CN112686772A - 一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法，该方法在计算了各常规直流柔直化改造后直流侧评价指标值、交流侧评价指标值以及经济性评价指标值的基础上，建立线性加权模型，采用综合赋权法获取各评价指标的权重系数，从而计算出各常规直流柔直化改造的综合评分值，按综合评分由高到低的顺序进行常规直流的柔直化改造。本发明方法逻辑清晰，操作方便，实用性强，对常规直流工程进行柔直化改造具有重要指导意义。

Description

一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法

技术领域

本发明属于电力***规划技术领域，具体涉及一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法。

背景技术

我国能源分布与负荷需求的不均衡性，使得高压直流输电得到了大力的发展。目前，华东电网已有11回常规直流***馈入，形成了典型的多馈入受端电网；多回直流***的馈入，使得整个受端电网的结构变得更加复杂，电网的安全稳定性也受到了极大地威胁，严重交流***故障可能会引起多回直流同时发生换相失败甚至直流闭锁，不仅引起受端电网大范围潮流转移，更会造成受端电网动态无功不足，威胁受端电网的电压安全。

相比于常规直流输电***，基于电压源换流器的柔性直流输电***(VSC-HVDC)具有无需电网换相、可向弱交流***供电、能够独立控制有功功率和无功功率、不需要额外安装无功补偿装置以及不存在换相失败等优点。与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术，通过调节换流器出口电压的幅值和与***电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流***给予无功支撑。

近年来，大容量柔性直流输电技术得到了快速发展，张北柔性直流示范工程的建成与投运，更标志着柔性直流输电***已经进入大容量时代；而早期的常规直流输电工程运行年限已久，设配老化问题严重，因设备问题导致的***故障时有发生，因此亟需开展相关改造。

对多馈入受端电网进行柔直化改造，不仅可以减弱其余常规直流***间的相互联系，降低因交流***故障导致多回直流同时发生换相失败的风险；而且可以利用柔性直流换流站的动态无功电源特性，在交流***故障后的动态过程中通过合理控制其注入交流***的无功功率来改善受端电网的安全稳定性。因此，对常规直流输电***进行柔直化改造，将是我国多馈入受端电网未来的发展趋势。

目前针对常规直流输电***进行柔直化改造的研究主要集中在VSC换流站子模块拓扑结构、***主接线方式以及直流线路故障处理方法等方面，对改造后的受端电网仅从多馈入有效短路比和电网失稳风险的角度来进行***的安全稳定分析，对暂态过程中受端电网母线电压的改善效果和柔直化改造的经济性缺乏有效的评价指标，同时对多馈入受端电网进行柔直化改造的时序性方案也缺乏***性的研究。因此，制定一套有效的时序性方案设计方法是十分有必要的。

发明内容

鉴于上述，本发明从直流侧评价指标、交流侧评价指标以及经济性评价指标三个方面提出了一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法，该方法在计算相关评价指标值的基础上，建立线性加权模型，计算出各常规直流柔直化改造的综合评分值，按综合评分的高低确定受端电网进行柔直化改造的常规直流工程时序列表。

一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法，包括如下步骤：

(1)对于多馈入受端电网***中任一直流换流站A，计算其柔直化改造后的直流侧评价指标值F_dc；

(2)计算直流换流站A柔直化改造后的交流侧评价指标值F_ac；

(3)计算直流换流站A柔直化改造后的经济性评价指标值F_ec；

(4)根据F_dc、F_ac和F_ec，采用综合赋权法计算出直流换流站A柔直化改造后的综合评分值；

(5)根据步骤(1)～(4)，遍历计算得到***中各直流换流站的综合评分值，以该评分值从大到小排序即为***各直流换流站的改造时序。

本发明针对的多馈入受端电网***是指多条常规直流从不同能源基地向同一负荷中心输电的地区电网***。

进一步地，所述步骤(1)的具体实现方式如下：

1.1计算直流换流站A改造后***中其余直流换流站的平均多馈入相互作用因子F_miif；

1.2计算直流换流站A改造后***中其余直流换流站的平均多馈入有效短路比F_scr；

1.3根据F_miif和F_scr，采用综合赋权法计算出直流换流站A柔直化改造后的直流侧评价指标值F_dc。

进一步地，所述步骤1.1中计算平均多馈入相互作用因子F_miif的方法为：首先通过以下公式计算***中其余直流换流站之间的多馈入相互作用因子；

然后通过以下公式计算出平均多馈入相互作用因子F_miif；

其中：MIIF_ji为***中第j个直流换流站与第i个直流换流站之间的多馈入相互作用因子，ΔV_i为第i个直流换流站交流母线的电压扰动量，ΔV_j为第j个直流换流站交流母线的电压扰动量，i和j均为自然数且1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j≠k，n为***中直流换流站的数量，k为直流换流站A的序号。

进一步地，所述步骤1.2中计算平均多馈入有效短路比F_scr的方法为：首先通过以下公式计算***中其余直流换流站的多馈入有效短路比；

然后通过以下公式计算出平均多馈入有效短路比F_scr；

其中：MIESCR_i为***中第i个直流换流站的多馈入有效短路比，S_ci为第i个直流换流站交流母线的三相短路容量，Q_ci为第i个直流换流站内部交流滤波器和并联电容器所提供的额定无功功率，P_dNi为第i个直流换流站的额定有功功率，P_dNj为第j个直流换流站的额定有功功率，i和j均为自然数且1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j≠k，n为***中直流换流站的数量，k为直流换流站A的序号。

进一步地，所述步骤(2)中通过以下公式计算交流侧评价指标值F_ac；

其中：M为***主干网所涵盖的交流母线集合，m为集合M中的交流母线数量，q为集合M中的任一交流母线，K为直流换流站A改造前***中电压受扰严重(发生N-1故障后电压跌落小于0.5p.u.)的交流母线集合，p为集合K中的任一交流母线，U_BEpq为直流换流站A改造前母线q故障期间母线p的最低电压，U_AFpq为直流换流站A改造后母线q故障期间母线p的最低电压，W_p为母线p的预设权重系数。

进一步地，所述步骤(3)中通过以下公式计算经济性评价指标值F_ec；

其中：S_vsc为直流换流站A的输送容量。

针对多馈入受端电网进行柔直化改造的应用场景，本发明柔直化改造时序性确定方法在兼顾了受端电网暂态电压改善效果和经济性的基础上，可以快速有效地确定受端电网进行柔直化改造的常规直流工程时序列表。同时，本发明弥补了现有柔直化改造时序性研究的空白，实现起来简单方便，逻辑性强，对常规直流工程进行柔直化改造具有重要指导意义。

附图说明

图1为典型四馈入受端电网***的结构示意图。

图2为常规直流DC1进行柔直化改造后的电网***结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

典型四馈入受端电网***如图1所示，其中A、B、C、D为各常规直流换流站的交流母线。针对此受端电网，采用本发明多馈入受端电网柔直化改造时序性确定方法，具体步骤如下：

(1)计算各常规直流柔直化改造的直流侧评价指标值F_dc。

1.1计算各常规直流柔直化改造后其余常规直流的平均多馈入相互作用因子F_miif；以常规直流DC1柔直化改造为例，如图2所示，具体计算方法如下：

首先，其余常规直流DC2、DC3、DC4间的多馈入相互作用因子MIIF可以通过下式确定：

式中：ΔV_i为换流站i交流母线的电压扰动量，约为1％；ΔV_j为换流站j交流母线的电压变化量，其中i,j＝2,3,4且i≠j。

然后，可根据下列公式计算其余常规直流的平均多馈入相互作用因子F_miif：

式中：n为常规直流的数目，本实例中n取值为4。

1.2计算各常规直流柔直化改造后其余常规直流的平均多馈入有效短路比F_scr；以常规直流DC1柔直化改造为例，具体计算方法如下：

首先，其余常规直流DC2、DC3、DC4间的多馈入有效短路比MIESCR可以通过下式确定：

式中：S_ci为换流站i交流母线的三相短路容量；Q_ci为换流站i内部交流滤波器和并联电容器所提供的额定无功功率；P_dNi为换流站i的额定直流功率，P_dNj为换流站j的额定直流功率。

然后，可根据下列公式计算常规直流的平均多馈入有效短路比F_scr：

1.3结合上述两个子指标，采用综合赋权法计算各常规直流柔直化改造后直流侧评价指标值F_dc。

由步骤1.1和1.2的计算可得各常规直流柔直化改造的决策矩阵X如下：

式中：x_i1和x_i2分别表示第i个常规直流柔直化改造的F_miif和F_scr指标值；对决策矩阵X进行标准化处理，x_i1按下列公式标准化：

x_i2按下列公式标准化：

其中：x_jmin＝min{x_1j,…,x_4j}，x_jmax＝max{x_1j,...,x_4j}，i＝1,2,3,4，j＝1,2。

标准化后的决策矩阵R表示为：

客观权重系数可由下式确定：

主观权重系数可由下式确定：

ω″₁＝k₁/(1+k₁)

ω″₂＝1/(1+k₁)

式中：k₁为指标F_miif相对于指标F_scr的重要程度。

综合权重系数可由下式确定：

ω_j＝αω'_j+(1-α)ω″_j

第i个常规直流柔直化改造的直流侧评价指标值F_dci可由下式确定：

(2)对主干网500kV线路进行N-1故障仿真，计算各常规直流柔直化改造的交流侧评价指标值F_ac，具体计算公式如下：

式中：M表示所选故障线路的数目，U_BEji表示柔直化改造前线路i故障期间母线j的最低电压，U_AFji表示柔直化改造后线路i故障期间母线j的最低电压，K是受端电网关键母线的母线数目，W_j是母线j的权重系数，通常可取1.0。

(3)计算各常规直流柔直化改造的经济性评价指标值F_ec，具体计算公式如下：

式中：S_vsc为柔性直流输电***VSC-HVDC的输送容量。

(4)计算各常规直流进行柔直化改造的综合评分值F，按综合评分的高低优先进行常规直流的柔直化改造。

由步骤(1)～(3)的计算可得各常规直流柔直化改造的决策矩阵X如下：

式中：x_i1、x_i2和x_i3分别表示第i个常规直流柔直化改造的F_dc、F_ac和F_ec指标值；对决策矩阵X进行标准化处理，x_ij按下列公式标准化：

其中：x_jmin＝min{x_1j,...,x_4j}，x_jmax＝max{x_1j,...,x_4j}，i＝1,2,3,4，j＝1,2。

标准化后的决策矩阵R表示为：

客观权重系数可由下式确定：

主观权重系数可由下式确定：

ω″₁＝k₁k₂/(1+k₂+k₁k₂)

ω″₂＝k₂/(1+k₂+k₁k₂)

ω″₃＝1/(1+k₂+k₁k₂)

式中：k₁为指标F_dc相对于指标F_ac的重要程度，k₂为指标F_ac相对于指标F_ec的重要程度，k₁、k₂可分别取1.2和1.4。

综合权重系数可由下式确定：

ω_j＝αω'_j+(1-α)ω″_j

第i个常规直流柔直化改造的综合评分值F_i可由下式确定：

最后，按综合评分由高到低的顺序进行常规直流的柔直化改造。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法，包括如下步骤：

(1)对于多馈入受端电网***中任一直流换流站A，计算其柔直化改造后的直流侧评价指标值F_dc；

(2)计算直流换流站A柔直化改造后的交流侧评价指标值F_ac；

(3)计算直流换流站A柔直化改造后的经济性评价指标值F_ec；

(4)根据F_dc、F_ac和F_ec，采用综合赋权法计算出直流换流站A柔直化改造后的综合评分值；

(5)根据步骤(1)～(4)，遍历计算得到***中各直流换流站的综合评分值，以该评分值从大到小排序即为***各直流换流站的改造时序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方式如下：

1.1计算直流换流站A改造后***中其余直流换流站的平均多馈入相互作用因子F_miif；

1.2计算直流换流站A改造后***中其余直流换流站的平均多馈入有效短路比F_scr；

1.3根据F_miif和F_scr，采用综合赋权法计算出直流换流站A柔直化改造后的直流侧评价指标值F_dc。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1.1中计算平均多馈入相互作用因子F_miif的方法为：首先通过以下公式计算***中其余直流换流站之间的多馈入相互作用因子；

然后通过以下公式计算出平均多馈入相互作用因子F_miif；

其中：MIIF_ji为***中第j个直流换流站与第i个直流换流站之间的多馈入相互作用因子，ΔV_i为第i个直流换流站交流母线的电压扰动量，ΔV_j为第j个直流换流站交流母线的电压扰动量，i和j均为自然数且1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j≠k，n为***中直流换流站的数量，k为直流换流站A的序号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1.2中计算平均多馈入有效短路比F_scr的方法为：首先通过以下公式计算***中其余直流换流站的多馈入有效短路比；

然后通过以下公式计算出平均多馈入有效短路比F_scr；

其中：MIESCR_i为***中第i个直流换流站的多馈入有效短路比，S_ci为第i个直流换流站交流母线的三相短路容量，Q_ci为第i个直流换流站内部交流滤波器和并联电容器所提供的额定无功功率，P_dNi为第i个直流换流站的额定有功功率，P_dNj为第j个直流换流站的额定有功功率，i和j均为自然数且1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j≠k，n为***中直流换流站的数量，k为直流换流站A的序号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过以下公式计算交流侧评价指标值F_ac；

其中：M为***主干网所涵盖的交流母线集合，m为集合M中的交流母线数量，q为集合M中的任一交流母线，K为直流换流站A改造前***中电压受扰严重的交流母线集合，p为集合K中的任一交流母线，U_BEpq为直流换流站A改造前母线q故障期间母线p的最低电压，U_AFpq为直流换流站A改造后母线q故障期间母线p的最低电压，W_p为母线p的预设权重系数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过以下公式计算经济性评价指标值F_ec；

其中：S_vsc为直流换流站A的输送容量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法在计算相关评价指标值的基础上，建立线性加权模型，计算出各常规直流柔直化改造的综合评分值，按综合评分的高低确定受端电网进行柔直化改造的常规直流工程时序列表。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法在兼顾了受端电网暂态电压改善效果和经济性的基础上，可以快速有效地确定受端电网进行柔直化改造的常规直流工程时序列表，同时弥补了现有柔直化改造时序性研究的空白，实现起来简单方便，逻辑性强，对常规直流工程进行柔直化改造具有重要指导意义。

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