CN114094615B - 基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法 - Google Patents

基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法 Download PDF

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Abstract

基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，是利用电力系统分析计算软件，对不同网架结构、不同发电机出力和直流输送功率等多种运行方式下的区域电网进行短路计算，得到多种运行方式下各直流线路之间的相互作用因子矩阵；使用机器学习方法对相互作用因子矩阵数据进行聚类分析，根据工程经验选取直流群之间差异程度聚类的簇间距，得到考虑直流相互作用强度耦合的直流群聚类结果，进而协调同一直流群内各直流线路的稳态输送功率，得到多直流线路输送极限。本发明方法可以定量分析交直流互联电网多直流线路之间的相互作用及耦合程度，并指导混联电网的合理规划与协调运行。

Description

基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法
技术领域
本发明属于电力系统分析领域，具体地，涉及基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法。
背景技术
高压直流输电HVDC系统送端大多集中于西北、西南等能源密集的区域。现在，我国多地区电网已经呈现出直流多送出或多馈入的重要特征，且其输送规模也属世界罕有。由于各冋直流落点间距离比较近，各回直流之间的电气耦合联系紧密，相互间的影响较大，存在着复杂的直流与直流之间、直流与交流之间的交互作用。从现有的对多馈入HVDC系统的研究中也可以看到，各回直流间的耦合强度越大，系统也越容易发生如换相失败类故障，导致多直流综合送出功率极限难以准确获取，并给系统的安全稳定运行及控制带来了巨大的挑战。
国际大电网组织CIGRE在研究报告中定义了多馈入相互作用因子(Multi-InfeedInteraction Factor,MIIF)，其含义为：在一回HVDC输电母线上接入三相对称电抗器，以一回直流因无功扰动导致本回直流换流母线电压下降1％时，这一扰动造成的其它回直流在换流母线处的电压波动与本回直流换流母线处电压下降量的比值来描述多直流相互作用。对于多送出交直流系统，有学者建立了一个新的概念，即多送出相互作用因子MSIF，用这个量来表征多送出系统中多条直流之间的相互作用。
随着HVDC的日益发展，出现多回直流落点较近，相互影响的状况，有必要量化多回直流间的相互作用强度，进而对多直流线路进行协调运行。针对多回直流间相互耦合影响的机制，虽然各国学者都提出了一些指标来部分衡量各回直流之间的影响，但是目前并没有一种方法能够对多直流线路的相互作用强度耦合进行合理分析，并协调各直流的稳态运行来得到直流群内多直流线路的输送极限。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，为多直流线路联合运行提供一定的理论基础和量化分析技术支撑，从而反映多直流线路间相互耦合紧密程度，克服现有技术无法对多直流线路进行协调运行并达到输送极限的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，包括以下步骤：
步骤一：输入用于潮流计算的系统网架结构、发电机、负荷、变压器、直流线路基本数据，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种运行方式进行潮流计算(多种运行方式是指不同网架结构下的不同发电机、负荷、直流输送功率的潮流运行方式)，得到多种可行的潮流运行方式；
步骤二：在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行短路计算，得到多直流系统的多送出短路比：
Figure GDA0004212173680000021
其中，Saci为换流母线i的交流短路容量；Pdi表示第i回直流功率；
Figure GDA0004212173680000022
表示换流母线i处发生扰动导致换流母线i的电压变化，从而引犮的第j回直流功率发生变化对交流系统的影响，n为直流线路数，Pdj为第j回直流功率；MSIFij表征直流线路i对直流线路j的多种运行方式下的相互作用因子，计算如下：
Figure GDA0004212173680000023
其中，在换流母线j上接入一个感性负载，引起换流母线j上1％的电压降落，用ΔUj表示；所引起与换流站j相邻的换流母线i的电压降落，用ΔUi表示；
步骤三：使用机器学习方法对多种运行方式下的相互作用因子MSIFij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)进行聚类分析；在聚类算法中指定簇间距(即指定直流群之间的差异程度)为经验常数const，得到多条直流线路的聚类分群结果；具体方法为，当两条直流线路之间的相互作用因子之和大于等于经验常数const时，认为此两条直流线路聚类为同一群；
Figure GDA0004212173680000031
其中，MSIFji表征直流线路j对直流线路i的多送出相互作用因子；const为经验常数，取0.25；
步骤四：利用步骤三所得到的直流线路的聚类分群聚类结果，在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行多直流送出能力的机电暂态时域仿真计算，考虑直流群内的其他直流输送功率对所关注直流耦合的影响，调节多运行方式下各回直流的稳态输送功率，得到不违背暂态稳定判据的直流群内所有n回直流线路的输送极限上确界
Figure GDA0004212173680000033
Figure GDA0004212173680000032
本发明中，所述换流母线i和j分别指代的是第i和j回直流的送端换流母线，两者的编号完全一致。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明方法可以充分考虑多种运行方式下各直流线路之间的相互作用因子，使用机器学习方法(优选DBSCAN算法)进行聚类分析，对多直流线路之间相互作用进行准确量化，从而克服传统单一运行方式不能完全指导实际工程应用的缺点；并且给予直流相互作用耦合聚类的计算，可以为准确获取交直流混联电力系统的多直流输送极限提供科学的指导，提升多直流输送极限将具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1为基于直流相互作用强度耦合聚类的多直流线路输送极限计算方法。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例题，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例的基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，步骤一：输入用于潮流计算的系统网架结构、发电机、负荷、变压器、直流线路基本数据，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种运行方式进行潮流计算(多种运行方式是指不同网架结构下的不同发电机、负荷、直流输送功率的潮流运行方式)，得到多种可行的潮流运行方式；根据步骤一中的要求，本实施例选取中国某区域电网，计算数据采用中国某区域电网2020年基础数据。利用电力系统分析计算软件PSASP，对各种运行方式进行潮流仿真计算，得到多种可行的潮流运行方式。
步骤二：在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行短路计算，得到多直流系统的多送出短路比：
Figure GDA0004212173680000041
其中，Saci为换流母线i的交流短路容量；Pdi表示第i回直流功率；
Figure GDA0004212173680000042
表示换流母线i处发生扰动导致换流母线i的电压变化，从而引犮的第j回直流功率发生变化对交流系统的影响，n为直流线路数，Pdj为第j回直流功率；MSIFij表征直流线路i对直流线路j的多种运行方式下的相互作用因子，计算如下：
Figure GDA0004212173680000051
其中，在换流母线j上接入一个感性负载，引起换流母线j上1％的电压降落，用ΔUj表示；所引起与换流站j相邻的换流母线i的电压降落，用ΔUi表示；根据步骤二的要求，利用电力系统分析计算软件PSASP，在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行短路计算，表1为本发明实施例所述使用电力系统分析计算软件PSASP所得到的在某种网架结构和运行方式下各直流线路之间的相互作用因子MSIFij。
其中，直流线路与换流母线之间的对应关系为：“青豫直流”整流侧换流母线为“青合乐72”、“祁韶直流”整流侧换流母线为“甘祁连换71”、“吉泉直流”整流侧换流母线为“新昌吉换流站71”、“天中直流”整流侧换流母线为“新哈密换500”、“灵绍直流”整流侧换流母线为“宁灵州换流站72”、“银东直流”整流侧换流母线为“宁银川换流站330”、“昭沂直流”整流侧换流母线为“宁伊克昭换流站52”、“德宝直流”整流侧换流母线为“陕宝鸡330”、“灵宝直流”整流侧换流母线为“陕罗敷331”和“陕东南郊330”。
表1网架结构1，青豫直流输送功率600MW，青拉西瓦G2、青拉西瓦G3开机的运行方式下直流相互作用因子表
Figure GDA0004212173680000052
Figure GDA0004212173680000061
步骤三：使用机器学习方法对多种运行方式下的相互作用因子MSIFij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)进行聚类分析；在聚类算法中指定簇间距(即指定直流群之间的差异程度)为经验常数const，得到多条直流线路的聚类分群结果；具体方法为，当两条直流线路之间的相互作用因子之和大于等于经验常数const时，认为此两条直流线路聚类为同一群；
MSIFij+MSIFji≥const (3)
其中，MSIFji表征直流线路j对直流线路i的多送出相互作用因子；const为经验常数，取0.25；根据步骤三的要求，使用机器学习方法DBSCAN算法对相互作用因子数据进行聚类分析；在DBSCAN算法中指定簇间距(即指定直流群之间的差异程度)为常数0.25，得到多直流线路聚类结果。
目前存在的对直流线路进行分群的方法主要以地理位置作为依据，比如由于青豫直流的受端与陕西直流群的受端地理位置临近，所以可认为将青豫直流和灵宝直流划分为一群，但由本发明方法的结果可知，将青豫直流与新疆直流群划分在一起更为合理。
最后，根据步骤四，电力系统分析计算软件PSASP，利用步骤三所得到的直流群聚类结果，在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行多直流送出能力的机电暂态时域仿真计算，考虑直流群内的其他直流输送功率对所关注直流耦合的影响，调节多运行方式下各回直流的稳态输送功率，得到本实施例中国某区域电网不违背暂态稳定判据的直流群内所有n回直流线路的输送极限上确界
Figure GDA0004212173680000062
如表2所示。由表2中数据可以看出，通过对吉泉直流双极闭锁之后本直流群其它直流线路的紧急有功功率支援的控制，可以将三回直流的综合送出能力从1180万千瓦分别提升至1210、1230和1220万千瓦，其中最大的综合送出能力为吉泉双极闭锁，天中与祁韶有功调制各增加25％工况下的1230万千瓦，验证了本发明的实施效果。
表2新疆直流群多直流线路的输送极限表
Figure GDA0004212173680000071
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的一个实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：输入用于潮流计算的系统网架结构、发电机、负荷、变压器、直流线路基本数据，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种运行方式进行潮流计算，得到多种可行的潮流运行方式；
步骤二：在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，利用电力系统分析计算软件，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行短路计算，得到多直流系统的多送出短路比：
Figure FDA0003363771260000011
其中，Saci为换流母线i的交流短路容量；Pdi表示第i回直流功率；
Figure FDA0003363771260000012
表示换流母线i处发生扰动导致换流母线i的电压变化，从而引犮的第j回直流功率发生变化对交流系统的影响，n为直流线路数，Pdj为第j回直流功率；MSIFij表征直流线路i对直流线路j的多种运行方式下的相互作用因子，计算如下：
Figure FDA0003363771260000013
其中，在换流母线j上接入一个感性负载，引起换流母线j上1％的电压降落，用ΔUj表示；所引起与换流母线j相邻的换流母线i的电压降落，用ΔUi表示；
步骤三：使用机器学习方法对多种运行方式下的相互作用因子MSIFij进行聚类分析，其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n；在聚类算法中指定簇间距即指定直流群之间的差异程度为经验常数const，得到多条直流线路的聚类分群结果；具体方法为，当两条直流线路之间的相互作用因子之和大于等于经验常数const时，认为此两条直流线路聚类为同一群；
MSIFij+MSIFji≥const (3)
其中，MSIFji表征直流线路j对直流线路i的多送出相互作用因子；const为经验常数，取0.25；
步骤四：利用步骤三所得到的直流线路的聚类分群聚类结果，在步骤一所得到的多种可行的潮流运行方式基础上，对包含多条直流线路的区域电网多种可行的潮流运行方式进行多直流送出能力的机电暂态时域仿真计算，考虑直流群内的其他直流输送功率对所关注直流耦合的影响，调节多运行方式下各回直流的稳态输送功率，得到不违背暂态稳定判据的直流群内所有n回直流线路的输送极限上确界
Figure FDA0003363771260000021
Figure FDA0003363771260000022
2.根据权利要求1所述的基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，其特征在于，所述多种运行方式是指不同网架结构下的不同发电机、负荷、直流输送功率的潮流运行方式。
3.根据权利要求1所述的基于直流相互作用耦合聚类的多直流输送极限计算方法，其特征在于，所述机器学习方法为DBSCAN算法。
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