一种交直流动态交互无功影响范围评估方法技术

本发明专利技术公开了一种交直流动态交互无功影响范围评估方法，包括：1、仿真计算最小换流母线电压值；2、确定交直流交换无功对交流系统的影响范围；3、性能评价。本发明专利技术所提出的评估方法，结合了雅克比扩展矩阵的精确计算和电磁暂态程序PSCAD/EMTDC、RTDS的直观有效，实现了直流系统无功冲击对交流网络影响范围的快速、准确判别。为实际交直流互联电网中动态交互无功的影响边界提供了一种简单高效的方法，对于系统运行人员掌握、评估直流无功冲击对交流系统的影响，定向改善交流网络电压支撑能力，减少在直流系统故障过程中引起的电压偏离正常值区域，减少对电力系统负荷的影响，保障交直流互联电网的安全稳定运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网运行控制技术，更具体地说，涉及一种交直流动态交互无功影响 范围评估方法。
技术介绍
随着高压以及特高压直流输电技术的发展和应用，在交直流互联大电网背景下， 交流系统和直流系统之间复杂的动态无功对整个电网暂态电压稳定方面的影响将格外突 出，明确动态交互无功对交流侧的影响范围对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。在 交直流混联电网中直流的总无功需求是非常巨大的，直流系统在正常运行中消耗的无功约 占输送有功功率的40%至60%，若在直流系统换流母线处发生故障，电压的急剧下降导致 逆变站无功补偿装置不能提供足够的无功功率，需要从交流电网吸取大量的无功功率，可 能会破坏电力网络中无功功率的动态平衡，最终导致电压失稳，对电网的安全稳定运行产 生重要影响。目前，关于交直流系统动态交互无功影响范围主要集中在将大量分散的负荷进行 集中等值来求解，而对于交直流系统动态交互无功影响范围评估尚无一套完整、系统的方 法。
技术实现思路
为了使交直流系统动态交互无功对交流电网的影响范围有一个准确、完整的表征 方法，本专利技术提出基于电磁暂态PSCAD/EMTDC仿真的交直流交互无功影响范围评估方法， 使得交直流交换无功对交流电网的影响范围、程度准确量化，边界清晰化，具有一般性和通 用性，提高交直流互联电网运行的稳定性。 为了实现上述目的，本专利技术提供了， 所述评估方法包括如下步骤， 步骤1、仿真计算最小换流母线电压值； 步骤2、确定交直流交换无功对交流系统的影响范围； 步骤3、性能评价。 进一步地，所述步骤1包括：利用PSCAD/EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真程序，通过建 立交直流混合系统的详细模型，在某一直流系统逆变站的换流母线上做仿真最严重的三相 金属性接地故障，计算使直流系统落点处换流母线最小电压值。 进一步地，所述步骤2包括：在直流系统逆变站换流母线故障后，以距离直流落点 的电气距离为标准，对直流落点附近的交流节点母线电压、电动机转速-转矩特性进行遍 历扫描；当某交流节点母线电压有效值等于在初始值，即可认为这个节点处在此时交直流 动态交互无功对交流电网影响的边界上；在这些交流节点以内靠近直流系统落点处，即交 流节点的母线电压有效值小于初始值区域内是交直流交换无功对交流电网的影响范围，此 节点以外的区域可以认为不受交直流交换无功的影响，从而可以确定交直流交换无功对交 流系统的影响范围。 进一步地，所述步骤3包括：通过比较以上得出的交直流无功交互影响范围以外 交流电网各个节点的电压降落情况，理论结果为影响范围外的所有节点不会出现电压偏离 正常值情况，范围以内可能会有节点电压低于正常值，电动机负荷降速等情况出现；基于此 标准，可以对此交直流系统动态交互无功影响范围的评估方法可靠性作出评价。 交直流互联电网中，当直流系统换流母线处发生故障时（经过实验验证，最为严 重的情况为三相金属性接地），电压的急剧下降导致逆变站就地无功补偿装置提供的无功 大大减少，以最为常见的电容器补偿为例，其所能提供的无功功率和其两端电压满足以下 关系：:⑴ 因此，电容器能够提供的无功功率是和电压的平方成正比的，换流站母线电压下 降导致的直流系统无功功率出现大量缺额只能靠受端交流电网提供，如果受端交流系统较 为薄弱，电压支撑能力不足，会使得电力系统没有能力维持无功功率的动态平衡，进而导致 电力系统部分节点电压偏离电压允许误差值。实际工程中，对于220kV及以上的交流系统， 电压的偏差要控制在±5%以内，如果电压低于这一数值，对于电网中主要负荷电动机会出 现输出转矩降低、定子电流增大，失速等问题。 系统的网络结构及其运行状态可由雅克比矩阵体现，利用雅克比矩阵导出无功冲 击与电压降落的关系。通过对电压和功角解耦，扩展或者降阶雅克比矩阵，进而利用矩阵的 奇异性判断赛缔的由压路莰的摁忒"潮流雅迮hk钽陈为 龙厢由右亦的前坦1Cm右裔#的由甩雅克比矩阵 从简化的电压雅可比矩阵，即可获得无功冲击与节点电压的变化情况之间的关 系，即， 依托直流的动态无功的幅值分析，可以获取直流受扰后暂态最大无功冲击AQ。然 后利用上式可计算确定所影响的节点及其电压情况，从而实现交直流交互无功对交流电网 影响程度和范围的度量。 针对上述计算结果，通过在PSCAD/EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真软件中搭建好详 尽的仿真模型后，可以对交直流交互无功对交流电网影响范围进行评估，作出影响范围的 相关评价。 本专利技术所提出的交直流系统动态交互无功影响范围性能评估方法，结合了雅克比 扩展矩阵的精确计算和电磁暂态程序PSCAD/EMTDC、RTDS的直观有效，实现了直流系统无 功冲击对交流网络影响范围的快速、准确判别。为实际交直流互联电网中动态交互无功的 影响边界提供了一种简单高效的方法，对于电力系统运行人员掌握、评估直流无功冲击对 交流系统的影响，定向改善交流网络电压支撑能力，减少在直流系统故障过程中引起的电 压偏离正常值区域，减少对电力系统负荷的影响，保障交直流互联电网的安全稳定运行具 有重要意义。【附图说明】 图1是交直流交互无功对交流电网影响范围的仿真和解析方法示意图； 图2是本专利技术中一实施例的实现流 程不意图； 图3是本专利技术中一实施例的评估系 统架构图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图 和【具体实施方式】，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实 施方式仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。 本专利技术提供了，所述评估方法包括如 下步骤， 步骤1、仿真计算最小换流母线电压值； 步骤2、确定交直流交换无功对交流系统的影响范围； 步骤3、性能评价。 进一步地，所述步骤1包括：利用PSCAD/EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真程序，通过建 立交直流混合系统的详细模型，在某一直流系统逆变站的换流母线上做仿真最严重的三相 金属性接地故障，计算使直流系统落点处换流母线最小电压值。 进一步地，所述步骤2包括：在直流系统逆变站换流母线故障后，以距离直流落点 的电气距离为标准，对直流落点附近的交流节点母线电压、电动机转速-转矩特性进行遍 历扫描；当某交流节点母线电压有效值等于在初始值，即可认为这个节点处在此时交直流 动态交互无功对交流电网影响的边界上；在这些交流节点以内靠近直流系统落点处，即交 流节点的母线电压有效值小于初始值区域内是交直流交换无功对交流电网的影响范围，此 节点以外的区域可以认为不受交直流交换无功的影响，从而可以确定交直流交换无功对交 流系统的影响范围。 进一步地，所述步骤3包括：通过比较以上得出的交直流无功交互影响范围以外 交流电网各个节点的电压降落情况，理论结果为影响范围外的所有节点不会出现电压偏离 正常值情况，范围以内可能会有节点电压低于正常值，电动机负荷降速等情况出现；基于此 标准，可以对此交直流系统动态交互无功影响范围的评估方法可靠性作出评价。...

【技术保护点】
一种交直流动态交互无功影响范围评估方法，其特征在于，所述评估方法包括如下步骤，步骤1、仿真计算最小换流母线电压值；步骤2、确定交直流交换无功对交流系统的影响范围；步骤3、性能评价。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金小明，张东辉，周保荣，蔡泽祥，田得良，洪潮，杨欢欢，朱林，程兰芬，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44