一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法

摘要

本发明提供了一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法，包括步骤1：依据电网的稳态电压波动值ΔV、安控切机策略和直流无功交换控制阈值获取直流输电功率值P1；步骤2：若直流送出需求功率P＞P1对直流无功交换控制阈值进行优化调整；步骤3：获取对直流无功交换控制阈值调整后的电网的直流输电功率值P2；若P＞P2对电网空载线路和低压电容器进行联切操作；步骤4：获取进行联切操作后的电网的直流输电功率值P3；若P＞P3依据直流输电功率值P3进行直流运行。和现有技术相比，本发明提供的一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法，能够增加直流配套电厂的发电效益，减少直流受端地区高峰时期的供电紧张，大幅提升特高压直流输电能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升直流输电能力的方法，具体涉及一种提升直流故障稳态电压约束的 直流输电能力的方法。

背景技术

我国西南地区能源资源丰富，建设中的向家坝、锦屏、溪洛渡、小湾等多个水电站，落 点密集，容量巨大，总规模大大超过三峡电站装机水平。为解决该地区的电力外送问题，2010 年起，国家电网公司和南方电网公司陆续建成复奉、锦苏、云广、糯扎渡等多条世界电压等 级最高的±800kV特高压直流工程，将大量清洁电力送往远方负荷中心。然而，由于特高压 直流输电容量大，与交流系统交互作用复杂，特高压直流投运对互联电网的运行特性产生了 严重影响。特高压直流输送潮流功率大，送端交流系统承担着汇集特高压直流所需功率的任 务。尤其在特高压直流投产后的过渡阶段，特高压直流配套电厂尚未完全投产，需要从远方 电网组织大量电力，这导致特高压直流近区电网潮流较重。当特高压直流发生直流闭锁并采 取切机措施后，特高压直流近区电网潮流水平变轻，将造成特高压直流换流站近区电网稳态 电压大幅波动，甚至出现电压越限的情况，成为约束特高压直流投运初期输电能力的一个主 要因素。

特高压直流投运之前，电网中运行的常规直流输电容量与特高压直流相比小一半以上， 且多处于电网网架较强的区域，因此常规直流闭锁后稳态电压波动幅值较小，没有成为约束 直流输电能力的因素。综上，提供一种能够增加直流配套电厂的发电效益，减少直流受端地 区高峰时期的供电紧张，大幅提升直流故障稳态电压约束的特高压直流输电能力的方法显得 尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需求，本发明提供了一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能 力的方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1：依据电网的稳态电压波动值ΔV、安控切机策略和直流无功交换控制阈值获取直 流输电功率值P₁；

步骤2：将所述直流输电功率值P₁与直流送出的需求功率P进行比较；

若P≤P₁，则依据所述需求功率P进行直流运行；若P＞P₁，则对所述直流无功交换控制 阈值进行优化调整，并执行步骤3；

步骤3：获取对所述直流无功交换控制阈值调整后的电网的直流输电功率值P₂；将所述 直流输电功率值P₂与直流送出的需求功率P进行比较；

若P≤P₂，则依据所述需求功率P进行直流运行；若P＞P₂，则对电网空载线路和低压电 容器进行联切操作，并执行步骤4；

步骤4：获取进行联切操作后的电网的直流输电功率值P₃；将所述直流输电功率值P₃与 直流送出的需求功率P进行比较；

若P≤P₃，则依据所述需求功率P进行直流运行；若P＞P₃，则依据所述直流输电功率值 P₃进行直流运行。

优选的，所述稳态电压波动值ΔV=V_max-V；其中，所述V_max为电网中电力设备长期运行 的电压上限值，所述V为所述电网的运行电压上限最小值；

所述安控切机策略用于在所述电网发生直流闭锁故障后对发电机组进行切除以保证电力 系统稳定；

所述直流无功交换控制阈值范围为-Q_ref～+Q_ref，若无功功率交换值Q＜-Q_ref或Q＞+Q_ref， 则通过投入或退出所述交流滤波器满足-Q_ref≤Q≤+Q_ref；

优选的，所述步骤1中通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网发生直流闭锁故障并采 取安控切机操作后的稳态电压波动实际值ΔV_r；通过调整直流输电功率值使得所述ΔV_r＜ΔV， 并将与所述ΔV_r中最大值对应的直流输电功率值作为直流输电功率值P₁；

优选的，所述步骤2中对所述直流无功交换控制阈值进行优化调整为：增大直流无功交 换控制阈值的正向阈值+Q_ref和减小直流无功交换控制阈值的负向阈值-Q_ref，从而提升直流输 电系统向交流系统输入的无功功率；

优选的所述步骤3中通过电力系统机电暂态仿真软件获取对所述直流无功交换控制阈 值调整后的稳态电压波动实际值ΔV_r；通过调整直流输电功率值使得所述ΔV_r＜ΔV，并将与 所述ΔV_r中最大值对应的直流输电功率值作为直流输电功率值P₂；

优选的，所述步骤3中对电网空载线路和低压电容器进行联切操作包括：

电网发生直流闭锁故障后断开所述电网空载线路的断路器以及切除与换流站相连的变电 站中的低压电容器，从而减少稳态电压升幅；

优选的，所述步骤4中通过电力系统机电暂态仿真软件获取联切操作后的稳态电压波动 实际值ΔV_r；通过调整直流输电功率值使得所述ΔV_r＜ΔV，并将与所述ΔV_r中最大值对应的 直流输电功率值作为直流输电功率值P₃。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，通过调整直流输电功率值使得稳态电压波动实际值ΔV_r＜ΔV， 将直流闭锁故障后稳态电压作为直流输电能力的约束条件，避免了直流闭锁故障后电网电压 长期越限以致给电网正常运行带来风险；

2、本发明技术方案中，通过设置直流无功交换控制阈值减少了直流闭锁故障后电网的无 功功率盈余，抑制了电网稳态电压；

3、本发明技术方案中，采用安控切机策略保证了直流闭锁故障后电网同步稳定的同时， 采取在多个电厂间均匀分配切机量的方法达到了抑制电网稳态电压的效果；

4、本发明技术方案中，通过断开电网空载线路的断路器以及切除与换流站相连的变电站 中的低压电容器，提高了稳态电压抑制效果和直流输电能力；

5、本发明提供的一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法，适用于受直流 闭锁稳态电压约束输电能力的直流输电系统，通过直流输电系统电压预控、直流无功交换控 制阈值优化和安控切机方案的联合应用和实施，大幅提高了直流输电系统的输电能力，增加 直流配套电厂的发电效益，减少直流受端地区高峰时期的供电紧张。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法流程图；

图2是：本发明实施例中复奉特高压直流投运初期近区电网结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述。

本发明提供的提升直流输电能力的方法，能够增加直流配套电厂的发电效益，减少直流 受端地区高峰时期的供电紧张，大幅提升直流故障稳态电压约束的特高压直流输电能力，如 图1示出了本发明提供的一种提升直流故障稳态电压约束的直流输电能力的方法流程图，具 体步骤为：

步骤1：依据电网的稳态电压波动值ΔV、安控切机策略和直流无功交换控制阈值获取直 流输电功率值P₁；

稳态电压波动值ΔV=V_max-V；其中，V_max为电网中电力设备长期运行的电压上限值，可 以通过电力设备的铭牌或运行标准确定；V为电网的运行电压上限最小值，通过电力调度部 门基于长期运行经验和运行控制灵活性确定；

安控切机策略用于在电网发生直流闭锁故障后对直流所在地区发电机组进行切除，防止 直流闭锁故障后电力系统失稳或联络线解列，一般优先切除该直流输电系统的配套发电机组， 不足时切除直流输电系统所在省网的其他发电机组；通过电力系统机电暂态仿真软件获取安 控切除发电机组的容量；

直流无功交换控制阈值范围为-Q_ref～+Q_ref，本实施例中复奉直流无功交换控制阈值 Q_ref=150Mvar；若直流输电系统与交流系统的无功功率交换值Q＜-Q_ref或Q＞+Q_ref，则通过 投入或退出交流滤波器使得直流输电系统向交流系统输入的无功功率满足-Q_ref≤Q≤+Q_ref；

通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网发生直流闭锁故障并采取安控切机操作后的稳 态电压波动实际值ΔV_r；调整直流输电功率值使得稳态电压波动实际值ΔV_r＜ΔV，并将与稳 态电压波动实际值ΔV_r中最大值对应的直流输电功率值作为直流输电功率值P₁。

步骤2：将直流输电功率值P₁与直流送出的需求功率P进行比较；若P≤P₁，则依据需求 功率P进行直流运行；若P＞P₁，则对直流无功交换控制阈值进行优化调整，并执行步骤3；

需求功率P为电力调度部门根据电厂发电情况和负荷地区用电情况确定的直流输电功率 值，若直流输电功率值的实际值低于需求功率P，则会导致水电厂弃水或负荷地区限电；

对直流无功交换控制阈值进行优化调整为：增大直流无功交换控制阈值的正向阈值+Q_ref和减小直流无功交换控制阈值的负向阈值-Q_ref，从而提升直流输电系统向交流系统输入的无 功功率；

步骤3：获取对直流无功交换控制阈值调整后的电网的直流输电功率值P₂；将直流输电 功率值P₂与直流送出的需求功率P进行比较；若P≤P₂，则依据需求功率P进行直流运行； 若P＞P₂，则对电网空载线路和低压电容器进行联切操作，并执行步骤4；

通过电力系统机电暂态仿真软件获取对直流无功交换控制阈值调整后的稳态电压波动实 际值ΔV_r；通过调整直流输电功率值使得稳态电压波动实际值ΔV_r＜ΔV，并将与ΔV_r中最大 值对应的直流输电功率值作为直流输电功率值P₂；

对电网空载线路和低压电容器进行联切操作包括：电网发生直流闭锁故障后断开电网空 载线路的断路器以及切除与换流站相连的变电站中的低压电容器，从而减少稳态电压升幅。

步骤4：获取进行联切操作后的电网的直流输电功率值P₃；将直流输电功率值P₃与直流 送出的需求功率P进行比较；若P≤P₃，则依据需求功率P进行直流运行；若P＞P₃，则依据 直流输电功率值P₃进行直流运行；

通过电力系统机电暂态仿真软件获取联切操作后的稳态电压波动实际值ΔV_r；通过调整 直流输电功率值使得稳态电压波动实际值ΔV_r＜ΔV，并将与ΔV_r中最大值对应的直流输电功 率值作为直流输电功率值P₃。

图2示出了本实施例中复奉特高压直流投运初期近区电网结构示意图；采用本发明提供 的提升直流闭锁稳态电压约束的直流输电能力的方法对投运初期的±800kV复龙-奉贤特高 压直流线路的直流输电能力进行调整，具体步骤为：

根据电力调度部门提供的资料，复奉特高压直流送端500kV母线日常运行电压上限最小 值为525kV，电力设备长期运行电压上限为550kV；直流送出的需求功率P=2000MW；

步骤1：获取稳态电压波动值ΔV=550-525=25KV；

安控切机策略为：直流闭锁故障后为避免华北、华中电网间的联络线解列，需要切除的 水电机组容量不少于直流功率与800MW的差值；由于直流配套电厂均未投运，切除的水电 机组选择在直流所在四川省网的二滩和瀑布沟电厂，两个电厂间均匀分配切机量，并且每个 电厂至少保留1台机组；

直流无功交换控制阈值为-150～+150Mvar；

通过电力系统机电暂态仿真软件获取电网发生直流闭锁故障并采取安控切机操作后的稳 态电压波动实际值ΔV_r；以及依据稳态电压波动值ΔV=25KV的约束，确定直流输电功率值 P₁＝800MW。

步骤2：直流输电功率值P₁＝800MW小于直流送出的需求功率P＝2000MW；则对直流 无功交换控制阈值进行优化调整：将直流无功交换控制阈值由-150～+150Mvar调整至 0～+300Mvar；通过电力系统机电暂态仿真软件重新获取稳态电压波动实际值ΔV_r；以及依据 稳态电压波动值ΔV=25KV的约束，确定直流输电功率值P₂＝1500MW。

步骤3：直流输电功率值P₂＝1500MW小于直流送出的需求功率P＝2000MW，则对电 网空载线路和低压电容器进行联切操作，并执行步骤4；

本实施例中直流闭锁故障后，直流近区存在500kV泸州-复龙三回空载线路，同时在与复 龙换流站相连的泸州站投入有4组低压电容器；因此切除500kV泸州-复龙三回空载线路和泸 州站4组低压电容器。

通过电力系统机电暂态仿真软件重新获取直流输电功率值P₃=2000MW。

步骤4：直流输电功率值P₃=2000MW满足直流送出的需求功率P＝2000MW的要求，因 此依据直流输电功率值P₃=2000MW直流运行。

本实施例适用于提高复奉特高压直流投运初期闭锁故障后稳态电压约束的输电能力，同 时适用于其他直流输电系统同样约束条件下的能力提升。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本申请保护的范围。