一种多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标的应用方法

摘要

本发明是一种多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标的应用方法。多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标为多直流落点区域的大扰动电压稳定程度提供全面综合有效的量化指标，与已有的多馈入短路比指标相似的是都以母线短路容量作为分母且考虑了多回直流的影响，但作为全面综合的大扰动电压稳定程度衡量指标，还考虑了区域负荷影响、各种动态无功补偿装置的电压稳定效果等，并将这些综合因素根据动态无功需求情况加权作为分子。本发明的多馈入交直流系统在大扰动情况下的电压稳定性指标简洁明了，应用方便，为多直流落点区域的大扰动电压稳定程度提供全面综合有效的量化指标，可为电网规划、多回直流接入、系统稳定措施指定等提供重要参考指标。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多馈入交直流系统大扰动情况下的电压稳定性指标的应用方法， 属于电力系统安全稳定分析的技术领域。

技术背景

能源资源分布与经济发展的不均衡，决定了南方电网在相当长一段时间内需要进 行西电东送与跨区域的资源优化配置。远景随着南方电网大规模直流集中馈入受端电网， 受端系统负荷密度的进一步提高，电网交直流相互影响、电压稳定以及短路电流超标等问 题进一步突出，电网运行风险和运行控制难度均可能增大。

在多馈入交直流系统中，由于故障可能导致多回直流换相失败，有功功率和无功 功率的大量缺额将使交流受端的电压稳定更加严峻。目前，世界上在电力系统静态稳定方 面已经做了较多的工作，充裕度方面的理论及指标在系统评估方面已经非常成熟，但对于 多馈入交直流系统大扰动情况下的电压稳定性研究，目前尚无系统化的方法和指标。目前， 由于多馈入短路比、有效短路比反映了多馈入交直流系统的电网结构强度及电网对换流母 线的无功电压支撑能力的大小，多馈入交直流系统的电压稳定主要用多馈入短路比、有效 短路比来表征，但是这些短路比指标，物理概念主要是反映直流之间的相互影响程度，并不 能指示出直流功率丢失对受端电网电压跌落的影响程度，也不能直接有效反映多直流馈入 系统的稳定程度，此外，对负荷影响、各种动态无功补偿装置的电压稳定效果没有充分反 映，因此需要更加综合、更加全面有效的指标或计算方法，以较为直接反映出多直流落点区 域的电压稳定程度，量化地确定区域内不同容量、不同接入方式的直流落入对稳定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多馈入交直流系统在大扰动情况下的电压稳定性指 标，不仅能够反映直流之间的相互影响程度，而且负荷影响、各种动态无功补偿装置的电压 稳定效果也能反映到其中，以较为直接量化地反映出多直流落点区域的电压稳定程度。

本发明的技术方案是：本发明提出的一种多馈入交直流系统的节点电压稳定性指 标，多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标为多直流落点区域的大扰动电压稳定程度提 供全面综合有效的量化指标，本指标的应用包括如下步骤：

1)设定边界条件，选定分析的节点范围；

2)统计各个直流的输送的直流功率P_dcNj和各个交流母线所带有功负荷P_loadj；

3)根据电磁暂态软件，考虑直流无功补偿系数以及控制方式这些因素，确定各个 直流的动态无功需求，求出修正系数α；

4)考虑采用的负荷模型，根据负荷动态无功需求曲线，确定修正系数β；

5)利用短路电流计算程序求出节点i的短路容量。

6)利用机电暂态仿真程序，在节点i施加一个无功扰动ΔQi，仿真出其他交流母线 电压的下降率ΔUj与本回交流母线电压下降率ΔUi，计算出MIIF；

7)综合考虑MIIF和控制特性，折算考虑各个动态无功补偿装置提供的动态无功 Q_dri在节点i处等效值；

8)根据以上计算参数，代入指标公式(1)求出节点i的节点电压稳定性指标MVSI_i；

${\mathrm{MVSI}}_i=\frac{S_{ACi}}{\alpha (\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{\mathrm{MIIF}}_{i,j}\times P_{dcNj})+\beta (\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{\mathrm{MIIF}}_{i,j}\times P_{loadj})-Q_{dri}}---\left(1\right)$

式中：

S_ACi为节点i的短路容量；

P_dcNj为输送的直流功率；

P_loadj为交流母线所带有功负荷；

MIIF_i，j＝ΔUj/ΔUi，它表示由于无功扰动ΔQi，其他交流母线电压的下降率ΔUj 与本回交流母线电压下降率ΔUi的比值，其中ΔUj、ΔUi均取标幺值；

α为考虑直流无功补偿系数以及控制方式这些因素所带的修正系数；

β为考虑负荷模型的修正系数；

Q_dri为各个动态无功补偿装置提供的动态无功在节点i处等效值；

9)重复步骤5)～8)，计算得到节点i的电压稳定性指标；

10)对关心的节点指标进行分析，设定稳定的指标范围，对指标低于最小值的节点 进行进一步稳定分析，优化网架、电源布置、加装动态无功补偿装置分析对提高稳定指标的 能力。

目前，多馈入交直流系统大扰动情况下的电压稳定性研究，目前尚无系统化的方 法和指标。已有的多馈入短路比、有效短路比等指标物理概念主要是反映直流之间的相互 影响程度，虽然部分反映了多馈入交直流系统的电网结构强度及电网对换流母线的无功电 压支撑能力的大小，但是不能直接有效反映多直流馈入系统的稳定程度。本发明提出的一 种多馈入交直流系统在大扰动情况下的电压稳定性指标，指标简洁明了，应用方便，首次为 多直流落点区域的大扰动电压稳定程度提供全面综合有效的量化指标，不仅能够反映直流 之间的相互影响程度，而且负荷影响、各种动态无功补偿装置的电压稳定效果也能反映到 其中。该指标可以用来量化地确定区域内直流落入、动态无功补偿及电源布置等对电压稳 定程度的影响，为多馈入直流系统的后续直流输电工程接入及电网规划提供参考；可以为 多馈入交直流系统的网架优化评价提供长期稳定性方面的量化指标，对于多直流集中馈入 的负荷密集区域的网架结构优化难题的解决具有重要现实意义。

附图说明

图1是本发明指标应用的流程图。

具体实施方式

参照附图1，本发明多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标的应用方法，多馈入 交直流系统的节点电压稳定性指标为多直流落点区域的大扰动电压稳定程度提供全面综 合有效的量化指标，本指标的应用包括如下步骤：

1)设定边界条件，选定分析的节点范围；

2)统计各个直流的输送的直流功率P_dcNj和各个交流母线所带有功负荷P_loadj；

3)根据电磁暂态软件，考虑直流无功补偿系数以及控制方式等因素，确定各个直 流的动态无功需求，求出修正系数α；

4)考虑采用的负荷模型，根据负荷动态无功需求曲线，确定修正系数β；

5)利用短路电流计算程序求出节点i的短路容量。

6)利用机电暂态仿真程序，在节点i施加一个无功扰动ΔQi，仿真出其他交流母线 电压的下降率ΔUj与本回交流母线电压下降率ΔUi，计算出MIIF；

7)综合考虑MIIF和控制特性，折算考虑各个动态无功补偿装置提供的动态无功 Q_dri在节点i处等效值；

8)根据以上计算参数，代入指标公式(1)求出节点i的节点电压稳定性指标MVSI_i；

${\mathrm{MVSI}}_i=\frac{S_{ACi}}{\alpha (\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{\mathrm{MIIF}}_{i,j}\times P_{dcNj})+\beta (\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{\mathrm{MIIF}}_{i,j}\times P_{loadj})-Q_{dri}}$

式中：

S_ACi为节点i的短路容量；

P_dcNi为输送的直流功率；

P_loadj为交流母线所带有功负荷；

MIIF_i，j＝ΔUj/ΔUi(参考多馈入影响因子的定义，multi-infeedinteraction factor)，它表示由于无功扰动ΔQi，其他交流母线电压的下降率ΔUj与本回交流母线电压 下降率ΔUi的比值，其中ΔUi、ΔUi均取标幺值；

α为考虑直流无功补偿系数以及控制方式等因素所带的修正系数；

β为考虑负荷模型的修正系数；

Q_dri为各个动态无功补偿装置提供的动态无功在节点i处等效值；

9)重复步骤5)～8)，计算得到节点i的电压稳定性指标；

10)对关心的节点指标进行分析，如设定稳定的指标范围，对指标低于最小值的节 点进行进一步稳定分析，优化网架、电源布置、加装动态无功补偿装置等分析对提高稳定指 标的能力等。

本实施例中，本发明多馈入交直流系统的节点电压稳定性指标与已有的多馈入短 路比指标相似的地方是，都以母线短路容量作为分母、考虑了多回直流的影响，但是作为全 面综合的大扰动电压稳定程度衡量指标，还考虑了区域负荷影响、各种动态无功补偿装置 的电压稳定效果等，并将这些综合因素根据动态无功需求情况加权作为分子。

本实施例中，上述各个动态无功补偿装置包括发电厂。

本实施例中，本发明多回直流的影响考虑了直流无功补偿系数以及控制方式等因 素带来的影响，考虑了加权因子。

本实施例中，本发明综合考虑负荷分布和负荷模型的影响，对负荷分布的影响采 用MIIF进行加权等效，另外，考虑负荷模型的区别，考虑了加权因子。

本实施例中，本发明考虑各个动态无功补偿装置提供的动态无功在节点i处等效 值，从而能够进一步反映电源分布、电源类型、动态无功补偿装置效果等影响电压稳定关键 因素。