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
【技術領域】
[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領域。
【背景技術】
[0002] 目前中國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 壓交直流技術的廣泛應用，多回直流集中饋入受端負荷中心將成為我國電網普遍存在的現(xiàn) 象。隨著直流輸送容量不斷增加，直流落點越來越密集，現(xiàn)有直流接入方式將不利于受端系 統(tǒng)潮流疏散，并且會在電壓支撐等方面帶來一系列問題。
[0003] 為了從電網結構上有效解決多直流饋入交流系統(tǒng)的問題，有學者提出了一種特高 壓直流分層接入交流電網的方式，能夠有效地改善上述一些問題，但是基于電網換相換流 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)定因子的計算方法。
[0006] 特高壓直流采用分層接入受端電網方式下，混聯(lián)系統(tǒng)i、j兩層的電壓穩(wěn)定因子 VSFi、VSFj計算方法分別為：
[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)。設定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子閥值為L，當CVSF>L時，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；當0〈CVSF〈L時， 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強，且CVSF越小，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性越強。
[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，可得到24個增量方程，狀態(tài)變量共有18 個，其矩陣表達式為
[0016]式(4)中，J是一個階數(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] 以整流側定電流，逆變側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J矩陣進行列主元高斯消去，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)定性的強弱，可用于指 導實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變化曲線對比。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[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 的常量;BCi為接地電容;Ui為交流側換流母線電壓幅值，δι為電壓相角;Ei為交流系統(tǒng)等效電 動勢，Ψ?為電動勢相角;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、？小？(^、？3?！?、？：^等18個狀態(tài)變量對1^、1]」、以1、丫1、51、以:|、丫 :|、5:|的偏導。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] 以整流側定電流，逆變側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)取額定運行條件下的參數(shù)，根據(jù)如下公式可計算得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，當電流達到某個極限值時，VSF的值由正跳變?yōu)樨摚到y(tǒng)電 壓開始失穩(wěn)。當直流電流Id達到2.2pu時，500kV換流母線電壓開始失穩(wěn)，當直流電流Id達到 2.7pu時，1000kV換流母線電壓開始失穩(wěn)。因此得出結論：當直流電流Id大于2.2pu時，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，設定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子CVSF的閥值為1，此時直流電流Id的值為1.36pu?；谏鲜?計算結果，可按如下方式判斷混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性：
[0070] 當Id>2.2pu時，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)；
[0071] 當1 · 36pu〈Id〈2 · 2pu時，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；
[0072]當Id〈l · 36pu時，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強。
【主權項】
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)定因子的計算方法，具體如下： 特高壓直流采用分層接入受端電網方式下，混聯(lián)系統(tǒng)i、j兩層的電壓穩(wěn)定因子VSFh VSFj計算方法分別為：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);設定系統(tǒng)電壓穩(wěn)定因子閥值為L，當CVSF>L時，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱；當0〈CVSF〈L時，系 統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較強，且CVSF越小，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性越強。2. 按照權利要求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，當換流站交 流母線電壓U i有增量AUi或電壓Uj有增量AUj時，可得到24個增量方程，狀態(tài)變量共有18 個，其矩陣表達式為式(4)中，J是一個階數(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； 以整流側定電流，逆變側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J矩陣進行列主元高斯消去，可得到如下形式：由上述矩陣方程式可知：計算VSFi時，令AQj = 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>）的計算方法；根據(jù)給定的系統(tǒng)參數(shù)，計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)有技術相比，本發(fā)明在特高壓直流分層接入受端電網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)定性的強弱，可用于指導實際特高壓直流分層接入工程研究。
【IPC分類】H02J3/36
【公開號】CN105529733
【申請?zhí)枴緾N201610046539
【發(fā)明人】湯奕, 朱亮亮, 陳斌, 戴玉臣, 王 琦, 李辰龍
【申請人】東南大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年1月22日