线的短路容量Ssc能有效反映交流系统承受直流启动带来的无功功率冲击的能力，其值可表示为：
Figure BDA0002939315660000175
上式中，ZHVDC为受端系统在换流站节点的戴维南等值阻抗；一般的，取UN＝1.0p.u.，则Ssc与ZHVDC互为倒数。若设换流站交流母线节点为d，则ZHVDC等于节点d的节点自阻抗值Zdd。
具体的，参见图4，图4示出了一种电网结构的示意图，其中，该电网包含3台机组、8个节点、11条线路和1个LCC-HVDC系统；黑启动发电机组G1与节点1相连，发电机组G2和G3分别与节点6和8相连，换流站交流母线与节点4相连；节点1与2之间、节点3与4之间为存在双回线路。
为分析换流站交流母线短路容量，需要构造原网络的等值电路。受端交流系统恢复过程中，主要影响等值阻抗的因素为电力元件的阻抗参数和已恢复系统的拓扑结构；其中，主要产生影响的恢复操作包括：机组并网、投入线路(或变压器)；投入负荷或并联设备等操作对等值阻抗的影响暂忽略不计。
因此，基于上文所推导出的节点i的电压与自阻抗Zii的关系，节点j的电压与互阻抗Zij的关系以及图3，将机组、线路和变压器等效为支路线路；采用电抗近似代表支路阻抗，发电机组则以暂态电抗大小的接地支路表示；将节点集合从N扩展到考虑地面节点的N0之后便得到了如图5所示的纯感性的原网络等值电路图，即图4的等值电路图。
基于图3和图5，可知若全部机组均并入目标网架、全部线路均投入网架结构，则在图5中，若在节点4处注入单位电流源，可知节点4处的电压值即为该网络架构下，节点4的自阻抗，亦即：Z44＝V4。
据图5可知，切除某些支路，如删除3-4节点的某一回路，或者切除某台机组，则V4显然会上升，即Z44上升，即节点4的短路容量下降。而系统恢复过程则是相反过程，随着系统恢复进程的推进，不断在网络中追加支路，节点4处的自阻抗不断减小，且其值将在系统恢复到图3所示的状态时，达到最小值，即换流站交流母线短路容量最大。
由此，基于上述节点阻抗定义电路和阻抗表示矩阵，使得本实施例在分析受端系统恢复时，LCC-HVDC系统的换流站交流母线的短路容量，从而绕过了支路追加法和导纳矩阵求逆法，因此可以处理类似的计及短路容量的交流网架重构问题。
进一步的，上述S160中预设的启动条件包括：
以单极预定百分比降压启动，采用整流侧定电流、逆变侧定电压的控制策略，启动电流需高于额定电流的预设百分比。
可以理解的，LCC-HVDC系统启动时，需要采取合适的启动方式和控制策略以保障成功启动，并尽量减小对受端交流系统的冲击。
具体的，为LCC-HVDC系统启动对交流系统的功率冲击，可选的直流的启动方式有全压起启动，70％降压启动，80％降压启动，功率异向传输模式；优选地，本实施例采用单级70％降压启动的方式来启动LCC-HVDC系统。
现有研究表明，受端交流系统恢复初期，受端系统的负荷承担能力相对较弱，因此本实施例在启动LCC-HVDC系统时，采用了整流侧定电流、逆变侧定电压的控制策略，该策略不仅能够提高直流系统自身运行的稳定性，而且有利于受端交流系统的电压稳定。
LCC-HVDC系统的最小启动电流一般不小于额定电流的5％-10％，从而避免出现电流断续现象。优选地，本实施例将LCC-HVDC系统的最小启动电流限定为额定电流的10％，以避免电流断续。
除此之外，LCC-HVDC系统中的逆变站只需投入一组最小滤波器组(包含两个滤波器)以满足滤波要求，并尽量降低因倒送无功引起的过高的电压幅值。
更进一步的，若设LCC-HVDC系统的额定功率为PdN，系统中换流器消耗的无功功率为Qdc，数值上约为0.03PdN～0.04PdN，若单组滤波器的容量为Qf，则最小启动功率为Pd,start＝0.035PdN，则系统中逆变站与受端交流系统交换的无功功率为：
Qs＝2Qf-Qdc
其中，QS为逆变站与交流系统交换的无功功率，Qdc为逆变站的当前无功功率。
进一步的，上述S110中的第一运行参数包括额定传输功率、最小滤波器容量、最小启动功率、换流器消耗所需的无功功率以及换电站交流母线的最小短路容量；
上述S110中的第二运行参数包括最小技术出力、最大技术出力、爬坡率、最小技术出力所需时间、并网所需时间、戴维南等值阻抗以及暂态频率响应值。
进一步的，基于上述节点阻抗表示矩阵以及图3和图5，上述S130中的第一约束条件集包括系统频率支撑约束、短路容量启动约束和短路容量优化约束；
具体的，系统频率支撑约束的推导过程和具体公式为：
LCC-HVDC系统启动时，对受端交流系统注入的有功功率会使受端交流系统的频率升高，且由于系统恢复初期的负荷量较小，已并网的发电机组将承担主要的调频任务，为保证系统的频率偏差Δf不超过±0.5Hz的最大允许频率偏差Δfmax，本实施例采用以下公式来估算频率偏差，从而得到LCC-HVDC系统启动时频率的约束条件为：
Figure BDA0002939315660000211
上式中，ΔP为受端交流系统注入有功功率的变化量；g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；PR，g代表发电机组g的额定容量；dfg为机组g的暂态频率响应值；Δfmax代表发电机组g的最大允许频率偏差。
具体的，在LCC-HVDC系统启动时，ΔP＝Pd，start，Pd，start为LCC-HVDC系统启动时的最小功率。设dfg为发电机组g的暂态频率响应值，则dfg的估算公式为：
dfg＝Δfg/ΔPg(Hz/p.u.)
其中，Δfg与ΔPg分别为发电机组g的频率和有功功率变化量。
进一步的，推得系统频率支撑约束为：
Figure BDA0002939315660000212
上式中的PdN代表LCC-HVDC系统正常运行时的额定功率。
由上述可知，受端交流系统的强度约束指标与机组额定容量成正比，与暂态频率响应值成反比。因此，并网运行的发电机组台数越多和容量越大，LCC-HVDC系统启动引起的频率偏差就越小。通过合理地恢复被启动机组，可以有效提升受端交流系统调频能力，满足LCC-HVDC系统的启动要求。
具体的，上述短路容量启动约束的推导过程和具体公式为：
在大量充电无功功率的注入将引起换流站附近局部电网的电压升高，尤其以LCC-HVDC系统中的换流站交流母线电压抬升最大，换流站交流母线的稳态电压偏差量ΔU为：
Figure BDA0002939315660000221
上式中，Ssc为LCC-HVDC系统中换流站的交流换流母线处的短路容量，U0为滤波器投入前的换流站的换流母线电压。
由于黑启动时要求交流换流母线电压保持在0.9p.u.-1.1p.u.范围之内。由此可得换流交流母线的最小允许短路容量，即第一短路容量S′sc，min为：
Figure BDA0002939315660000222
上式中，UN代表LCC-HVDC系统中交流换流母线处的额定电压；ΔUmax代表交流换流母线处电压的最大允许偏差量，最大取值为0.1；Qs代表LCC-HVDC系统中逆变站与受端交流系统交换的无功功率。
本实施例考虑逆变器换向失败、暂态过电压和谐波等方面对短路比的要求，选取有效短路比(ESCR，effective short circuit ratio)大于等于3作为保证LCC-HVDC系统启动时可靠运行的约束条件，有效短路比的表达式为：
Figure BDA0002939315660000223
上式中，Pdc为LCC-HVDC系统的当前传输功率，Ssc为已恢复网络中交流换流母线的当前短路容量，Qc为逆变站中交流滤波器和无功补偿电容器产生的当前无功功率。
则基于有效短路比的最小允许短路容量，即第二短路容量S″sc，min为：
S″sc,min＝3Pdc+Qc
上式中，Pdc代表LCC-HVSDC系统中逆变站的当前有功功率；Qc代表当前逆变站中交流滤波器和无功补偿电容器产生的无功功率。
综合第一短路容量约束和第二短路容量约束，本实施例选取第一短路容量约束和第二短路容量约束中的较大值，作为LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的短路容量约束：
Figure BDA0002939315660000231
上述短路容量优化约束的推导过程和具体公式为：
基于上述节点阻抗表示矩阵，以及图3和图5，可得出受端交流系统不断恢复的过程中，对换流站交流母线短路容量的影响，即短路容量优化约束：
Figure BDA0002939315660000232
公式(1)中，i和j代表受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表受端交流系统中的回线编号；K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；Ijic代表由j-i-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；Iijc代表由i-j-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；bi代表节点i在自阻抗定义电路中的电流净流入量；N代表所有的节点的集合。
Figure BDA0002939315660000233
公式(2)中，xjic代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；Vi代表节点i在自阻抗定义电路中的电压；Vj代表代表节点j在自阻抗定义电路中的电压；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K0代表包含发电机组等值线路在内的边的集合；
Figure BDA0002939315660000241
Figure BDA0002939315660000242
公式(4)中，NBSG代表黑启动节点所在节点的集合；
bi＝1，i∈NHVDC (5)
上式中，NHVDC代表HVDC系统节点所在节点的集合；
bi＝0，i∈(N-NHVDC-NGND) (6)
上式中，NHVDC代表HVDC系统节点所在节点的集合；
Figure BDA0002939315660000243
Vi≥0，i∈N (8)
Figure BDA0002939315660000244
上式中，
Figure BDA0002939315660000245
代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的最小短路容量。
具体的，上述公式(1)为目标网架结构中各个节点的基尔霍夫电路定律(KirchhofFs circuit laws)表示；上述公式(5)保证仅有HDVC节点有单位电流源；公式(6)保证除了HVDC节点和大地节点外的其他中间传输节点的电流的流入和流出量平衡。
进一步的，公式(5)和公式(6)连同公式(7)构建了网络流理论中的单源-多汇网络，从而保证了目标网架的连通性。
公式(2)和公式(3)是线路阻抗的欧姆定律(Ohm′s law)表示，此处线路集合为含包含发电机组等值线路在内的边的集合K0，而不是所有线路及变压器线路的集合K，因为需要考虑发电机组的投运与否对于特定点短路电流大小的影响。
公式(4)保证黑启动发电机组出口母线处电压非零；公式(7)表征当由i-j-c所构成的线路上的电流非零时，zijc＝1，即该支路一定在目标网络中；公式(8)表征各节点的电压均非负。
进一步的，由于HVDC节点的Vi是该节点的自阻抗，根据公式(8)，公式(9)保证HVDC系统节点的短路容量不小于
Figure BDA0002939315660000251
进一步的，上述S140中的第二约束条件集包括网架对地决策约束、网架有功功率平衡约束以及网架无功功率平衡约束。
具体的，上述网架对地决策约束的表达为：
Figure BDA0002939315660000252
上式中，zi01代表目标网架中，节点i与地面节点所构成的线路的二元决策变量。
上述网架有功功率平衡约束的推导过程及具体公式为：
基于目标函数可知，重构的局部网络中各台并网机组一般具有最小技术出力，为了使系统功率平衡，需要就近恢复一定量的负荷。利用机组投运状态和线路开断的直流最优潮流以刻画输电网络中有功平衡，即网架有功功率平衡约束：
Figure BDA0002939315660000253
上式中，g发电机组的索引值；Gi代表接入发电机组的节点i的集合；i和j代表受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表受端交流系统中的回线编号，K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；Pg代表发电机组g的技术出力；Pijc代表目标网架中，由i-j-c所构成的线路的有功功率；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；
Figure BDA0002939315660000261
上式中，xijc代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；θij代表节点i和节点j的电压相角差；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K代表受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；
Figure BDA0002939315660000262
Figure BDA0002939315660000263
上式中，
Figure BDA0002939315660000264
和
Figure BDA0002939315660000265
分别代表由i-j-c所构成的线路的有功潮流的最大值和最小值；
Figure BDA0002939315660000266
上式中，Pg代表发电机组g的技术出力；
Figure BDA0002939315660000267
代表发电机组g的最大有功出力；
Figure BDA0002939315660000268
发电机组g的最小技术出力；G代表发电机组集合。
Figure BDA0002939315660000269
上式中，θi代表节点i的电压相角；
Figure BDA00029393156600002610
和
Figure BDA00029393156600002611
分别代表节点i的相角的上下限；
Figure BDA0002939315660000271
上式中，θij代表节点i和节点j的电压相角差。
具体的，上述网架无功功率平衡约束的推导和具体式子为：
因网架重构初期系统接带负荷很少，空投线路所产生的充电无功功率将可能发生持续工频过电压，因此系统中的无功平衡至关重要。
电网轻载时，由于有功功率流动较小，线路模型中串联阻抗上产生的感性无功很小。若在无功平衡约束中忽略线路串联阻抗部分的感性无功，实际上是约束的收紧，不影响得出方案的可行性。因此，系统无功平衡约束建模，即网架无功功率平衡约束如下：
Figure BDA0002939315660000272
Figure BDA0002939315660000273
上式中，Qsys代表目标网架所构成的系统的无功功率；Qijc代表由i-j-c所构成的线路上的充电时的无功功率；
Figure BDA0002939315660000274
代表节点i上所接负荷的功率因数；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；Pcrk，g代表发电机组g接入启动负荷的有功功率；
Figure BDA0002939315660000275
代表发电机组g接入启动负荷的功率因数；QBg，max代表发电机组g能够吸收的无功功率的最大值。
示范性的，基于上述的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，本实施例还基于修正的IEEE 39节点系统算例，对上述支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法进行了验证，以说明上述方法的实际效果。
本实施例所采用的修正的IEEE 39节点系统算例包含9个电源点，其中黑启动水电发电机组1台、常规火力发电电机组7台、LCC-HVDC系统1个，如图6所示，图6示出了修改后的IEEE-39节点算例的受端系统示意图，其中，图6中的各个数字编号，指代该数字标号最近的横线，一条横线代表一条母线，如图6中数字编号10，指代该数字编号10上方的横线，而图中的箭头，表示该受端系统中的负荷流向。
其中，节点39处原机组为等值机组，本实施例忽略节点39的恢复过程。设节点30处机组为黑启动机组，节点32连接LCC-HVDC系统逆变站，该两端双极LCC-HVDC系统的额定传输功率PdN＝1000MW。测试采用GAMS建模求解，工程MIP求解器设定为CPLEX。计算平台为PC机，配置为Intel(R)Core(TM)i5-4590 CPU，安装内存为4.00GB。
各机组的参数值如表1所示，系统中46条线路(或变压器)的恢复操作时间均为5min；系统基准功率SB＝100MW。各个机组QBg,max为装机容量的0.3倍。当最小滤波器容量Qf分别取60MVar、80MVar和100MVar时，则最小启动功率Pd,start＝35MW，换流器消耗的无功功率Qdc取0.035PdN，节点d的最小短路容量Ssc,min分别为850MVA、1250MVA及1650MVA，对应的最大等值阻抗标幺值zdd,max＝0.1176、0.0800及0.0606，系统的最小调频能力约束为70.00MW。
表1 IEEE 39节点系统机组参数
Figure BDA0002939315660000281
Figure BDA0002939315660000291
表中的，BUS ID为受端交流系统中各发电机组所在的母线的编号；Pmax g为发电机组g的最大技术出力；Pmin g为发电机组g的最小技术出力；Cranking to paralleling为发电机组g的并网所需时间；Ramp.Rate为该发电机组的爬坡率；Tg为发电机组g的最小技术出力所需时间；xd为该发电机组接对应地支路的暂态电抗值；df为该发电机组的暂态频率响应值。
最小滤波器容量Qf取不同值的情形下，基于实施例1中公开的方法，对目标网络架构和负荷量求解，结果如表2和图7a、图7b以及图7c所示，其中，图7a、图7b以及图7c分别示出了最小滤波器容量取不同值，即不同场景下的目标网络架构的示意图；类似的，图7a、图7b以及图7c，与图6类似，数字编号代表离该数字编号最近的横线，数字编号即指代一条母线。
表2 IEEE 39节点系统的最优局部网络重构方案
Figure BDA0002939315660000292
具体的，场景1中的由于滤波器容量最小，相应地最低短路容量最小，因此通过恢复较少的支路(如图7a所示)和机组(仅母线30处的黑启动机组)构建出连接启动电源30号机组的，支持LCC-HVDC系统启动的局部重构网络。计算结果中由于黑启动机组30号机组具备约300MVar的进相运行能力，远大于路径产生的无功，且黑启动机组最小技术出力为0，因此途径各变电站无需恢复负荷以平衡无功、有功或者调节电压。
场景2中，随着滤波器容量的加大，相应的短路容量限值提升到1250MVA，对应的最大阻抗为0.0800p.u.，本实施例基于实施例1所提供的模型给出的结果如图7b所示。
此种条件下，求解模型所得出的目标网络架构包含3个独立环：C1：1-2-3-4-5-6-7-8-9-39-1；C2:3-18-17-16-15-14-4-3；C3:4-14-13-10-11-6-5-4。如图7b所示，虽然场景2中的最优解完全包含场景1中最优解中需要恢复的支路是个偶然。但可以认为场景2中的最优支路(及机组)组合是在图中实线网架基础上，通过分别添加4-5-6-7-8-9-39-1-2、3-18-17-16-15-14及10-11-6-5-4三组支路集合后形成的。无需新填并网机组，三个环网结构的形成使得系统在节点32处的短路容量从927.64MVA提升到了1267.26MVA，提升了339.62MVA，效果显著。
此外，除了网络结构的变化，由于场景2中最优解对应网架中仅包含30节点处机组，恢复了大量输电线路导致机组进相运行压力增大，最优解中在节点1和节点15处分别恢复30.1MW(13.63MVar)和320MW(153MVar)负荷，以平衡输电网络充电产生的无功功率。
然而若滤波器容量为100MVar，则节点32处短路容量限值提升到1650MVA，对应的最大阻抗为0.0606.u.。这种情形本实施例所得出的最优解为图7c中实线及部分元件，恰巧是在场景2最优解基础上增加恢复支路6-31，同时使31号母线处的机组恢复并网运行。
机组的启动和恢复相较于支路的恢复耗时长，这也是场景2中仅含一台具有黑启动能力的机组并网，而增添了多条支路的缘故。
当滤波器容量为100MVar的情况下，单纯恢复输电线路和变压器无法进一步增加节点32处短路容量，因此给出的最优解中新添了31号机组。在短路容量约束等值电路中，31号机组是距离32号节点最近的接地点。31号机组的恢复，使场景3对应最优解网架中32节点的短路容量较场景2对应解提升了388.39MVA。为满足机组最小技术出力需要在4号母线处恢复161.7MW的负荷，而无功平衡方面由于31号机组和30号机组的同时并网，使得系统吸收无功的能力较强，无需恢复负荷以平抑稳态过电压。同时31号机组的恢复虽然时间上增长了一些，但是HVDC投运引起的系统频率偏差也相应降低了。
综合上述三个场景下最优网架(及机组组合)的对比分析可知。支撑HVDC可靠平稳启动的交流目标网架优化问题包含机组和支路的组合优化，并且需要考虑短路容量在网架不完整情况下的建模问题以及其他诸多约束，显然无法用典型的最短路径、最小生成树方法处理。实施例1所提出的方法克服了这方面的困难，可以精确地给出满足各类约束条件下的最优网架及相应需要恢复的负荷量，实现了LCC-HVDC系统的高效、安全启动。
进一步的，本实施例还将某一实际存在的电网为实际算例，对上述支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法进行了验证和说明，以验证上述方案的实际效果。
具体的，参照图8，图8示出了某一地区的电网的实际网络架构图，其中，电网共包含10个电厂，其中火电厂6个，具有可行黑启动方案的黑启动水电厂3个，即TYX、KTD、BHT，剩余水电厂1个，各电厂的机组参数如表3所示。系统包含60个厂站节点，84条线路(或变压器)，线路恢复操作时间同算例1。系统包含同塔双回LCC-HVDC系统工程1个，直流落点为ZN换流站；其单个双极直流系统的额定传输功率PdN＝3200MW，单组最小滤波器容量Qf＝185MVar，换流器消耗的无功功率Qdc取0.035PdN，由此推得Pd,start＝112MW，Ssc,min＝2580MVA，zdd,max＝0.0388，系统的最小调频能力约束为224MW。系统基准功率SB＝100MW。
表3 实际电网算例中各电厂机组参数
Figure BDA0002939315660000321
基于上述实施例1所公开的方法，并再次参照图8，图8还为通过实施例1所公开的方案来得出的网络架构，即图8中的实线，及与实线连接的产站节点，为本实施例提出方法确定的目标网架结构。
由图可知，最优方案依靠三个黑启动电源启动了一个在ZN换流站附近的DLX水电厂，并形成了包含DG-ZN-DLXD-DG的环网，构成了包含四个机组的局部含环网架。该网架可以满足LCC-HVDC系统启动对系统强度的要求，且该方案对应的局部网络恢复耗时最短，仅需80min便可以串行恢复构建形成该网架，达到了快速支持直流启动的目的。
本实施例所公开的技术方案，使得受端交流系统能快速地构建一个目标交流网架以使系统强度能支撑LCC-HVDC系统平稳启动，使得LCC-HVDC系统能有效发挥加快受端交流系统恢复的作用。本实施例还通过分析LCC-HVDC系统启动条件，以及描述受端交流系统的恢复过程中多个系统参数的变化，向目标函数添加了约束条件集合，由此保证求解网络结构模型所得到的解能尽量贴合现实状态，保证了该方案实施的合理性和有效性。还利用上述方案对现实中的实际例子进行了验证，有效说明了本实施方式的可行性。
实施例2
本实施例公开了一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构装置200，参见图9，图9示出了该装置的结构示意图，该支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构装置包括：
参数获取模块210，用于获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；
模型构建模块220，用于根据预设的优化目标构建目标函数，并将第一运行参数和第二运行参数输入至目标函数，得到网络架构模型；
第一约束构建模块230，用于基于第一运行参数和第二运行参数，分析LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集；
第二约束构建模块240，用于分析受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；
求解模块250，用于利用第一约束条件集和第二约束条件集，求解网络架构模型，得到目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；
系统启动模块260，用于根据目标网架结构及目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动受端交流系统，以支撑LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
应当理解，本实施例的技术方案通过上述各个功能模块的协同作用，用于执行上述实施例1的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，实施例1所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。
在本实施例中，还涉及一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使终端设备能执行上述实施例1的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
在本实施例中，还涉及一种可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行上述实施例1的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法，其特征在于，包括：
获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；
根据预设的优化目标构建目标函数，并将所述第一运行参数和所述第二运行参数输入至所述目标函数，得到网络架构模型；
基于所述第一运行参数和所述第二运行参数，分析所述LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及所述LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集；
分析所述受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；
利用所述第一约束条件集和所述第二约束条件集，求解所述网络架构模型，得到目标网架结构及所述目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；
根据所述目标网架结构及所述目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动所述受端交流系统，以支撑所述LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的优化目标以构建目标函数，包括：
以发电机组的最小技术出力所需时间最短、输电恢复时间最短以及受端交流系统技术出力最小为目标，构建目标函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：
Figure FDA0002939315650000021
其中，f代表目标函数；g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；K代表所述受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；i和j代表所述受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表所述受端交流系统中的回线编号；cg代表发电机组g在目标网络架构中的二元决策变量；Tg代表发电机组g从获得电源到升到最小技术出力所需的时间；Zijc代表由i-j-c组成的线路的二元决策变量；TL，ijc代表由i-j-c组成的线路的充电及恢复时间；α代表机组与线路的恢复代价的折衷系数；Pg代表发电机组g的技术出力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一运行参数和所述第二运行参数，分析所述LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及所述LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集，包括：
基于所述第一运行参数和所述第二运行参数，分析所述LCC-HVDC系统的换流站与所述受端交流系统的机组组合和支路投切间的关系表达，得到所述受端交流系统中各个负荷节点的阻抗表示矩阵；
通过所述第一运行参数、所述第二运行参数以及所述阻抗表示矩阵，分析所述LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及所述LCC-HVDC 系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束集。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一约束条件集包括系统频率支撑约束、短路容量启动约束和短路容量优化约束；
其中，所述系统频率支撑约束为：
Figure FDA0002939315650000031
上式中，g代表发电机组的索引值；G代表发电机组集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；PR，g代表发电机组g的额定容量；dfg为机组g的暂态频率响应值；PdN代表LCC-HVDC系统正常运行时的额定功率；
所述短路容量启动约束为：
Figure FDA0002939315650000032
上式中，
Figure FDA0002939315650000033
代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的最小短路容量；S′sc,minLCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的第一短路容量；S″sc,min代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的第二短路容量；
Figure FDA0002939315650000034
上式中，UN代表LCC-HVDC系统中交流换流母线处的额定电压；ΔUmax代表电压最大允许偏差量；Qs代表LCC-HVDC系统中逆变站与受端交流系统交换的无功功率；
S″sc,min＝3Pdc+Qc
上式中，Pdc代表LCC-HVDC系统中逆变站的当前有功功率；Qc代表当前逆变站中交流滤波器和无功补偿电容器产生的无功功率；
所述短路容量优化约束包括：
Figure FDA0002939315650000041
上式中，i和j代表所述受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表所述受端交流系统中的回线编号；K代表所述受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；Ijic代表由j-i-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；Iijc代表由i-j-c所组成的线路在自阻抗定义电路中流过的电流；bi代表节点i在自阻抗定义电路中的电流净流入量；N代表所有的节点的集合；
Figure FDA0002939315650000042
上式中，xijc代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；Vi代表节点i在自阻抗定义电路中的电压；Vj代表节点j在自阻抗定义电路中的电压；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K0代表包含发电机组等值线路在内的边的集合；
Figure FDA0002939315650000043
Figure FDA0002939315650000044
上式中，NBSG代表黑启动节点所在节点的集合；
bi＝1,i∈NHVDC
上式中，NHVDC代表HVDC系统节点所在节点的集合；
bi＝0,i∈(N-NHVDC-NGND)
Figure FDA0002939315650000051
Vi≥0,i∈N
Figure FDA0002939315650000052
上式中，
Figure FDA0002939315650000053
代表LCC-HVDC系统启动时交流换流母线处的最小短路容量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二约束条件集包括网架对地决策约束、网架有功功率平衡约束以及网架无功功率平衡约束；
其中，所述网架对地决策约束为：
Figure FDA0002939315650000054
上式中，zi01代表目标网架中，节点i与地面节点所构成的线路的二元决策变量；
所述网架有功功率平衡约束为：
Figure FDA0002939315650000055
上式中，g发电机组的索引值；Gi代表接入发电机组的节点i的集合；i和j代表所述受端交流系统中各条线路两端的节点编号；c代表所述受端交流系统中的回线编号，K代表所述受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；cg代表发电机组g在目标网架中的二元决策变量；Pg代表发电机组g的技术出力；Pijc代表目标网架中，由i-j-c所构成的线路的有功功率；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；
Figure FDA0002939315650000061
上式中，xijc代表由i-j-c所构成的线路的电抗值；θij代表节点i和节点j的电压相角差；zijc代表由i-j-c所构成的线路的二元决策变量；M代表预设的正实数；K代表所述受端交流系统中各条线路及各个变压器线路的集合；
Figure FDA0002939315650000062
Figure FDA0002939315650000063
上式中，
Figure FDA0002939315650000064
和
Figure FDA0002939315650000065
分别代表由i-j-c所构成的线路的有功潮流的最大值和最小值；
Figure FDA0002939315650000066
上式中，Pg代表发电机组g的技术出力；
Figure FDA0002939315650000067
代表发电机组g的最大有功出力；
Figure FDA0002939315650000068
发电机组g的最小技术出力；G代表发电机组集合；
θi min≤θi≤θi max,i∈N
上式中，θi代表节点i的电压相角；θi max和θi min分别代表节点i的相角的上下限；
Figure FDA0002939315650000069
上式中，θij代表节点i和节点j的电压相角差；
所述网架无功功率平衡约束为：
Figure FDA0002939315650000071
Figure FDA0002939315650000072
上式中，Qsys代表目标网架所构成的系统的无功功率；Qijc代表由i-j-c所构成的线路上的充电时的无功功率；
Figure FDA0002939315650000073
代表节点i上所接负荷的功率因数；Pdi代表目标网架中节点i上所接负荷量；Pcrk,g代表发电机组g接入启动负荷的有功功率；
Figure FDA0002939315650000074
代表发电机组g接入启动负荷的功率因数；QBg,max代表发电机组g能够吸收的无功功率的最大值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的启动条件包括：
以单极预定百分比降压启动，采用整流侧定电流、逆变侧定电压的控制策略，启动电流需高于额定电流的预设百分比。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一运行参数包括额定传输功率、最小滤波器容量、最小启动功率、换流器消耗的无功功率以及换电站交流母线的最小短路容量；
所述第二运行参数包括最小技术出力、最大技术出力、爬坡率、发电机组从获得电源到升到最小技术出力的时间、并网所需时间、戴维南等值阻抗以及暂态频率响应值。
9.一种支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取LCC-HVDC系统正常工作状态下的第一运行参数和受端交流系统中各个发电机组正常工作状态下的第二运行参数；
模型构建模块，用于根据预设的优化目标构建目标函数，并将所述第一运行参数和所述第二运行参数输入至所述目标函数，得到网络架构模型；
第一约束构建模块，用于基于所述第一运行参数和所述第二运行参数，分析所述LCC-HVDC系统启动时的系统频率调节能力，及所述LCC-HVDC系统中换流站运行时的允许短路容量，得到第一约束条件集；
第二约束构建模块，用于分析所述受端交流系统中网架结构的各个发电机组与对地支路的逻辑映射关系、各个发电机组的有功功率和无功功率、各个支路的传输功率、各个负荷节点待恢复的负荷量以及各个负荷节点之间的相角差，得到第二约束条件集；
求解模块，用于利用所述第一约束条件集和所述第二约束条件集，求解所述网络架构模型，得到目标网架结构及所述目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量；
系统启动模块，用于根据所述目标网架结构及所述目标网架结构中各个负荷节点所需的目标负荷量启动所述受端交流系统，以支撑所述LCC-HVDC系统按照预设的启动条件启动。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1-8任一项所述的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1-8任一项所述的支撑LCC-HVDC系统启动的交流网架重构方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114583694B (zh) * 2022-03-09 2023-04-21 四川大学 一种基于混合直流的受端电网黑启动及协调恢复方法
CN116316777B (zh) * 2023-03-06 2023-08-04 四川大学 Lcc-hvdc的运行范围确定方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104463375A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 贵州电网公司电力调度控制中心 一种基于cim标准的电网灾难恢复控制模型建模方法
CN107862405A (zh) * 2017-10-27 2018-03-30 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 计及微网作为黑启动电源的电力系统网架重构优化方法
CN108616124A (zh) * 2018-05-11 2018-10-02 国网山东省电力公司济南供电公司 基于有序二元决策图的配电网重构计算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108429259B (zh) * 2018-03-29 2019-10-18 山东大学 一种机组恢复在线动态决策方法及系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104463375A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 贵州电网公司电力调度控制中心 一种基于cim标准的电网灾难恢复控制模型建模方法
CN107862405A (zh) * 2017-10-27 2018-03-30 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 计及微网作为黑启动电源的电力系统网架重构优化方法
CN108616124A (zh) * 2018-05-11 2018-10-02 国网山东省电力公司济南供电公司 基于有序二元决策图的配电网重构计算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于短路电流约束显式线性建模的输电网结构优化;李少岩等;《电工技术学报》;20200831;第35卷(第15期);全文 *
异步联网受端交流系统恢复中支持 LCC-HVDC 启动的局部网络快速重构;顾雪平等;《中国电机工程学报》;20190220;第39卷(第04期);全文 *
电力系统恢复的网架重构多目标协调优化;李少岩;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20180115(第01期);全文 *

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