特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判別方法，屬于 特高壓直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前中國(guó)已建成的特高壓直流輸電工程主要采用多饋入單層接入方式。隨著特高 壓交直流技術(shù)的廣泛應(yīng)用，多回直流集中饋入受端負(fù)荷中心將成為我國(guó)電網(wǎng)普遍存在的現(xiàn) 象。隨著直流輸送容量不斷增加，直流落點(diǎn)越來越密集，現(xiàn)有直流接入方式將不利于受端系 統(tǒng)潮流疏散，并且會(huì)在電壓支撐等方面帶來一系列問題。
[0003] 為了從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上有效解決多直流饋入交流系統(tǒng)的問題，有學(xué)者提出了一種特高 壓直流分層接入交流電網(wǎng)的方式，能夠有效地改善上述一些問題，但是基于電網(wǎng)換相換流 器的直流輸電系統(tǒng)依然存在著固有的電壓穩(wěn)定性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的判別方法， 所述方法包括以下步驟：
[0005] 步驟(1):基于特高壓直流分層接入方式下交直流系統(tǒng)的等效模型，推導(dǎo)得出混聯(lián) 系統(tǒng)各層換流母線電壓穩(wěn)定因子及系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子的計(jì)算方法。
[0006] 特高壓直流采用分層接入受端電網(wǎng)方式下，混聯(lián)系統(tǒng)i、j兩層的電壓穩(wěn)定因子 VSFi、VSFj計(jì)算方法分別為：
[0007] (.1.)
[0008] (2)；
[0009] 式中，Δ Qdi、Δ Qdj為兩層直流系統(tǒng)無功變化量；Δ Qac;i、Δ Qad為兩層交流系統(tǒng)無功 變化量；Δ QCi、Δ QCj為兩層交流系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置無功變化量；Δ Qij、Δ Q#兩層系統(tǒng)間交互 無功的變化量，A山、AUj為混聯(lián)系統(tǒng)兩層換流母線電壓變化量。
[0010] 系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子CVSF的計(jì)算方法為：
[0011] CVSl·' = + VSF;· (3 )，
[0012] 步驟⑵：根據(jù)VSFi、VSFj及CVSF的值判斷交直流系統(tǒng)換流母線的電壓穩(wěn)定性：
[0013] 若兩層換流母線電壓穩(wěn)定因子VSFhVSF」均大于0,則系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，否則系統(tǒng)電壓 失穩(wěn)。設(shè)定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子閥值為L(zhǎng)，當(dāng)CVSF>L時(shí)，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；當(dāng)0〈CVSF〈L時(shí)， 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強(qiáng)，且CVSF越小，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性越強(qiáng)。
[0014] 所述步驟(1)中，根據(jù)特高壓直流分層接入方式下系統(tǒng)的特性方程，當(dāng)換流站交流 母線電壓Ui有增量Δ Ui(或電壓Uj有增量Δ Uj)時(shí)，可得到24個(gè)增量方程，狀態(tài)變量共有18 個(gè)，其矩陣表達(dá)式為
[0016]式(4)中，J是一個(gè)階數(shù)為24*18的Jacobi矩陣。Δ γ?、Δ γ」為兩層各換流閥的熄弧 角增量；Am、為兩層各換流閥的換相角增量；△ δη △ δ」兩層交流系統(tǒng)電壓相角增量； AUdi、AUdj兩層直流系統(tǒng)電壓增量；A Id、APd為直流系統(tǒng)電流和傳輸功率增量；APdi、Δ Pdj為兩層直流系統(tǒng)有功增量；Δ Pij、Δ P#兩層系統(tǒng)間交互有功的增量。
[0017] 以整流側(cè)定電流，逆變側(cè)定熄弧角控制方式為例，則J矩陣22-24行非零元素為
[0018] J22,9=1,J23.5=1,J24,8=1 (5)，
[0019] 對(duì)J矩陣進(jìn)行列主元高斯消去，可得到如下形式：
[0020]
(6),
[0021] 上式中：
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] Π 3)
[0031]
[0032] (.14)。
[0033] 有益效果
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0035] 1.在特高壓直流分層接入受端電網(wǎng)這種新的接入方式下，將混聯(lián)系統(tǒng)交流母線的 電壓穩(wěn)定特性進(jìn)行量化，有助于分析。
[0036] 2.根據(jù)電壓穩(wěn)定因子的大小判斷混聯(lián)系統(tǒng)交流母線電壓穩(wěn)定性的強(qiáng)弱，可用于指 導(dǎo)實(shí)際特高壓直流分層接入工程研究。
【附圖說明】
[0037] 圖1為特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判別方法流程圖。
[0038]圖2為混聯(lián)系統(tǒng)500kV側(cè)電壓穩(wěn)定因子VSFi隨直流電流Id變化曲線。
[0039]圖3為混聯(lián)系統(tǒng)1 OOOkV側(cè)電壓穩(wěn)定因子VSF j隨直流電流I d變化曲線。
[0040] 圖4為VSFi、VSFj及CVSF隨直流電流Id變化曲線對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0042] 1.根據(jù)特高壓直流分層接入方式下系統(tǒng)等效模型，建立系統(tǒng)的特性方程（以500kV 側(cè)為例）：
[0043] Pdi = 2CiUi2[cos2gi_cos(2gi+2mi)]
[0044] Qdi = 2CiUi2[2mi+sin2gi_sin(2gi+2mi)]
[0045] Idi = KiUi[cosgi_cos(gi+mi)]
[0046] Udi = Pdi/Idi
[0047] Paci = [Ui2cosqi-EiUiC0s(di+qi-yi)]/1 Zeqi (1)，
[0048] Pi」= [Ui2cosqij-UiUjC0s(di+qij_dj) ]/ I Zeqij
[0049] Qaci = [Ui2sinqi-EiUisin(di+qi_yi)]/ I Zeqi
[0050] Qi」= [Ui2sinqij-UiUjsin(di+qij_dj) ]/ I Zeqij
[0051] Qci = BciUi2
[0052] 式中，i，j = l，2分別表示500kV層和lOOOkV層。Ci和Ki分別表示與換流器參數(shù)有關(guān) 的常量;BCi為接地電容;Ui為交流側(cè)換流母線電壓幅值，δι為電壓相角;Ei為交流系統(tǒng)等效電 動(dòng)勢(shì)，Ψ?為電動(dòng)勢(shì)相角;1^、1<^、？<^、0<^分別為直流系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率和無功功 率;P aci、Qaci分別為交流系統(tǒng)的有功功率和無功功率;Pij、Qij分別為兩層系統(tǒng)之間的有功功 率和無功功率；γ i、yi為各換流閥的熄弧角和換相角；I |、| |分別為受端系統(tǒng)i、j的等 效阻抗，|z_|為受端系統(tǒng)i和j之間的等效阻抗，01、0」、01汾別為各等效阻抗的阻抗角。
[0053] 2.根據(jù)系統(tǒng)特性方程，給定直流系統(tǒng)控制方式，計(jì)算得出雅可比矩陣J:
[0054] J矩陣 1_18行非零兀素分別為Qdi、Qaci、Qci、Qij、Qdj、Qacj、Qcj、Qji、Idi、Idj、Udi、Udj、 ? (^、？3。：1、？??？(^、？3?！?、？：^等18個(gè)狀態(tài)變量對(duì)1^、1]」、以1、丫1、51、以:|、丫 :|、5:|的偏導(dǎo)。不管1]如何 變化，Pdi與Pw和Pij始終保持平衡，Pdj與Pad和Pji始終保持平衡，且直流側(cè)功率變化等于兩 層系統(tǒng)直流功率變化之和，即
[0055] DPdi = DPaci+DPij，DPdj = DPacj+DPji，DPd = DPdi+DPdj (2)，
[0056] 基于上式可得到J矩陣19-21行元素。
[0057] 以整流側(cè)定電流，逆變側(cè)定熄弧角控制方式為例，則直流系統(tǒng)控制方程為：
[0058] DId = 0，Dgi = 0，Dgj = 0 (3)，
[0059] 基于上式可得到J矩陣22-24行元素。
[0060] 3.根據(jù)矩陣J計(jì)算系統(tǒng)各層電壓穩(wěn)定因子VSFi、VSFj及CVSF:
[0061]系統(tǒng)參數(shù)取額定運(yùn)行條件下的參數(shù)，根據(jù)如下公式可計(jì)算得VSFhVSF」及CVSF的 值：
[0062] (4)
[0063] (5)
[0064] CVSF = ^JVSF； + VSF； C6)；
[0065] 混聯(lián)系統(tǒng)各層換流母線的電壓穩(wěn)定因子VSFi、VSFj隨直流電流Id變化的特性曲線 如圖2、圖3所示。系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子CVSF隨直流電流Id變化的特性曲線如圖4所示。 [0066] 4.根據(jù)VSFi、VSF j的大小判斷系統(tǒng)是否失穩(wěn)：
[0067] 結(jié)合圖2、圖3、圖4可以看出，隨著直流電流Id的增大，電壓穩(wěn)定因子VSF的值不斷 增大，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性逐漸降低，當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)極限值時(shí)，VSF的值由正跳變?yōu)樨?fù)，系統(tǒng)電 壓開始失穩(wěn)。當(dāng)直流電流Id達(dá)到2.2pu時(shí)，500kV換流母線電壓開始失穩(wěn)，當(dāng)直流電流Id達(dá)到 2.7pu時(shí)，1000kV換流母線電壓開始失穩(wěn)。因此得出結(jié)論：當(dāng)直流電流Id大于2.2pu時(shí)，系統(tǒng) 電壓失穩(wěn)。
[0068] 5.根據(jù)給定CVSF閥值，得出系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判斷條件：
[0069] 由圖4可知，隨著直流電流Id不斷增大，CVSF的值也不斷增大，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性不 斷降低，設(shè)定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子CVSF的閥值為1，此時(shí)直流電流Id的值為1.36pu。基于上述 計(jì)算結(jié)果，可按如下方式判斷混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性：
[0070] 當(dāng)Id>2.2pu時(shí)，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)；
[0071] 當(dāng)1 · 36pu〈Id〈2 · 2pu時(shí)，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；
[0072]當(dāng)Id〈l · 36pu時(shí)，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判別方法，其特征在于，所述方法 包括以下步驟： 1) 基于特高壓直流分層接入方式下交直流系統(tǒng)的等效模型，推導(dǎo)得出混聯(lián)系統(tǒng)各層換 流母線電壓穩(wěn)定因子及系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子的計(jì)算方法，具體如下： 特高壓直流采用分層接入受端電網(wǎng)方式下，混聯(lián)系統(tǒng)i、j兩層的電壓穩(wěn)定因子VSFh VSFj計(jì)算方法分別為：式中，Δ Qdi、Δ Qdj為兩層直流系統(tǒng)無功變化量；Δ Qaci、Δ Qacj為兩層交流系統(tǒng)無功變化 量；Δ QCi、Δ Qcj為兩層交流系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的無功變化量；Δ Qij、Δ Qji兩層系統(tǒng)間交互無 功的變化量，A Ui、AUj為混聯(lián)系統(tǒng)兩層換流母線電壓變化量； 系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子CVSF的計(jì)算方法為：2) 根據(jù)VSFi、VSFj及CVSF的值判斷交直流系統(tǒng)換流母線的電壓穩(wěn)定性： 若兩層換流母線電壓穩(wěn)定因子VSF1JSFj均大于0,則系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，否則系統(tǒng)電壓失 穩(wěn);設(shè)定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子閥值為L(zhǎng)，當(dāng)CVSF>L時(shí)，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；當(dāng)0〈CVSF〈L時(shí)，系 統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強(qiáng)，且CVSF越小，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性越強(qiáng)。2. 按照權(quán)利要求1所述的特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判別方法， 其特征在于:所述步驟1)中，根據(jù)特高壓直流分層接入方式下系統(tǒng)的特性方程，當(dāng)換流站交 流母線電壓U i有增量AUi或電壓Uj有增量AUj時(shí)，可得到24個(gè)增量方程，狀態(tài)變量共有18 個(gè)，其矩陣表達(dá)式為式(4)中，J是一個(gè)階數(shù)為24*18的Jacobi矩陣?！?γ?、Δ yj為兩層各換流閥的熄弧角增 量；Ayi、Δμ」為兩層各換流閥的換相角增量；Δδ?、Δδ」兩層交流系統(tǒng)電壓相角增量；AUdi、 A Udj兩層直流系統(tǒng)電壓增量；Λ Id、Δ Pd為直流系統(tǒng)電流和傳輸功率增量；Δ Pdi、Δ Pdj為兩 層直流系統(tǒng)有功增量；A Pij、A Pji兩層系統(tǒng)間交互有功的增量； 以整流側(cè)定電流，逆變側(cè)定熄弧角控制方式為例，則J矩陣22-24行非零元素為 J22,9= I，J23.5= I，J24,8= 1 (5)， 對(duì)J矩陣進(jìn)行列主元高斯消去，可得到如下形式：由上述矩陣方程式可知：計(jì)算VSFi時(shí)，令A(yù)Qj = 〇,則
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種特高壓直流分層接入方式下混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的判別方法，所述方法包括以下步驟：基于特高壓直流分層接入方式下交直流系統(tǒng)的等效模型，推導(dǎo)得出混聯(lián)系統(tǒng)各層換流母線電壓穩(wěn)定因子（Voltage？Stability？Factor，<i>VSF</i><i>）</i>及系統(tǒng)綜合電壓穩(wěn)定因子（Comprehensive？Voltage？Stability？Factor，<i>CVSF</i>）的計(jì)算方法；根據(jù)給定的系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算各層換流母線電壓穩(wěn)定因子<i>VSF</i>及<i>CVSF</i>的值；根據(jù)<i>VSF</i>的大小判斷系統(tǒng)電壓是否失穩(wěn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在特高壓直流分層接入受端電網(wǎng)這種新的接入方式下，將混聯(lián)系統(tǒng)交流母線的電壓穩(wěn)定特性進(jìn)行量化，有助于分析。根據(jù)電壓穩(wěn)定因子的大小判斷混聯(lián)系統(tǒng)交流母線電壓穩(wěn)定性的強(qiáng)弱，可用于指導(dǎo)實(shí)際特高壓直流分層接入工程研究。
【IPC分類】H02J3/36
【公開號(hào)】CN105529733
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610046539
【發(fā)明人】湯奕, 朱亮亮, 陳斌, 戴玉臣, 王 琦, 李辰龍
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日