一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，涉及高压直流输电系统的无功补偿技术，属于发电、变电或配电的技术领域。本发明专利技术利用电压交互因子快速筛选严重故障集并提出了一种涵盖多故障场景下任一台发电机对任一条换流母线的电压稳定贡献的无功备用评价指标，再由所有严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量确定各台发电机提供的无功备用容量。该发电机动态无功备用评价指标可以直观地体现发电机无功对多直流馈入系统暂态电压稳定的贡献，可以为电网规划人员分析发电机与换流母线的交互作用以及优化系统暂态电压稳定性提供理论依据。

A Dynamic Reactive Power Reserve Optimization Method for Generators in Multi-DC Feed-in System

The invention discloses an optimization method for dynamic reactive power reserve of generators in multi-DC feed system, which relates to reactive power compensation technology of HVDC transmission system, and belongs to the technical field of power generation, substation or distribution. The invention uses voltage interaction factor to quickly screen serious fault sets and proposes a reactive power standby evaluation index covering the voltage stability contribution of any generator to any commutation bus in Multi-fault scenarios. Then, the reactive power standby capacity provided by each generator is determined by the transient reactive power increment of each generator in all serious fault scenarios when commutation bus fails. Quantity. The dynamic reactive power standby evaluation index can directly reflect the contribution of generator reactive power to the transient voltage stability of multi-DC feeding system. It can provide a theoretical basis for power network planners to analyze the interaction between generators and converter buses and to optimize the transient voltage stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法
本专利技术公开了一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，涉及高压直流输电系统的无功补偿技术，属于发电、变电或配电的

技术介绍
近年来，我国高压直流输电系统(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)发展迅速，南方电网和华东电网两个负荷中心区域已经初步形成了有多个直流落点的多馈入受端电网。虽然HVDC系统有效缓解了负荷中心电力短缺的压力，但由于大量采用半控型晶闸管作为开关元件，HVDC系统在运行时需要消耗大量无功，同时，交直流间的电气耦合作用增加了连锁故障发生的风险，如果多馈入受端系统无法提供足够的无功支撑，故障扰动会导致直流换相失败甚至直流闭锁，进一步可能导致电压崩溃，严重危害系统的稳定性。配置动态无功补偿装置可以有效地提高系统的无功支撑能力，但其造价高昂，而多馈入受端电网中有着大量的发电机，作为电力系统最基本的无功电源，有必要充分挖掘受端电网中发电机的无功潜力，发挥其在故障后的暂态无功支撑能力，减少额外的动态无功配置费用。发电机在故障后的暂态无功支撑能力也可以理解为发电机的无功备用能力，因此，如何有效地评估多直流馈入系统中发电机的无功备用能力是挖掘发电机无功潜力的基础。中国专利《一种降低分层接入直流换相失败风险的方法及系统》(ZL201710060865.0)通过时域仿真计算无功源与换流母线的无功电压控制灵敏度并将其作为权重系数建立了动态无功源无功备用容量指标，通过优化无功备用容量降低系统换相失败风险；中国专利《提高交直流电网暂态电压稳定的动态无功备用优化方法》(ZL201410004942.7)通过计算动态无功源的轨迹灵敏度判断各无功源对系统暂态电压稳定性的贡献，并基于此修正无功源无功备用，通过优化动态无功源无功备用提升交直流电压暂态电压稳定性；上述两种动态无功源无功备用指标均为固定上限值形式，没有体现暂态过程中动态无功源的出力变化。孙全才等定义了无功源的动态无功备用，并用时间权重系数、节点电压支撑系数及故障需求系数进行修正以评估动态无功备用对系统暂态电压安全的价值(孙全才，程浩忠，张健，等.提高暂态电压安全水平的动态无功备用优化方法[J].中国电机工程学报，2015，35(11)：2718-2725.)，该指标主要针对交流系统，本申请对其进行了拓展和改进，提出了一种适用于多直流馈入系统的发电机动态无功备用优化方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，直观地体现了发电机无功对多直流馈入系统暂态电压稳定的贡献，解决了现有无功备用方案没有体现暂态过程中动态无功源出力变化的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，基于轨迹灵敏度的概念，分析多故障场景下发电机的无功支撑能力，综合考虑发电机对系统的电压稳定贡献度、节点重要度以及故障严重度，建立如式(1)、式(2)所示的多直流馈入系统发电机动态无功备用评价指标：式(1)、式(2)中：为多直流馈入系统第i台发电机的动态无功备用，QMITR为全系统的发电机动态无功备用，为第i台发电机在t时刻的无功出力，为第i台发电机的稳态无功出力，S(t)ij为第i台发电机对第j条换流母线的电压稳定贡献度，ωBj为第j条换流母线的节点重要度，ωFl为严重故障场景l的权重，Ng、Ninv、Nf分别为多直流馈入系统发电机台数、直流逆变站换流母线个数、严重故障场景数。电压稳定贡献度用暂态过程中换流母线电压与发电机无功出力之间的轨迹灵敏度表征，并用时间权重进行修正，体现不同时刻发电机无功出力的重要性，具体计算公式如下：式(3)中：为tk时刻发电机i对换流母线j的电压稳定贡献度；ωtk为tk时刻的时间权重，表示暂态过程中发电机无功增发越快，则电压恢复越快，系统暂态电压稳定性越强；为换流母线j与发电机i在暂态过程中的轨迹灵敏度。节点重要度用各换流母线对应的直流额定传输容量与直流总传输容量的比值表征，定义ωBj＝Pdj/∑Pdj，其中，Pdj为第j条直流的额定传输功率。故障严重度由故障清除后各换流母线的电压偏移量表征，具体计算公式如下：式(4)中，Vj0为换流母线j在故障前的电压，Vjcr为换流母线j在故障清除瞬间的电压。此外，在进行指标计算前需要先进行严重故障集筛选，该多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法还包括一种严重故障集筛选方法，首先，通过节点电压交互作用因子VIF快速判断短路故障后会导致直流换相失败的交流母线集合，然后，对集合内所有的线路设置三相N-1短路故障，通过故障仿真计算相应的故障严重度指标ωFl，选取最严重的Nf个故障形成无功备用评价指标计算所需的严重故障集。严重故障集筛选方法中，用VIF快速判断交流母线短路故障后会导致直流换相失败的具体标准如下：式(5)中，Zij为节点i与节点j间的互阻抗，Zii为节点i的自阻抗，j为换流母线节点，Ui0为母线i的电压标幺值，UiN、UjN分别为节点i、换流母线j的额定电压，ΔUji为节点i短路后换流母线j的电压跌落。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的无功备用优化方法，首先基于节点电压交互作用因子VIF及换相失败电压判据筛选交流母线集合，再由各换流母线在各短路故障清除后的电压偏移量筛选出短路故障清除后换流母线的电压偏移总量较大的若干故障场景构成严重故障集，大大降低了故障仿真扫描的工作量，提高了整个无功备用优化方法在实际大电网中应用的效率。(2)本专利技术针对多直流馈入系统无功备用的需求，提出了一种涵盖多故障场景下任一台发电机对任一条换流母线的电压稳定贡献的无功备用评价指标，故障场景覆盖了会导致任一回直流换相失败的相对严重故障，并在暂态过程中考虑轨迹灵敏度、时间权重后对发电机无功出力变化值进行积分体现了发电机在暂态过程中的无功出力变化，可以直观地体现出发电机无功备用对多直流馈入系统暂态电压稳定性的贡献，可以为电网规划人员分析发电机与换流母线的交互作用以及优化系统暂态电压稳定性提供理论依据。附图说明图1为本专利技术公开得到多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法的流程图。图2为本专利技术实施中改进的双馈入22节点系统的示意图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术公开的一多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法如图1所示。在评价多直流馈入系统发电机动态无功备用能力前，首先要进行严重故障集的筛选，严重故障集一般故障扫描的仿真结果确定，但是实际电网规模庞大，对全网进行故障扫描工作量太大，效率太低，因此有必要缩小故障扫描的范围以提高建立严重故障集的速度。直流换相失败主要原因是换流母线电压过低，通常认为换流母线电压低于0.8pu且变化速度超过0.3pu/s时则直流换相失败，换流母线电压低于0.6pu则直接判断换相失败，而当换流母线电压恢复至0.75pu时则认为直流恢复正常换相。因为VIF可以由节点阻抗矩阵求得，所以结合VIF与换相失败电压判据可以快速地判断出交流母线故障后直流是否会发生换相失败，因此，本专利技术提出如下的一种基于节点电压交互作用因子VIF的严重故障集筛选办法：1)求取目标电网节点阻抗矩阵，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，利用多直流馈入系统的节点电压交互作用因子以及换相失败电压判据确定短路后会导致直流换相失败的交流母线集合进而形成初始故障集，从初始故障集中筛选出严重故障集，计算各严重故障场景下每台发电机对任意一条换流母线的电压稳定贡献度，计算所有严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量，计算各严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量与对应严重故障场景下每台发电机对任意一条换流母线的电压稳定贡献度的乘积得到各严重故障场景下各台发电机的动态无功备用，累加各严重故障场景下各台发电机的动态无功备用得到各台发电机的动态无功备用，累加各台发电机的动态无功备用进而确定多直流馈入系统所有发电机的动态无功备用容量。

【技术特征摘要】
1.一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，利用多直流馈入系统的节点电压交互作用因子以及换相失败电压判据确定短路后会导致直流换相失败的交流母线集合进而形成初始故障集，从初始故障集中筛选出严重故障集，计算各严重故障场景下每台发电机对任意一条换流母线的电压稳定贡献度，计算所有严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量，计算各严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量与对应严重故障场景下每台发电机对任意一条换流母线的电压稳定贡献度的乘积得到各严重故障场景下各台发电机的动态无功备用，累加各严重故障场景下各台发电机的动态无功备用得到各台发电机的动态无功备用，累加各台发电机的动态无功备用进而确定多直流馈入系统所有发电机的动态无功备用容量。2.根据权利要求1所述一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，采用暂态过程中换流母线电压与发电机无功出力之间的轨迹灵敏度表征每台发电机对任意一条换流母线的电压稳定贡献度。3.根据权利要求1所述一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，采用故障清除后各换流母线的电压偏移量表征各严重故障场景在多直流馈入系统所有发电机的动态无功备用容量计算过程中的权重。4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，各严重故障场景下各台发电机在各换流母线换相失败时的暂态无功出力增量为各严重故障场景下各台发电机无功出力增量与各换流母线的节点重要度的乘积，采用各换流母线对应的直流额定传输容量与直流总传输容量的比值表征各换流母线的节点重要度。5.根据权利要求4所述一种多直流馈入系统发电机动态无功备用优化方法，其特征在于，所述各台发电机的动态无功备用由表达式：计算，其中，为多直流馈入系统第i台发电机的动态无功备用，为第i台发电机在t时刻的无功出力，为第i台发电机的稳态无功出力，S(t)ij为t时刻第i台发电机对第j条换流母线的电压稳定贡献度，ωBj为第j条换流母线的节点重要度，ωFl为第l个严重故障场景的权重，Ng、Ninv、Nf分别为多直流馈入系统中的发电机台数、直流逆变站换流母线条数、严重故障场景数目，为tk时刻第i台发电机对第j条换流母线的电压稳定贡献度，ωtk为tk时刻的时间权重，为第j条换流母线与第i台发电机在暂态过程中的轨迹灵敏度，Pdj为第j条换流母线的额定传输功率，Vj0为第j条换流母线在故障前的电压，Vjcr为第j条换流母线在故障清除瞬间的电压。6.根据权利要求5所述一种多直流馈入系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：高山，张潮，赵欣，刘宇，张一清，崔勇，赵乐，冯煜尧，郭强，张开宇，
申请(专利权)人：东南大学，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32