计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法及系统

摘要

本公开提出了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法，包括：确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值；利用求得多馈入电压相互作用因子的值，衡量受端电网各直流系统间的相互影响。分析结果显示，在计算多馈入相互作用因子时，计及扰动引起直流电流变化域的计算结果更接近时域仿真结果。

说明书

技术领域

本公开属于电气技术领域，尤其涉及计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着特高压电网的网架结构不断加强，若特高压电网仍与500kV系统电网保持并列运行，500kV系统将会出现短路电流水平超标等问题，因此500kV系统需要进行分区解耦处理。但受端系统已形成多直流馈入系统，在进行分区解耦时，应避免相互影响大的直流系统被划分到同一分区，从而减小直流系统间相互影响给受端系统稳定运行带来的风险。因此构建多馈入直流相互影响的评估方法对指导电网分区解耦具有重要意义。

CIGRE WG B4-41工作组以电压相互影响为基础定义的多馈入直流相互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)能够反映各直流系统之间的相互影响关系，它是衡量多馈入直流系统间相互影响的重要指标。现有相关研究根据MIIF的定义，推导了基于节点阻抗矩阵的MIIF解析式表达式，反映出多直流的相互影响与系统网络结构及相关因素有关。考虑到交流系统无功特性对换流母线电压的影响，现有相关研究基于潮流计算的雅克比矩阵推导了MIIF解析表达式。

上述方法在评估直流系统之间的相互影响时，都假定交流系统施加扰动后直流输电线路上的直流电流保持恒定不变，然后根据扰动后系统达到稳态时换流母线上的电压变化量计算多馈入相互作用因子。但是，由于直流输电系统动态响应特性快，在交流系统施加扰动引起换流母线电压下降后到定电流控制器动作前的时间段内，直流输电线路上的直流电流在电磁时间尺度会有一个增大的过程，此过程中换流器的功率因数下降，逆变器的无功功率需求量大于补偿设备提供的无功功率，此部分缺少的无功功率将由交流系统提供，从而对换流母线处的电压造成影响。因此，在评估多馈入直流相互影响时，需要计及电磁暂态时间尺度直流电流变化对换流母线处电压的影响。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法，该方法计及扰动出现后到整流侧定电流控制器动作前，电磁暂态时间尺度上直流电流的变化域对换流母线处电压的影响，分析了扰动后直流电流的变化域和调节器的时间常数对电压相互作用因子计算的影响，推导了计及直流电流变化域的多馈入相互作用因子表达式，该方法计算的多馈入相互作用因子更接近时域仿真得到的结果。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法，包括：

确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；

利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；

利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值；

利用求得多馈入电压相互作用因子的值，衡量受端电网多直流系统之间的相互影响。

衡量时，根据多馈入电压相互作用因子的大小，来衡量直流系统之间相互影响。多馈入电压相互作用因子的取值范围在0～1之间，越接近于1，说明直流系统之间相互影响越大；越接近于0，说明直流系统之间相互影响越小。

进一步的技术方案，整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域与输电线路的电容放电电流以及直流线路上直流电流变化量相关。

进一步的技术方案，基于固有震荡角频率、直流输电线路T型等值电路的等值电阻值、等值电感值和等效电容值获得直流输电线路对地电容的放电电流。

进一步的技术方案，考虑到电缆线路和架空线路的对地电容差距较大，当直流线路为电缆线路时，对地电容值较大，此时不可忽略对地电容放电电流i

进一步的技术方案，扰动后初始阶段直流电流的变化域主要由线路参数决定，对同一系统在扰动后初始阶段直流电流近似呈直线上升。

进一步的技术方案，根据确定的直流电流变化域，计算换流母线处电压变化量，具体为：

对于两直流馈入系统，当交流系统扰动引起第一直流线路换流母线处的电压变化ΔV

式中，ΔV

进一步的技术方案，根据确定的换流母线电压变化量，计算换流母线处的多馈入电压相互作用因子，具体为：

第二方面，公开了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估系统，包括数据采集设备及处理器，数据采集设备被配置为获取所需的物理量并传输至处理器，所述处理器被配置为执行以下步骤：

确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；

利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；

利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值；

利用求得多馈入电压相互作用因子的值，衡量受端电网多直流系统间的相互影响。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开技术方案在分析传统计算多直流馈入电压相互作用因子方法有效性的基础之上，考虑直流系统动态特性快，在扰动引起换流母线处电压发生变化后到定电流控制器动作前，直流线路上的直流电流在电磁时间尺度上会有一个增大的过程，因此需要确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域。分析结果显示，在计算多馈入相互作用因子时，计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法更接近时域仿真结果。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为整流侧定电流控制框图；

图2为逆变侧定关断角控制框图；

图3为直流输电系统等效电路；

图4为两直流馈入系统简化模型；

图5为CIGRE直流输电标准测试系统；

图6为直流电流变化曲线图；

图7为直流电流变化与电压变比曲线图；

图8为不同短路阻抗下换流母线电压值；

图9为MIIF计算结果对比。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估方法，包括：

考虑直流系统动态特性快，在扰动引起换流母线处电压发生变化后到定电流控制器动作前，直流线路上的直流电流在电磁时间尺度上会有一个增大的过程，因此需要确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；

利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；

利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值；

利用求得多馈入电压相互作用因子的值，衡量受端电网各直流系统间的相互影响。

具体的，首先进行扰动期间直流电流变化影响因素分析：

通常情况下，直流控制系统采用典型控制模式，即整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定关断角控制。当交流系统出现扰动时，定电流控制器通过调节触发延迟角α来维持直流电流I

交流系统出现扰动导致换流母线上的电压下降后，若整流侧与逆变侧的控制器为理想控制模式，那么直流输电线路上的电流I

交流系统扰动初始阶段，整流侧定电流控制器器尚未动作之前，直流电流变化域为：

式中：i

式中，ΔV

如果直流输电线路是电缆线路，其对地电容较大，放电电流不可忽略；如果直流输电线路是架空线路，其对地电容较小，可以忽略放电电流的影响。当直流输电线路采用架空线路，则

式中，σ＝R/2L为衰减系数,R'＝(R

因此扰动后初始阶段内直流电流的变化情况主要与线路参数有关，对同一系统在扰动后初始阶段直流电流近似呈直线上升。直流输电系统的线路和控制系统的参数在实际运行过程中往往不再变化，因此T

关于直流电流变化对换流母线电压的影响

受端电网中各直流系统之间通过交流网络相互耦合，逆变侧直流换流母线上的电压受到交流系统和直流系统之间的共同作用，以图4所示的两直流馈入系统为例，说明换流母线电压与直流电流关系：

式中，V

由于现有技术在计算MIIF是根据扰动后系统达到稳态时换流母线上的电压变化量，认为扰动后直流电流是恒定不变的，即Id＝0。但是直流输电系统是电力电子设备，其动态响应特性快，在系统的定电流控制器动作之前，直流系统的电流会有一个增大的过程，此过程电流变化会对换流母线上的电压造成影响。因此，此公式计及了扰动施加后到定电流控制器动作前直流电流变化对换流母线电压的影响，其计算结果够更准确。

当交流系统出现扰动引起直流系统第一直流线路换流母线处电压变化ΔV

于是两直流的换流母线处电压变化量的比值表示为：

式中，Z

将公式(7)等号右边进行化简，得到的结果与利用节点阻抗矩阵法计算的多馈入相互作用因子一致，此处将利用节点阻抗矩阵法计算的结果记为MIIF

考虑直流系统动态特性快，在扰动引起第一换流母线处电压发生变化ΔV

可得换流母线处电压变化量的比值为：

将公式(10)等号右边作进一步化简可得：

公式(3)中的电压变化量ΔV为统一表示在本发明情景下与直流线路电流变化量Δi

将公式(3)和公式(5)代入公式(11)消去ΔI

将上式右边第二项移项后可得：

即可得到下式：

此时，将计及直流电流变化域的多馈入相互作用因子记为MIIF

由公式(13)知道，当T

为了验证上述技术方案，进行以下仿真分析：直流电流变化域对交流电压的影响。

国际大电网会议直流输电标准测试系统(CIGRE HVDC Benchmark Model)是用于直流输电控制研究的标准系统，如图5所示。在PSCAD/EMTDC软件中搭建CIGRE直流输电标准测试系统并进行仿真分析。直流控制系统采用典型控制方式，即整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定关断角控制。首先，研究换流母线电压变化量与直流电流变化域之间的关系，2.5s时在逆变侧换流母线上设置持续时间0.1s的不同阻抗值三相短路扰动，分别记录直流电流波动最大值和换流母线电压下降值，实验数据见表1，仿真结果如图6所示，图7可以看出直流电流波动最大值与换流母线处电压下降有明显的线性关系。

表1不同短路阻抗下换流母线电压变化与直流电流变化域

然后分析在直流整流侧定电流控制为理想模式和正常控制模式下对仿真结果的影响，2.5s时在逆变侧换流母线上设置持续时间0.1s、接地阻抗值不同的三相短路扰动，分别记录换流母线上的电压值于表2，图8将实验数据与计算数据进行了比对，从仿真结果可以看出，在理想控制器情况下，输电线路上的直流电流在扰动后能够保持恒定，相比于正常控制模式下，不同短路阻抗下换流母线处电压波动较小。

表2直流变化域对换流母线电压的影响

直流电流变化域对电压相互作用因子计算的影响

在国际大电网会议直流输电标准测试系统基础之上，搭建如图4所示的两直流馈入系统，在直流1换流母线处设置使直流系统1换流母线处的电压降约为1％的接地短路故障，记录直流系统2换流母线处的电压降，并计算二者的比值得到多馈入相互作用因子。分别计算计及直流电流变化域和忽略直流电流变化域时的多馈入相互作用因子，实验数据见表3所示，图9为联络阻抗为不同值所对应的三种多馈入相互作用因子，可以看出，计及直流变化域的多馈入相互作用因子相比基于节点阻抗矩阵的多馈入相互作用因子更接近仿真法得到的数值。

表3直流变化域对电压相互作用因子计算的影响

本公开考虑直流系统动态特性快，在扰动引起换流母线处电压发生变化后到定电流控制器动作前，直流线路上电流变化域的影响不可忽略，分析了直流变化域对换流母线处电压和多馈入相互作用因子的影响，仿真结果表明，计及直流变化域的多馈入相互作用因子更接近时域仿真结果。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例子一中的所述方法的具体步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述实施例子一中的所述方法的具体步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供了计及直流电流变化域的多馈入直流相互影响评估系统，包括数据采集设备及处理器，数据采集设备被配置为获取所需的物理量并传输至处理器，所述处理器被配置为执行以下步骤：

确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；

利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；

利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值；

利用求得多馈入电压相互作用因子的值，衡量受端电网各直流系统间的相互影响。

数据采集设备需要采集直流输电系统历史运行数据，测得T1，用于计算直流电流的变化域。需要采集交流系统线路参数，用于计算交流系统的节点阻抗矩阵。需要采集直流线路参数，用于计算衰减系数和等值阻抗。

本公开实施例子的技术方案考虑直流系统动态特性快，在扰动引起换流母线处电压发生变化后到定电流控制器动作前，直流线路上的直流电流在电磁时间尺度上会有一个增大的过程，因此需要确定整流侧定电流控制器动作前的直流电流变化域；利用求得的直流电流变化域，计算换流母线处的电压变化量；利用求得的换流母线电压变化量，计算各换流母线电压变化量的比值，得到多馈入电压相互作用因子的值。由此得到的多馈入电压相互作用因子更接近时域仿真结果，能够更精确的确定受端电网各直流系统之间的相互影响。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。