一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法

摘要

本发明提出一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法，属于电力系统的电网规划与运行技术领域。该方法首先设定各条直流的当前额定功率配比及当前额定功率；然后分别在当前额定功率下和同步提升各条直流的电流指令后测量各条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的相位，分别得到每条直流的多馈入等效有效短路比和多馈入临界等效有效短路比；根据每条直流两种短路比的大小调整各条直流的当前额定功率，最终得到使得每条直流的两种短路比相等的额定功率配比。本发明可以确定多直流馈入系统中直流额定功率的配比，可以为大规模交直流混合系统的规划建设提供参考依据。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的电网规划与运行技术领域，具体涉及一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法。

背景技术

我国能源资源和负荷需求呈逆向分布，电能的大规模跨区域传输不可避免。高压直流输电凭借其在大容量、远距离、区域互联等方面的优势，已经成为我国“西电东送”的重要方式之一。直流输电往往落点在人口密集、经济发达的负荷中心，随着直流输电的不断发展，形成了如图1所示的多回直流落点于同一受端电网的多直流馈入系统。图1中Z_k∠θ_k分别为交流系统k的等效电动势和等效阻抗，Z_t1k∠θ_t1k、Z_t1n∠θ_t1n、Z_tkn∠θ_tkn分别为交流系统1、k，1、n，k、n，之间的连接阻抗，U_k∠δ_k为交流母线k的电压，P_ack、Q_ack分别为向交流系统k注入的有功功率和无功功率，P_k、Q_k是直流k(直流k所连接的交流系统为交流系统k)传输的有功功率和消耗的无功功率，B_ck、Q_ck分别为直流k的补偿电容及其补偿的无功功率，其余下标为1、n的物理量分别代表系统1、系统n的参量，含义与系统k的参量含义相同。然而直流的安全稳定运行需要一定强度的交流系统作为支撑，直流额定功率过大或者交流系统过弱，则交流系统出现波动时，交流系统可能静态电压失稳，直流容易发生换相失败现象。多直流馈入系统的静态电压稳定性与直流的额定功率密切相关，因此合理配置多直流馈入系统中直流的额定功率十分重要。

现有的多直流馈入系统中直流额定功率的确定一般仅取决于直流所连接的交流电网的负荷需求：某条直流所连接的交流电网有多少负荷需求，则该直流向交流系统输送相应的有功功率。但是现有方法无法统筹不同直流之间的功率配比，容易造成交流侧总的负荷需求一定时，某些直流馈入母线处的静态电压稳定性较差，多直流馈入系统整体的静态电压稳定裕度较低；或者受某条直流稳定性的限制，多直流馈入系统达到静态电压稳定的极限，但此时交流系统整体消纳的外区电力较小。因此，如何配置多直流馈入系统中各条直流的功率配比在保证系统稳定运行的前提下，使得交流系统外区电力消纳能力最强，或者交流系统外区电力消纳能力一定时，多直流馈入系统整体的静态电压稳定裕度最大，该问题仍有待研究。

发明内容

本发明的目的是解决目前多直流馈入系统中各条直流额定功率配比不明确的问题，提出一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法。本发明可以确定多直流馈入系统中直流额定功率的配比，可以为大规模交直流混合系统的规划建设提供参考依据。

本发明提出一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定多直流馈入系统中各条直流的额定功率配比作为当前额定功率配比，并按照当前额定功率配比确定各条直流的额定功率；

(2)各直流在当前额定功率下运行，测量多直流馈入系统中每条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的初相位；

将第i条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的初相位的测量值分别记为U_i0、P_i0、Q_i0和将第i条直流的关断角和换相角记为γ_i、μ_i；其中，i＝1,2,…,n，n为直流的总数；

(3)根据每条直流的自身容量，按照设置的比例同步提升各条直流的电流指令，并分别测量电流指令提升后每条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的相位；

将电流指令提升后的第i条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的相位的测量值分别记为U_i1、P_i1、Q_i1和

(4)根据步骤(2)和步骤(3)分别得到的测量结果，计算每条直流对应的等效单馈入系统的等效阻抗，其中第i条直流对应的等效单馈入系统的等效阻抗计算表达式如下：

其中，

和分别为系统阻抗矩阵第i行第i列的元素和第i行第j列的元素；

(5)根据步骤(2)的测量值和步骤(4)得到的等效阻抗，计算每条直流对应的多馈入等效有效短路比，其中第i条直流的多馈入等效有效短路比MEESCR_i计算表达式如下：

其中，Z_eqi为等效阻抗对应的幅值；

(6)计算每条直流对应的多馈入临界等效有效短路比，其中第i条直流的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_i计算表达式如下：

其中，θ_eqi为等效阻抗对应的阻抗角；

(7)比较步骤(5)得到的多馈入等效有效短路比MEESCR和步骤(6)得到的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR的相对大小，并进行判定：

若存在任意一条直流j的多馈入等效有效短路比MEESCR_j等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_j，则进入步骤(8)；否则按照当前额定功率配比增大各条直流的额定功率后，重新返回步骤(2)；

(8)对所有直流进行判定：

若所有直流的多馈入等效有效短路比MEESCR均等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR，则当前额定功率配比就是在保证系统稳定运行的前提下使得交流系统的外区电力消纳能力最强，或者交流系统外区电力消纳能力一定时多直流馈入系统整体的静态电压稳定裕度最大的额定功率配比，方法结束；

若不存在任意直流i的多馈入等效有效短路比MEESCR_i不等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_i，i≠j，则将P_i0*MEESCR_i/MCEESCR_i作为直流i新的额定功率，并按照更新后的每条直流的额定功率确定新的当前额定功率配比，然后重新返回步骤(1)。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明通过使得多直流馈入系统中所有直流的多馈入等效有效短路比MEESCR同时等于其多馈入临界等效有效短路比MCEESCR来确定多直流馈入系统中各条直流的额定功率配比，在保证系统稳定运行的前提下，使得交流系统的外区电力消纳能力最强，或者交流系统外区电力消纳能力一定时，多直流馈入系统整体的电压稳定裕度最大。本发明能够明确多馈入交直流混合系统中直流额定功率的配比问题，可以为大规模交直流混合系统的规划建设提供参考依据。

附图说明

图1为多直流馈入系统的结构示意图。

图2为本发明方法的整体流程框图。

具体实施方式

本发明提出一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出一种多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法，适用于系统的规划阶段，整体流程如图2所示，包括以下步骤：

(1)任意给定多直流馈入系统中各条直流的额定功率配比(或者按照步骤(8)调节后的功率配比)作为当前额定功率配比，并按照当前额定功率配比确定各条直流的当前额定功率(设置时各条直流的额定功率应该较小，以保证系统能够稳定运行；例如，可将第j条直流的额定功率设为交流系统j的短路容量的5％，其余直流的额定功率按照功率配比设定)。

(2)各直流在当前额定功率下运行，测量多直流馈入系统中每条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的初相位。设电网中一个平衡节点的母线电压的初相位为0度，则直流注入的交流母线电压的初相位等于该母线电压与平衡节点之间的相位差。

将第i(i＝1,2,…,n)条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的初相位的测量值分别记为U_i0、P_i0、Q_i0和将第i条直流的关断角和换相角记为γ_i、μ_i；n为直流的总数；

(3)根据每条直流的当前额定功率，按照设置的比例同步提升各条直流的电流指令，本实施例中，提升量为每条直流当前额定功率的1％(比如三直流馈入系统的三条直流的当前额定功率分别为0.5,1,1；那么额定状态下的电流指令也分别为0.5,1,1；而提升后的电流指令分别为0.505,1.01,1.01)，并分别测量电流指令提升后每条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的相位；

将电流指令提升后的第i(i＝1,2,…,n)条直流馈入的交流母线的电压、直流注入有功功率、消耗的无功功率以及母线电压的相位的测量值分别记为U_i1、P_i1、Q_i1和

(4)根据步骤(2)和步骤(3)分别得到的测量结果，计算每条直流对应的等效单馈入系统的等效阻抗，其中第i(i＝1,2,…,n)条直流对应的等效单馈入系统的等效阻抗计算表达式如下：

其中，

和分别为系统阻抗矩阵第i行第i列的元素和第i行第j列的元素，属于系统的结构参数。

(5)根据步骤(2)的测量值和步骤(4)得到的等效阻抗，计算每条直流对应的多馈入等效有效短路比，其中第i条直流的多馈入等效有效短路比MEESCR_i计算表达式如下：

其中，Z_eqi为等效阻抗对应的幅值。

(6)计算每条直流对应的多馈入临界等效有效短路比，其中第i条直流的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_i计算表达式如下：

其中，θ_eqi为等效阻抗对应的阻抗角；步骤(3)得到的等效阻抗是一个向量(上面加点为向量，不加点为标量仅表示幅值)，具有幅值相位，其相位为阻抗角。

(7)比较步骤(5)得到的多馈入等效有效短路比MEESCR和步骤(6)得到的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR的相对大小，并进行判定：

若存在任意一条直流j的多馈入等效有效短路比MEESCR_j等于该直流对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_j，则进入步骤(8)；否则按照当前额定功率配比增大各条直流的当前额定功率后，(增大的方式可根据实际情况进行选择，例如，可设置各直流按相同比例增大各自的当前额定功率，本实施例中，各直流按各自当前额定功率的10％进行增大)，重新返回步骤(2)。

(8)对所有直流进行判定：

若此时所有直流的多馈入等效有效短路比MEESCR均等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR，则当前额定功率配比就是在保证系统稳定运行的前提下，使得交流系统的外区电力消纳能力最强，或者交流系统外区电力消纳能力一定时，多直流馈入系统整体的静态电压稳定裕度最大的额定功率配比，方法结束。

若存在任意直流i(i≠j)的多馈入等效有效短路比MEESCR_i不等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR_i，则将P_i0*MEESCR_i/MCEESCR_i作为直流i(i≠j)新的额定功率，并按照更新后的每条直流的额定功率确定新的当前额定功率配比(此时直流j的额定功率保持不变)，然后重新返回步骤(1)。

本发明提出了多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法：电网结构参数确定的情况下，逐步提升各条直流的额定功率，同时计算各条直流的多馈入等效有效短路比MEESCR和多馈入临界等效有效短路比MCEESCR，根据临界状态下MEESCR和MCEESCR的比值调整各条直流的额定功率配比，最终得到使得所有直流的多馈入等效有效短路比MEESCR同时等于其对应的多馈入临界等效有效短路比MCEESCR的额定功率配比，该额定功率配比即为在保证系统稳定运行的前提下，使得交流系统的外区电力消纳能力最强，或者交流系统外区电力消纳能力一定时，多直流馈入系统整体的静态电压稳定裕度最大的功率配比。本发明所提的多直流馈入系统中直流额定功率的最优配置方法可以为大规模交直流混合系统的规划建设提供参考依据。