CN113765132A - 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质 - Google Patents

一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN113765132A
CN113765132A CN202110994077.5A CN202110994077A CN113765132A CN 113765132 A CN113765132 A CN 113765132A CN 202110994077 A CN202110994077 A CN 202110994077A CN 113765132 A CN113765132 A CN 113765132A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supported
power
converter stations
power steering
operation mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110994077.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113765132B (zh
Inventor
卢毓欣
辛清明
赵晓斌
李凌飞
李欢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CSG Electric Power Research Institute
China Southern Power Grid Co Ltd
Original Assignee
CSG Electric Power Research Institute
China Southern Power Grid Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSG Electric Power Research Institute, China Southern Power Grid Co Ltd filed Critical CSG Electric Power Research Institute
Priority to CN202110994077.5A priority Critical patent/CN113765132B/zh
Publication of CN113765132A publication Critical patent/CN113765132A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113765132B publication Critical patent/CN113765132B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

本发明提供了一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质，所述方法为获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑。本发明不仅能简单、全面、有效且快速地给出多端直流输电系统的最优接线拓扑，而且具有较强的通用性、开放性和可扩展性。

Description

一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及多端直流输电技术领域，特别是涉及一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、计算机设备及存储介质。
背景技术
随着高压直流输电系统应用场景的不断增加，仅有一个整流站和一个逆变站的两端拓扑结构已不能满足应用需求，与此同时，多端并联常规直流输电(LCC-HVDC)的直流输电系统在逐步得到应用。
目前投运的基于LCC-HVDC技术的多端常规高压直流输电系统大都采用的是将电网换相换流器接入弱交流电网，此种换流器无法改变电流方向，只能通过改变电压极性实现功率翻转，而多端并联常规直流输电系统通常具有多种运行要求，且在某些运行方式下需要改变其中某些换流站的功率方向(发出功率或吸收功率)，因此，需要对这些换流站的接线进行特殊设计，增加部分设备，以使该站可以实现功率反转，灵活调整多端直流输电系统的潮流方向。
现有技术大都凭借经验用枚举法分析得出需要在哪些站设置功率反转接线功能，该方法虽然可以用于端数较少且运行方式组合不多的多端直流工程，但该方法不具有通用性、开放性和扩展性，应用于端数较多，运行方式组合较多的多端直流工程时，不仅计算量大，而且计算速度慢，即，难以用枚举法分析判断在哪些站设置功率反转功能可以达到最优的效果(设置功率反转站数最少)。
因此，亟需提供一种能够判断多端常规高压直流输电系统中需要设置功率反转功能的换流站的简单通用的拓扑选择方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有通用性、开放性和可扩展性的多端直流输电系统拓扑选择方法，通过数学方法求取对应所需运行方式组合下可设置的最少功率转换接线换流站的最优电气接线拓扑，简单、有效且快速地给出多端直流输电系统的基础接线方式和需设置功率反转接线的换流站，有效解决现有技术计算速度慢、不通用等问题。
为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、计算机设备及存储介质。
第一方面，本发明实施例提供了一种多端直流输电系统拓扑选择方法，所述方法包括以下步骤：
获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
进一步地，所述运行方式需求矩阵表示为：
Figure BDA0003233257740000021
式中，n、m分别表示换流站数量和待支持运行方式数量；Ajk表示第k个换流站在第j种运行方式下的整流状态或逆变状态，Ajk＝1表示整流状态，Ajk＝-1表示逆变状态。
进一步地，所述分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数的步骤包括：
分别以各种待支持运行方式为基础接线，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵；所述第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵分别表示为：
Figure BDA0003233257740000031
Figure BDA0003233257740000032
式中，
Figure BDA0003233257740000033
表示以第i种待支持运行方式的相反状态接线为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure BDA0003233257740000034
表示不需要转向，
Figure BDA0003233257740000035
表示需要转向；
Figure BDA0003233257740000036
表示以第i种待支持运行方式为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure BDA0003233257740000037
表示不需要转向，
Figure BDA0003233257740000038
表示需要转向；
根据各种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵，分别确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合；
根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合，确定对应各种待支持运行方式需求组合的所述功率转向换流站集合，并计算对应的所述功率转向换流站总数。
进一步地，所述根据各种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵，分别确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合的步骤包括：
分别计算所述第一功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目；
分别计算所述第二功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第二待功率转向换流站数目；
根据各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目，确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合。
进一步地，所述根据各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目，确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合的步骤包括：
判断所述第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目是否相等，若不相等，则将二者的最小值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将最小值对应的转向换流站集合确定为所述待功率转向换流站集合，反之，则将二者的值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将二者对应的转向换流站集合均确定为所述待功率转向换流站集合。
进一步地，所述根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合，确定对应各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合，并计算对应的功率转向换流站总数的步骤包括：
判断各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合是否唯一；
若各待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合均唯一，则将各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的所述功率转向换流站集合，并根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数；
若存在待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合不唯一，则将对应待支持运行方式的不同待功率转向换流站集合分别与其他待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的候选功率转向换流站集合，并选取元素个数最少的候选功率转向换流站集合作为所述功率转向换流站集合，以及根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数。
进一步地，所述根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑的步骤包括：
选取同种待支持运行方式需求组合对应的所述功率转向换流站总数的最小值，并将对应的所述功率转向换流站集合内的换流站确定为所述待设置功率转向接线换流站，以及将对应的基础接线方式确定为所述系统基础接线方式。
第二方面，本发明实施例提供了一种多端直流输电系统拓扑选择系统，所述系统包括：
条件获取模块，用于获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
需求分析模块，用于根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
转向分析模块，用于分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
拓扑生成模块，用于根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
上述本申请提供了一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、计算机设备及存储介质，通过所述方法，实现了获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式后，根据换流站数量和待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵，并分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，再根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定多端直流输电系统的最优接线拓扑，即给出对应的系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站的技术方案。与现有技术相比，该多端直流输电系统拓扑选择方法，采用数学方法，不仅有效解决现有技术计算速度慢、不通用等问题，而且简单可靠、全面高效，还具有较强的通用性、开放性和可扩展性。
附图说明
图1是本发明实施例中多端直流输电系统拓扑选择方法应用场景示意图；
图2是本发明实施例中多端直流输电系统换流站的状态示意图；
图3是本发明实施例中多端直流输电系统拓扑选择方法的流程示意图；
图4是图3中步骤S13确定不同基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数的流程示意图；
图5是本发明实施例中表1所示多端直流输电系统对应的最优拓扑接线的示意图；
图6是本发明实施例中多端直流输电系统拓扑选择的结构示意图；
图7是本发明实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明，显然，以下所描述的实施例是本发明实施例的一部分，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的多端直流输电系统拓扑选择方法，可应用于如图1所示的服务器或终端设备上的一个简单高效、具有较强的通用性、开放性和可扩展性的多端直流输电系统拓扑选择方法，在如图2所示的多端直流输电系统工程建设时，可根据系统预设的换流站数量及对应待支持运行方式需求，快速确定哪些换流站为需设置功率反转接线的换流站，便于系统搭建时，快速准确地完成对应换流站的功率转向特殊接线设置。下述实施例将对本发明的多端直流输电系统拓扑选择方法进行详细阐述。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种多端直流输电系统拓扑选择方法，包括以下步骤：
S11、获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
其中，换流站数量和待支持运行方式可根据实际多端直流输电系统的设计需求进行确定，即，如表1-2所示换流站数量可为奇数也可为偶数，待支持运行方式也可以为与换流站数量对应的整流运行状态(1)、逆变运行状态(-1)的组合。下述实施例将以表1和表2两种换流站数量和待支持运行方式的系统为例进行分析，但并不作为对本发明保护范围的限制。
表1 5端直流输电系统的6种待支持运行方式
Figure BDA0003233257740000071
Figure BDA0003233257740000081
表2 4端直流输电系统的5种待支持运行方式
Figure BDA0003233257740000082
S12、根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
其中，运行方式需求矩阵的每一行元素对应某种待支持运行方式的各换流站的整流或逆变状态，具体地，所述运行方式需求矩阵表示为：
Figure BDA0003233257740000083
式中，n、m分别表示换流站数量和待支持运行方式数量；Ajk表示第k个换流站在第j种运行方式下的整流状态或逆变状态，Ajk＝1表示整流状态，Ajk＝-1表示逆变状态。如，表1和表2对应的多端直流输电系统的运行方式需求矩阵分别为：
Figure BDA0003233257740000097
S13、分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
其中，基础接线方式可理解为多端直流输电构建的基础接线模板，以该基础接线方式设置对应的功率转向换流站最简单方便。根据上述步骤得到多端直流输电系统对应的运行方式需求矩阵后，需要首先确定不同基础接线方式下各种待支持运行方式运行所需设置的最少功率转向的换流站，并根据各待支持运行方式运行所需设置的功率转向换流站及数目，确定不同基础接线方式下各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数。如图4所示，步骤S13包括：
S131、分别以各种待支持运行方式为基础接线，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵；所述第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵分别表示为：
Figure BDA0003233257740000091
Figure BDA0003233257740000092
式中，
Figure BDA0003233257740000093
表示以第i种待支持运行方式的相反状态接线为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure BDA0003233257740000094
表示不需要转向，
Figure BDA0003233257740000095
表示需要转向；
Figure BDA0003233257740000096
表示以第i种待支持运行方式为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure BDA0003233257740000101
表示不需要转向，
Figure BDA0003233257740000102
表示需要转向；
其中，Bi具体表示为每种运行方式(从第1种到第m种)在第i种运行方式的相反状态为基础接线方式下是否需要改变功率方向。为了叙述方便，下文以Ai表示第i种运行方式下各换流站的整流、逆变状态，即表示运行方式需求矩阵的第i行。比如，如表1所示的第2种运行方式在以第1种运行方式相反状态为基础接线方式，判断是否需要改变功率方向时：由于第1种运行方式的相反状态-A1＝(-1，-1，-1，1，-1)，第2种运行方式A2＝(1，-1，1，1，1)，则A2-(-A1)＝A2+A1＝(2，0，2，0，2)，说明第1、3、5个换流站需要改变功率方向。以第1种运行方式相反状态为基础接线方式的其他待支持运行方式可以按照同样的方式类推得到如表3所示的结果：
表3表1系统以第一种运行方式相反状态为基础接线功率转向需设置情况
Figure BDA0003233257740000103
Ci具体表示为每种运行方式(从第1种到第m种)在第i种基础接线方式下是否需要改变功率方向。如表1所示的第2种运行方式在以第1种运行方式为基础接线方式，判断是否需要改变功率方向时：由于第1种运行方式A1＝(1，1，1，-1，1)，第2种运行方式A2＝(1，-1，1，1，1)，则A2-A1＝(0，-2，0，2，0)，说明第2和第4个换流站需要改变功率方向。以第1种运行方式为基础接线方式的其他待支持运行方式可以按照同样的方式类推得到如表4所示的结果：
表4表1系统以第一种运行方式为基础接线功率转向需设置情况
Figure BDA0003233257740000111
同理，可得表2所示的多端直流输电系统以其第一种运行方式为基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵可分别参加表5-6所示的结果。
表5表2系统以第一种运行方式相反状态为基础接线功率转向需设置情况
Figure BDA0003233257740000112
表6表2系统以第一种运行方式为基础接线功率转向需设置情况
Figure BDA0003233257740000113
上述Ai和-Ai的运行方式，可分别参见图2(a、b)给出了某种运行方式(图2a Ai)，和其相反状态运行方式(图2b-Ai)下的示意图。对于常规直流来说，其换流器电流方向不可变，所有换流站同时变换功率方向可通过改变整个直流系统的极限电压极性来实现。图2a和图2b的区别为整个直流系统的电压极性变换，随着整个直流系统的电压极性的改变，不需要改变换流站的电气一次设备就可以实现所有换流站的功率方向也发生变换，即可理解为只要可以实现A，就可以实现-A，但其无法实现单独转换直流系统中的某个换流站功率方向，因此，在需要单独转换某个换流站功率方向时，需要将双极直流线路和换流阀连接的两端调转，以得到需要的电流方向和运行状态(从正极线流入为逆变状态，从正极线流出为整流状态)。为了保证最优拓扑接线分析的全面性，本实施例分别采用Bi和Ci对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵综合分析两种相反运行方式下为基础接线方式下各待支持运行方式下的功率转向换流站，进而得到各待支持运行方式下的最少功率转向换流站。
S132、根据各种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵，分别确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合；
其中，每种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵按照上述步骤得到后，就可以按照每行的每个元素是否为0分别确定对应的各种待支持运行方式下哪些换流站需要设置功率转换，以及每行的非零元素值之和分别确定对应的各种待支持运行方式下的最优换流站转向设置方式。具体地，包括以下步骤：
分别计算所述第一功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目；
其中，第一功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和表示为：
Figure BDA0003233257740000121
如表3所示每行元素的绝对值之和实际上为对应基础接线方式的各待支持运行方式下需设置功率转向接线的换流站数目的两倍，则易得对应各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目为
Figure BDA0003233257740000131
分别计算所述第二功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第二待功率转向换流站数目；
其中，第二功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和表示为：
Figure BDA0003233257740000132
同理易得，如表4所示的对应各种待支持运行方式下的第二待功率转向换流站数目为
Figure BDA0003233257740000133
根据各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目，确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合。
其中，各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合可以理解为各种待支持运行方式下可设置的最少数目功率转向换流站情况下对应的待功率转向换流站的集合。由于前述的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵的实际意义可知，如表3-4所示的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目表示两种相反极性运行模式下的待功率转向换流站数目，且满足
Figure BDA0003233257740000134
即，两种完全相反极性运行方式总有一种是当前待支持运行方式下最优的，因此，可直接从二者之中选择最小值确定对应的待支持运行方式下的待功率转向换流站集合。具体地，包括以下步骤：
判断所述第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目是否相等，若不相等，则将二者的最小值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将最小值对应的转向换流站集合确定为所述待功率转向换流站集合，反之，则将二者的值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将二者对应的转向换流站集合均确定为所述待功率转向换流站集合。
需要说明的是，由于多端直流输电系统中的换流站数目是根据实际应用需求确定的，其可以为奇数也可能为偶数：
当系统换流站数目为奇数时，如表3-4所示，可直接比较同一行的
Figure BDA0003233257740000141
与
Figure BDA0003233257740000142
的大小，选取两者的最小值对应的需设功率转向换流站数目为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，如待支持运行方式为第二种时，由于
Figure BDA0003233257740000143
可知根据表4第二行确定第二种运行方式下的待功率转向换流站数目为4/2＝2，对应的需设功率转向换流站为2号和4号换流站。其他待支持运行方式下的待功率转向换流站数目及对应的需设功率转向换流站集合都可以类推得到如表7所示的结果。
表7表1系统以第一种运行方式为基础接线各待支持运行方式下设置情况
Figure BDA0003233257740000144
当系统换流站数目为偶数时，如表5-6所示，比较同一行的
Figure BDA0003233257740000145
与
Figure BDA0003233257740000146
的大小时，可能出现相等的情况，如
Figure BDA0003233257740000147
可确定第二种运行方式下的待功率转向换流站数目均为4/2＝2，对应的需设功率转向换流站可以为1号和4号的换流站集合，也可为2号和3号的换流站集合，此处，虽然确定了两种待功率转向换流站集合，但再后续确定对应各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合仍可能将其中一个方案从最优方案中去除，具体详见下述步骤介绍。其他不相等的情况仍可参见上述奇数换流站数目的情形确定对应的待功率转向换流站数目和待功率转向换流站集合，得如表8所示的结果。
表8表2系统以第一种运行方式为基础接线各待支持运行方式下设置情况
Figure BDA0003233257740000151
S133、根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合，确定对应各种待支持运行方式需求组合的所述功率转向换流站集合，并计算对应的所述功率转向换流站总数。
其中，待支持运行方式需求组合可理解为根据多端直流输电系统的应用需求设定的待支持运行方式的组合方式，即系统需要满足待支持运行方式需求组合内的所有运行方式。如前文所述，系统以某种基础接线方式的某一运行方式时，会存在两种不同的功率转向换流站集合，此处需要做特殊处理。具体地，包括以下步骤：
判断各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合是否唯一；
若各待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合均唯一，则将各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的所述功率转向换流站集合，并根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数；
其中，功率转向换流站集合可理解为每种待支持运行方式需求组合中的每个待支持运行方式对应的待功率转向换流站集合的并集，对应的功率转向换流站总数即为得到的待功率转向换流站集合并集元素的个数。如根据表7所示的结果，可得到表9对应的表1系统以第一种运行方式为基础接线方式时各种待支持运行方式需求组合对应的功率转向换流站集合及功率转向换流站总数的结果。同理，其他的矩阵和不同运行方式对应的需要设置功率转换的换流站以及数量可以同样获取，此处不作详述。
表9表1系统以第一种运行方式为基础接线各待支持运行方式需求组合的设置
Figure BDA0003233257740000161
Figure BDA0003233257740000171
若存在待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合不唯一，则将对应待支持运行方式的不同待功率转向换流站集合分别与其他待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的候选功率转向换流站集合，并选取元素个数最少的候选功率转向换流站集合作为所述功率转向换流站集合，以及根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数。如根据表8所示的结果，可得到表10对应的表2系统以第一种运行方式为基础接线方式时各种待支持运行方式需求组合对应的功率转向换流站集合及功率转向换流站总数的结果。
表10表2系统以第一种运行方式为基础接线各待支持运行方式需求组合的设置
Figure BDA0003233257740000172
由表10可知，以第1种运行方式为基础，运行方式组合取1234时，选取B1或C1计算得到的功率转换站数量均为3个，因此选取B1或C1均为优解；运行方式组合取12345时，选取B1计算得到的功率转换站数量均为3个，选取C1计算得到的功率转换站数量均为4个，此时选取B1为优解。同理，其他的矩阵和不同运行方式对应的需要设置功率转换的换流站以及数量可以同样获取，此处不再详述。
S14、根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
其中，各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数按照上述方法步骤得到后，通过比较得到各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站总数最小值，即可确定对应的最优接线拓扑，具体地，包括步骤：选取同种待支持运行方式需求组合对应的所述功率转向换流站总数的最小值，并将对应的所述功率转向换流站集合内的换流站确定为所述待设置功率转向接线换流站，以及将对应的基础接线方式确定为所述系统基础接线方式。如表11所示，可得到表1所示系统对应的以各种运行方式为基础接线方式的各待支持运行方式需求组合下的功率转向换流站设置结果。
表11表1系统以各种运行方式为基础接线各待支持运行方式需求组合的设置
Figure BDA0003233257740000181
根据表11可以找出表1所示多端直流输电系统所需运行方式需求组合的功率转换换流站的最小数量，并选择对应的作为基础的运行方式和需要设置功率转换接线的换流站，且为运行方式决策提供参考。比如，为满足运行方式1、2、3、4、5的组合，如图5所示最优电气接线拓扑为选择第三种运行方式(-1，1，-1，1，-1)作为系统基础接线方式，并将第2、4、5站作为待设置功率转向接线换流站。
同理，如表2所示系统可得到表12所示的结果：
表12表2系统以各种运行方式为基础接线各待支持运行方式需求组合的设置
Figure BDA0003233257740000191
根据表12可知表2所示多端直流输电系统为满足运行方式1234或12345的组合，以任何一种运行方式作为基础的运行方式均可，都需要设置3个具有功率转换接线的换流站，此时，最优电气接线拓扑不是唯一解，如，以运行方式1(1，1，-1，1)作为基础运行方式为例，参考下表，为满足运行方式1、2、3、4的组合，可将第1、2、4站或1、2、3站设置为设置功率转换接线的换流站；为满足运行方式1、2、3、4、5的组合，需将第1、2、4站设置为设置功率转换接线的换流站。
本申请实施例通过根据获取的多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式生成对应的运行方式需求矩阵，并以此矩阵为基础，分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，采用数学方法，先分析确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，再根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数得到多端直流输电系统的最优接线拓扑的方法，不仅简单可靠，而且全面高效，还具有较强的通用性、开放性和可扩展性。
需要说明的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种多端直流输电系统拓扑选择系统，所述系统包括：
条件获取模块1，用于获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
需求分析模块2，用于根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
转向分析模块3，用于分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
拓扑生成模块4，用于根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
需要说明的是，关于多端直流输电系统拓扑选择系统的具体限定可以参见上文中对于多端直流输电系统拓扑选择方法的限定，在此不再赘述。上述多端直流输电系统拓扑选择系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
图7示出一个实施例中计算机设备的内部结构图，该计算机设备具体可以是终端或服务器。如图7所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示器和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种多端直流输电系统拓扑选择方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域普通技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算设备可以包括比途中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
综上，本发明实施例提供的一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、计算机设备及存储介质，其多端直流输电系统拓扑选择方法实现了通过获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式后，根据换流站数量和待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵，并分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，再根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定多端直流输电系统的最优接线拓扑，即给出对应的系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站的技术方案，不仅有效解决现有技术计算量大、速度慢、不通用等问题，而且简单可靠、全面高效，还具有较强的通用性、开放性和可扩展性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
2.如权利要求1所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述运行方式需求矩阵表示为：
Figure FDA0003233257730000011
式中，n、m分别表示换流站数量和待支持运行方式数量；Ajk表示第k个换流站在第j种运行方式下的整流状态或逆变状态，Ajk＝1时表示整流状态，Ajk＝-1时表示逆变状态。
3.如权利要求1所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数的步骤包括：
分别以各种待支持运行方式为基础接线，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵；所述第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵分别表示为：
Figure FDA0003233257730000021
Figure FDA0003233257730000022
式中，
Figure FDA0003233257730000023
表示以第i种待支持运行方式的相反状态接线为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure FDA0003233257730000024
表示不需要转向，
Figure FDA0003233257730000025
表示需要转向；
Figure FDA0003233257730000026
表示以第i种待支持运行方式为基础接线时，第k个换流站在第j种运行方式下否需要改变功率方向，且
Figure FDA0003233257730000027
表示不需要转向，
Figure FDA0003233257730000028
表示需要转向；
根据各种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵，分别确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合；
根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合，确定对应各种待支持运行方式需求组合的所述功率转向换流站集合，并计算对应的所述功率转向换流站总数。
4.如权利要求3所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述根据各种基础接线方式对应的第一功率转向矩阵和第二功率转向矩阵，分别确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合的步骤包括：
分别计算所述第一功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目；
分别计算所述第二功率转向矩阵的每行元素的绝对值之和，得到对应各种待支持运行方式下的第二待功率转向换流站数目；
根据各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目，确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合。
5.如权利要求4所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述根据各种待支持运行方式下的第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目，确定对应各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合的步骤包括：
判断所述第一待功率转向换流站数目和第二待功率转向换流站数目是否相等，若不相等，则将二者的最小值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将最小值对应的转向换流站集合确定为所述待功率转向换流站集合，反之，则将二者的值确定为对应待支持运行方式下的待功率转向换流站数目，并将二者对应的转向换流站集合均确定为所述待功率转向换流站集合。
6.如权利要求3所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式下的待功率转向换流站集合，确定对应各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合，并计算对应的功率转向换流站总数的步骤包括：
判断各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合是否唯一；
若各待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合均唯一，则将各种待支持运行方式需求组合内待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的所述功率转向换流站集合，并根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数；
若存在待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合不唯一，则将对应待支持运行方式的不同待功率转向换流站集合分别与其他待支持运行方式对应的所述待功率转向换流站集合取并集，得到对应的候选功率转向换流站集合，并选取元素个数最少的候选功率转向换流站集合作为所述功率转向换流站集合，以及根据所述功率转向换流站集合，得到对应的所述功率转向换流站总数。
7.如权利要求1所述的多端直流输电系统拓扑选择方法，其特征在于，所述根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑的步骤包括：
选取同种待支持运行方式需求组合对应的所述功率转向换流站总数的最小值，并将对应的所述功率转向换流站集合内的换流站确定为所述待设置功率转向接线换流站，以及将对应的基础接线方式确定为所述系统基础接线方式。
8.一种多端直流输电系统拓扑选择系统，其特征在于，所述系统包括：
条件获取模块，用于获取多端直流输电系统的换流站数量和待支持运行方式；
需求分析模块，用于根据所述换流站数量和所述待支持运行方式，生成对应的运行方式需求矩阵；
转向分析模块，用于分别以各种待支持运行方式为基础接线方式，根据所述运行方式需求矩阵，确定对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数；
拓扑生成模块，用于根据各种基础接线方式对应的各种待支持运行方式需求组合的功率转向换流站集合和功率转向换流站总数，确定所述多端直流输电系统的最优接线拓扑；所述最优接线拓扑包括系统基础接线方式和待设置功率转向接线换流站。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一所述方法的步骤。
CN202110994077.5A 2021-08-27 2021-08-27 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质 Active CN113765132B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110994077.5A CN113765132B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110994077.5A CN113765132B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113765132A true CN113765132A (zh) 2021-12-07
CN113765132B CN113765132B (zh) 2024-04-16

Family

ID=78791584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110994077.5A Active CN113765132B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113765132B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074525A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种多端柔性直流输电系统的控制系统及其控制方法
CN104901328A (zh) * 2015-05-21 2015-09-09 北京四方继保自动化股份有限公司 基于复杂控制网络下的多端柔直控制模式自动识别方法
CN106816885A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 中国电力科学研究院 一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法
CN110729745A (zh) * 2019-08-28 2020-01-24 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种多端直流系统转换开关参数计算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074525A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种多端柔性直流输电系统的控制系统及其控制方法
CN104901328A (zh) * 2015-05-21 2015-09-09 北京四方继保自动化股份有限公司 基于复杂控制网络下的多端柔直控制模式自动识别方法
CN106816885A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 中国电力科学研究院 一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法
CN110729745A (zh) * 2019-08-28 2020-01-24 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种多端直流系统转换开关参数计算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
罗宇强;谭建成;董国庆;: "级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略", 电力系统保护与控制, no. 13 *
辛清明;黄莹;赵晓斌;郭龙;卢毓欣;: "多端直流输电系统主回路设计研究", 南方电网技术, no. 02 *
郭启伟;刘玉海;刘丙伟;任庆帅;田智勇;常高颂;胡姿屹;: "基于电压源换流器的三端直流输电系统的研究", 电力安全技术, no. 05 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113765132B (zh) 2024-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110995036B (zh) 基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法
WO2020096677A1 (en) Distribution grid admittance estimation with limited nonsynchronized measurements
CN103762828A (zh) 一种多级电力电子变换器系统的控制方法及装置
CN113765132A (zh) 一种多端直流输电系统拓扑选择方法、系统、设备及介质
CN113691151B (zh) 三电平逆变器控制方法及pcs系统
CN113839407B (zh) 直流输电系统的潮流反转控制方法及控制装置
CN110875607A (zh) 充电系统
CN112039352B (zh) Ups控制方法
CN115051912A (zh) 一种停电用户定位方法、装置、设备、介质
CN111654053B (zh) 柔性直流系统的解锁启动方法、装置和设备
CN108306353A (zh) 一种改进式多模块并联的数字均流系统及方法
CN111796134B (zh) 一种多相电路的电流采样失效判断方法及装置
CN110855164A (zh) 控制方法、系统及终端设备
CN211296562U (zh) 级联式直流电压源
CN111313471B (zh) 逆变器升压旁路切换方法及光伏发电系统
Zhang et al. A series-stacked architecture with 4-to-1 GaN-based isolated converters for high-efficiency data center power delivery
CN111865700A (zh) 一种电力信息物理系统的信息节点筛选方法及相关装置
CN113497486A (zh) 电源合路电路、诊断方法、装置及系统
CN105703470A (zh) 多电源供电系统和用于该多电源供电系统的方法
CN116566010B (zh) 多电池簇的电压分配方法及装置
CN113805094B (zh) 高压直流输电系统短路比的评估方法、装置、设备及介质
CN111262427A (zh) 级联式直流电压源及其控制方法
CN110829928B (zh) 一种电机驱动器输出功率的计算方法、装置及设备
CN114825407B (zh) 一种双向变换器的充放电切换方法、装置、系统及介质
CN212513053U (zh) 一种用于mems传感器数据传输的电路及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant