CN104092223A - 基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法。本发明通过计算***的节点阻抗矩阵和在指定站点投入一定容量的无功补偿设备引起的节点注入电流变化，计算该注入电流变化引起的各逆变站换流母线电压的变化，进而求得各站点对于逆变站电压的支撑强度指标VSF。本发明提出的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，计算方法简单，物理意义明确，可以大大提高VSF指标的计算效率。

Description

基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法

技术领域

本发明提出了一种基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，属于电力***分析技术领域。

背景技术

多回直流输电***向同一交流***输送电能时，输电受端便形成了多直流馈入***(或称为多直流落点电网)。在多直流馈入***中，受端交流***故障造成多回直流逆变站的电压降低，可能引起多回直流***发生换相，造成直流功率下降，要使故障切除后直流功率快速的恢复，需要交流***提供给直流***较强的电压支撑，这就需要在合适的站点配置无功补偿设备。

VSF(评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度的指标)是一种评估在不同的站点配置无功补偿设备对各逆变站电压综合支撑作用的指标，其计算公式为：

${\mathrm{VSF}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^L{\mathrm{\Δu}}_j*P_{\mathrm{Nj}}}{Q_i}---\left(1\right)$

式中Δu_j表示无功补偿设备投入前后各逆变站电压幅值的差值(标幺值)，P_Nj表示第j(j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数)回直流的额定功率(单位MW)，Q_i表示站点i投入的无功补偿设备的容量(单位MVAR)。

通过计算各站点的VSF然后进行排序，可以作为无功补偿设备配置方案的参考。各站点的VSF指标可以通过暂态仿真得到，但该方法工作量很大，费时费力，因此有必要提出一种VSF指标的简便计算方法。

发明内容

本发明提出了一种基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，该方法计算方法简单，物理意义明确，可以大大提高VSF指标的计算效率。

本发明的技术方案为：本发明的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，包括以下步骤：

1)确定需要研究的电力***网络结构，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，其中Z为N*N阶复矩阵，N为该网络的节点数，Z_i为Z矩阵的第i列；

2)在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

4)计算节点i对各逆变站电压的支撑强度指标VSF_i。

所述步骤1)中，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，

YZ_i＝B_i   (1)

式中，Y为该网络的节点导纳矩阵，可以方便的求得；B_i为N维的列向量，其第i个元素为1，其余全部为0；该线性方程的解即为节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i。

所述步骤2)中，在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

${\mathrm{\ΔI}}_i=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_i}{U_i}=\frac{0+j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}}{1}=j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}---\left(2\right)$

式中ΔI_i、U_i、ΔS_i均为标幺值，ΔS_i为节点注入功率的变化，U_i为节点电压，认为其等于1，Q_i为有名值，单位为MVar，SBASE为***基准容量，单位为MVA。

所述步骤3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

式中ΔU_j，Z，ΔI_i均为复向量，ΔU_j为各节点电压的变化量，Z为网络的节点阻抗矩阵，ΔI_i中，仅ΔI_i不为0，其余全部为0，则：

${\mathrm{\ΔU}}_j={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{Z}_{\mathrm{jk}}*{\mathrm{\ΔI}}_k=Z_{\mathrm{ji}}*{\mathrm{\ΔI}}_i---\left(4\right)$

式中ΔU_j的幅值为：

${\mathrm{\Δu}}_j=\left|{\mathrm{\ΔU}}_j\right|=\sqrt{{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jreal}}}^2+{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jimag}}}^2}---\left(5\right)$

式中，ΔU_jreal为ΔU_j的实部，ΔU_jimag为ΔU_j的虚部。

本发明是一种基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法。本发明通过计算***的节点阻抗矩阵和在指定站点投入一定容量的无功补偿设备引起的节点注入电流变化，计算该注入电流变化引起的各逆变站换流母线电压的变化，进而求得各站点对于逆变站电压的支撑强度指标VSF。本发明提出的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，计算方法简单，物理意义明确，可以大大提高VSF指标的计算效率。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施例

本发明的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，包括以下步骤：

1)确定需要研究的电力***网络结构，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，其中Z为N*N阶复矩阵，N为该网络的节点数，Z_i为Z矩阵的第i列；

2)在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

4)计算节点i对各逆变站电压的支撑强度指标VSF_i。

所述步骤1)中，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，

YZ_i＝B_i   (1)

式中，Y为该网络的节点导纳矩阵，可以方便的求得；B_i为N维的列向量，其第i个元素为1，其余全部为0；该线性方程的解即为节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i。

所述步骤2)中，在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

${\mathrm{\ΔI}}_i=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_i}{U_i}=\frac{0+j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}}{1}=j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}---\left(2\right)$

式中ΔI_i、U_i、ΔS_i均为标幺值，ΔS_i为节点注入功率的变化，U_i为节点电压，认为其等于1，Q_i为有名值，单位为MVar，SBASE为***基准容量，单位为MVA。

所述步骤3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

式中ΔU_j，Z，ΔI_i均为复向量，ΔU_j为各节点电压的变化量，Z为网络的节点阻抗矩阵，ΔI_i中，仅ΔI_i不为0，其余全部为0，则：

${\mathrm{\ΔU}}_j={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{Z}_{\mathrm{jk}}*{\mathrm{\ΔI}}_k=Z_{\mathrm{ji}}*{\mathrm{\ΔI}}_i---\left(4\right)$

式中ΔU_j的幅值为：

${\mathrm{\Δu}}_j=\left|{\mathrm{\ΔU}}_j\right|=\sqrt{{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jreal}}}^2+{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jimag}}}^2}---\left(5\right)$

式中，ΔU_jreal为ΔU_j的实部，ΔU_jimag为ΔU_j的虚部。

下面通过实施例对本发明做进一步的补充说明：

南方电网2014年丰大方式***网络中，共有8条直流线路，7个逆变站，包括天广直流(1800MW)-北郊站、高肇直流(3000MW)-肇庆站、兴安直流(3000MW)-宝安站、楚穗直流(5000MW)-穗东站、江城直流(3000MW)-鹅城站、普桥直流(5000MW)-鹤山站、牛从两回直流(2*3200MW)-从化站，8回直流总容量为27200MW，均落点广东，是典型的多直流落点***。

以500KV库湾站为例，假设其节点号为i，计算在库湾站投入无功补偿设备对各逆变站的电压支撑强度指标VSF。

形成南方电网2014年丰大方式网络的节点导纳矩阵，求解式(2)得到节点阻抗矩阵第i列元素，其对应各逆变站的元素分别为北郊站0.000394028-j*0.000391829，肇庆站0.00018257-j*0.000506727，宝安站0.000281977-j*0.000447794，鹅城站-0.000544213-j*0.001220578，穗东站0.000128874-j*0.000627434，鹤山站0.000317768-j*0.000343566，从化站-0.001271459-j*0.001808925；

在库湾站投入300Mvar的无功补偿设备，***基准容量取100MVA，则库湾站电流变化量为0+j*3；

各逆变站电压变化的向量为北郊站0.001175486+j*0.001182085，肇庆站0.00152018+j*0.00054771，宝安站0.001343381+j*0.000845932，鹅城站0.003661735-j*0.001632639，穗东站0.001882301+j*0.000386621，鹤山站0.001030697+j*0.000953303，从化站0.005426776-j*0.003814376；

各逆变站电压变化的幅值为北郊站0.001667，肇庆站0.001616，宝安站0.001588，鹅城站0.004009，穗东站0.001922，鹤山站0.001404，从化站0.006633；

则库湾站对逆变站电压支撑强度指标为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{VSF}}_i=\\ \frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^L{\mathrm{\Δu}}_j*P_{\mathrm{Nj}}}{Q_i}=\frac{0.001667*1800+0.001616*3000+0.001588*3000+0.004009*3000+0.001922*5000}{300}\\ +\frac{00.001404*3000+0.006633*6400}{300}=0.279063.\end{array}$

Claims (4)

1.一种基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)确定需要研究的电力***网络结构，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，其中Z为N*N阶复矩阵，N为该网络的节点数，Z_i为Z矩阵的第i列；

2)在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

4)计算节点i对各逆变站电压的支撑强度指标VSF_i。

2.根据权利要求1所述的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，其特征在于所述步骤1)中，计算该网络的节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i，

YZ_i＝B_i   (1)

式中，Y为该网络的节点导纳矩阵，可以方便的求得；B_i为N维的列向量，其第i个元素为1，其余全部为0；该线性方程的解即为节点阻抗矩阵Z第i列元素的值Z_i。

3.根据权利要求1所述的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，其特征在于所述步骤2)中，在网络中节点i投入一定容量Q_i的无功补偿设备，i＝1，2，...N，计算投入无功补偿设备后该节点注入电流的变化ΔI_i；

${\mathrm{\ΔI}}_i=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_i}{U_i}=\frac{0+j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}}{1}=j*\frac{Q_i}{\mathrm{SBASE}}---\left(2\right)$

式中ΔI_i、U_i、ΔS_i均为标幺值，ΔS_i为节点注入功率的变化，U_i为节点电压，认为其等于1，Q_i为有名值，单位为MVar，SBASE为***基准容量，单位为MVA。

4.根据权利要求1所述的基于节点阻抗矩阵的评估多直流落点***中各站点对逆变站电压支撑强度指标的方法，其特征在于所述步骤3)计算节点i注入电流的变化ΔI_i引起的各逆变站电压的变化Δu_j，j＝1，2，...，L，L为***中逆变站的总数；

式中ΔU_j，Z，ΔI_i均为复向量，ΔU_j为各节点电压的变化量，Z为网络的节点阻抗矩阵，ΔI_i中，仅ΔI_i不为0，其余全部为0，则：

${\mathrm{\ΔU}}_j={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{Z}_{\mathrm{jk}}*{\mathrm{\ΔI}}_k=Z_{\mathrm{ji}}*{\mathrm{\ΔI}}_i---\left(4\right)$

式中ΔU_j的幅值为：

${\mathrm{\Δu}}_j=\left|{\mathrm{\ΔU}}_j\right|=\sqrt{{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jreal}}}^2+{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{jimag}}}^2}---\left(5\right)$

式中，ΔU_jreal为ΔU_j的实部，ΔU_jimag为ΔU_j的虚部。