CN113964846B - 一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，所述动态无功补偿选址方法具体为首先将多馈入直流系统划分为若干个分系统，计算每个分系统内换流母线间的多馈入相互影响因子，并以此划分每个分系统的所有电压薄弱区域，再根据电压薄弱区域重叠个数选出每个分系统优先级最高的电压薄弱区域，获取每个分系统内多馈入轨迹灵敏度因子值最大的换流母线，作为每个分系统对应的动态无功补偿节点。本发明通过划分分系统以及筛选最高优先级的电压薄弱区域来降低计算量，进一步提高了动态无功补偿的选址效率，并在计算作为选址依据的多馈入轨迹灵敏度因子时，对母线权重进行综合赋值，使计算结果更加符合实际。
Description
技术领域
本发明涉及无功补偿技术领域，尤其是指一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法。
背景技术
随着我国高压直流输电技术的发展，高压工程也在飞速建设中，但是伴随着高压工程的建设，随之而来的是区域电网形成直流落点过于密集的问题。如果多馈入直流系统中某一直流系统发生换相失败情况，则可能会导致附近的直流系统也发生换相失败的状况。而安装动态无功补偿设备能够快速和有效地提高换相失败后的电压恢复效率，并减少连锁换相失败的现象发生。由于动态无功设备的成本较高，因此需要对动态无功补偿设备的选址安装方案进行合理安排，通过提高动态无功补偿设备的工作效率来减少动态无功补偿设备的数量。但是现有的动态无功补偿设备的选址方案都是基于静态电压稳定因子VSF进行设计的，这种方式没有考虑到动态无功补偿设备自身的无功特性，导致所给出的动态无功补偿设备的选址方案与实际情况会出现一定误差。在确定动态无功补偿的位置时，需要对母线权重进行选取，现有技术中一般认为负荷较大的换流母线权重较大，但是在实际工作中，部分中枢母线，如HVDC落点母线和高压枢纽母线等，这些母线对于电力系统的稳定性起着至关重要的作用，但是所带的负荷却并不多，由此可见现有技术中对于母线权重的选择并不能贴合实际情况，动态无功补偿的选址方案也难以保证其合理性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，包括以下步骤：
步骤一，以柔性直流输电为划分条件，根据静态分区法将多馈入直流系统划分为若干个分系统；
步骤二，计算每个分系统内换流母线间的多馈入相互影响因子，根据多馈入相互影响因子确定每个分系统内的所有电压薄弱区域，再根据电压薄弱区域重叠个数确定每个分系统内的每个电压薄弱区域的优先级，选出每个分系统内优先级最高的电压薄弱区域；
步骤三，选取其中一个分系统内优先级最高的电压薄弱区域，获取该电压薄弱区域内所有换流母线信息，并计算每条换流母线的多馈入轨迹灵敏度因子，选择多馈入轨迹灵敏度因子值最大的换流母线作为该分系统对应的动态无功补偿节点；
步骤四，对每个分系统均执行步骤三，获取每个分系统对应的动态无功补偿节点。
进一步的，步骤二中所述多馈入相互影响因子的计算公式为：
其中：MIIFji表示换流母线i和换流母线j之间的多馈入相互影响因子，Zeqii表示分系统节点阻抗矩阵中的等值自阻抗，Zeqij表示分系统节点阻抗矩阵中的等值互阻抗。
进一步的，步骤三中所述多馈入轨迹灵敏度因子的计算公式为：
其中：Sj是母线j的综合权重；MIIFji是换流母线i和换流母线j之间的多馈入相互影响因子；n表示采样时间点的个数；Vi是换流母线i的电压；Qi是换流母线i注入的无功功率；是tk时刻的轨迹灵敏度；tk是采样时刻；
通过乘法归一化对主观权重和客观权重进行组合赋权，获取所述换流母线的综合权重，所述换流母线综合权重的计算公式如下：
其中：aj为主观权重；bj为客观权重；Pj为换流母线j的额定有功功率，Sacj为换流母线j的短路容量，Qj为换流母线j上无功设备提供的无功功率，Pdcj为换流母线j上无功设备提供的直流功率。
进一步的，所述主观权重为直流馈入点换流母线的额定有功功率权重，所述客观权重为多馈入有效短路比，所述多馈入有效短路比用于衡量不同直流系统的相对强弱关系。
进一步的，步骤二中确定分系统内电压薄弱区域的具体过程为：选取分系统内其中一条换流母线，以该换流母线为圆心，换流母线间的多馈入相互影响因子值等于0.15作为电压薄弱区域的边界条件，确定该换流母线对应的电压薄弱区域，重新选取一条换流母线获取其对应的电压薄弱区域，直至获取分系统内所有换流母线对应的电压薄弱区域。
进一步的，在获取分系统内所有电压薄弱区域后，所有电压薄弱区域构成电压薄弱范围，在电压薄弱范围内根据电压薄弱区域的重叠个数对各电压薄弱区域进行优先级划分，优先级最高的电压薄弱区域为重叠个数最多的电压薄弱区域内的重叠区域。
本发明的有益效果是：
利用多馈入轨迹灵敏度因子来判断不同母线的动态稳定性强弱，相较于传统的利用静态电压稳定因子进行计算相比，能够将动态无功补偿设备的无功支撑效果也考虑至动态无功补偿节点选址中，保证选址结果更加准确合理。且在进行多馈入轨迹灵敏度因子计算时，对母线权重进行综合赋值，将特殊情况的母线权重进行调整，保证计算所得多馈入轨迹灵敏度因子能够更加符合实际。通过划分分系统以及筛选最高优先级的电压薄弱区域来降低计算量，进一步提高了动态无功补偿的选址效率。
附图说明
图1是本发明的一种流程示意图；
图2是本发明实施例的一种三馈入直流系统电压薄弱区域优先级划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：
一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，以柔性直流输电为划分条件，根据静态分区法将多馈入直流系统划分为若干个分系统；
步骤二，计算每个分系统内换流母线间的多馈入相互影响因子，根据多馈入相互影响因子确定每个分系统内的所有电压薄弱区域，再根据电压薄弱区域重叠个数确定每个分系统内的每个电压薄弱区域的优先级，选出每个分系统内优先级最高的电压薄弱区域；
步骤三，选取其中一个分系统内优先级最高的电压薄弱区域，获取该电压薄弱区域内所有换流母线信息，并计算每条换流母线的多馈入轨迹灵敏度因子，选择多馈入轨迹灵敏度因子值最大的换流母线作为该分系统对应的动态无功补偿节点；
步骤四，对每个分系统均执行步骤三，获取每个分系统对应的动态无功补偿节点。
将多馈入直流系统分为多个异步运行分系统，若以整个多馈入直流系统进行节点计算，计算量过大，以分系统为计算单位，对每个分系统内的电压薄弱区域进行分析，再对电压薄弱区域内的节点进行计算，大大减少了计算量。通过对区域的多重限定来选择进行计算的节点，避免一些不必要的节点计算，提高选址效率。通过多馈入轨迹灵敏度因子值的大小来判断换流母线的动态稳定性强弱，从而确定动态无功补偿节点位置，将动态无功设备的无功支撑效果也考虑至多馈入轨迹灵敏度因子的计算中，保证多馈入轨迹灵敏度因子的计算结果能够更加符合实际，提高后续动态无功补偿节点选址的准确性。
步骤二中所述多馈入相互影响因子的计算公式为：
其中：MIIFji表示换流母线i和换流母线j之间的多馈入相互影响因子，Zeqii表示分系统节点阻抗矩阵中的等值自阻抗，Zeqij表示分系统节点阻抗矩阵中的等值互阻抗。
通过多馈入相互影响因子能够判断连锁换相失败风险较高的区域，因此通过多馈入相互影响因子来确定动态无功补偿选址的范围边界，降低计算量，提高动态无功补偿的选址效率。
步骤三中所述多馈入轨迹灵敏度因子的计算公式为：
其中：MTSIi是母线i的所馈入轨迹灵敏度，Sj是母线j的综合权重；MIIFji是不同换流母线间的多馈入相互影响因子；n表示采样时间点的个数；Vi是换流母线i的电压；Qi是换流母线i注入的无功功率；是tk时刻的轨迹灵敏度；tk是采样时刻。
综合权重代表换流母线在区域电网内的重要程度，其值越大，该母线越重要。采样时间点的个数值为采样时间与仿真步长的比值，采样时间则为故障持续的时间。采样时刻的值则由仿真步长和采样时间共同决定。
在tk时刻的轨迹灵敏度的近似计算公式为：
其中：V(Qi+ΔQ)为注入无功功率ΔQ后的电压，V(Qi)为注入无功功率前的电压，ΔQ为注入的无功功率。
多馈入轨迹灵敏度因子能够对换流母线的动态电压稳定性的强弱程度进行评判，通过换流母线动态电压稳定性的强弱程度的判断能够获取区域内动态无功补偿需求，从而获最优动态无功补偿节点位置。
所述换流母线的综合权重通过主观权重和客观权重进行组合赋权获取，所述主观权重和客观权重通过乘法归一化进行组合赋权，所述换流母线的综合权重的计算公式如下：
其中：aj为主观权重；bj为客观权重；Pj为换流母线j的额定有功功率，Sacj为换流母线j的短路容量，Qj为换流母线j上无功设备提供的无功功率，Pdcj为换流母线j上无功设备提供的直流功率。
所述主观权重为直流馈入点换流母线j的额定有功功率权重，所述客观权重为不同的多馈入有效短路比，所述多馈入有效短路比用于衡量不同直流系统的相对强弱关系。
对换流母线的权重进行重新赋权，由于仅通过母线所带负荷的大小来判断权重会忽略一些重要性高但所带负荷不大的特殊节点，使得多馈入轨迹灵敏度因子的计算结果不符合实际，从而影响到动态无功补偿选址结果，对电力系统运行的安全性和稳定性造成影响。因此通过换流母线的主观权重和客观权重来进行重新赋权，保证换流母线的权重能够符合实际电网运行情况。
步骤二中确定分系统内电压薄弱区域的具体过程为：选取分系统内其中一条换流母线，以该换流母线为圆心，换流母线间的多馈入相互影响因子值等于0.15作为电压薄弱区域的边界条件，确定该换流母线对应的电压薄弱区域，重新选取一条换流母线获取其对应的电压薄弱区域，直至获取分系统内所有换流母线对应的电压薄弱区域。
在获取分系统内所有电压薄弱区域后，所有电压薄弱区域构成电压薄弱范围，在电压薄弱范围内根据电压薄弱区域的重叠个数重新对电压薄弱区域进行划分并进行优先级判断，优先级最高的电压薄弱区域为电压薄弱范围内电压薄弱区域重叠个数最多的区域。
由于换相失败后会造成电压薄弱情况的出现，因此对电压薄弱区域进行判断，并在得到的总体电压薄弱范围内进行区域重叠现象判断，按照重叠的区域个数来对电压薄弱区域进行优先级划分，以三馈入直流系统为例，如图2所示，电压薄弱区域可以分为A1、A2和A3，其中A3为仅存在一个电压薄弱区域的区域，A2为存在两个电压薄弱区域重叠的区域，优先级最高的电压薄弱区域为A1，存在三个电压薄弱区域重叠。在优先级最高的电压薄弱区域内进行后续的多馈入轨迹灵敏度因子分析，将计算范围限制在优先级最高的电压薄弱区域内，能够有效降低计算量，提高选址方案的效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，以柔性直流输电为划分条件，根据静态分区法将多馈入直流系统划分为若干个分系统；
步骤二，计算每个分系统内换流母线间的多馈入相互影响因子，根据多馈入相互影响因子确定每个分系统内电压薄弱区域，再根据电压薄弱区域重叠个数确定每个分系统内的每个电压薄弱区域的优先级，选出每个分系统内优先级最高的电压薄弱区域；
步骤三，选取其中一个分系统内优先级最高的电压薄弱区域，获取该电压薄弱区域内所有换流母线信息，并计算每条换流母线的多馈入轨迹灵敏度因子，选择多馈入轨迹灵敏度因子值最大的换流母线作为该分系统对应的动态无功补偿节点；
步骤四，对每个分系统均执行步骤三，获取每个分系统对应的动态无功补偿节点；
步骤三中所述多馈入轨迹灵敏度因子的计算公式为：
其中：Sj是母线j的综合权重；MIIFji是换流母线i和换流母线j之间的多馈入相互影响因子；n表示采样时间点的个数；Vi是换流母线i的电压；Qi是换流母线i注入的无功功率；
是tk时刻的轨迹灵敏度；tk是采样时刻；
通过乘法归一化对主观权重和客观权重进行组合赋权，获取所述换流母线的综合权重，所述换流母线的综合权重的计算公式为：
其中：aj为主观权重；bj为客观权重；Pj为换流母线j的额定有功功率，Sacj为换流母线j的短路容量，Qj为换流母线j上无功设备提供的无功功率，Pdcj为换流母线j上无功设备提供的直流功率；
将多馈入直流系统分为多个异步运行分系统，对每个分系统内的电压薄弱区域进行分析，通过对区域的多重限定来选择进行计算的节点。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，其特征在于，步骤二中所述多馈入相互影响因子的计算公式为：
其中：MIIFji表示换流母线i和换流母线j之间的多馈入相互影响因子，Zeqii表示分系统节点阻抗矩阵中的等值自阻抗，Zeqij表示分系统节点阻抗矩阵中的等值互阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，其特征在于，所述主观权重为直流馈入点换流母线的额定有功功率权重，所述客观权重为多馈入有效短路比，所述多馈入有效短路比用于衡量不同直流系统的相对强弱关系。
4.根据权利要求1所述的一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，其特征在于，步骤二中确定分系统内电压薄弱区域的具体过程为：选取分系统内其中一条换流母线，以该换流母线为圆心，换流母线间的多馈入相互影响因子值等于0.15作为电压薄弱区域的边界条件，确定该换流母线对应的电压薄弱区域，重新选取一条换流母线获取其对应的电压薄弱区域，直至获取分系统内所有换流母线对应的电压薄弱区域。
5.根据权利要求4所述的一种适用于多馈入直流系统的动态无功补偿选址方法，其特征在于，在获取分系统内所有电压薄弱区域后，所有电压薄弱区域构成电压薄弱范围，在电压薄弱范围内根据电压薄弱区域的重叠个数重新对电压薄弱区域进行划分并进行优先级判断，优先级最高的电压薄弱区域为电压薄弱范围内电压薄弱区域重叠个数最多的区域。
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