一种地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法技术方案

技术编号:22330923 阅读:70 留言:0更新日期:2019-10-19 12:25
本发明专利技术提供一种基于多属性决策的地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法,包括以下步骤:(1)针对地方电网与能源基地直流送端系统,建立并网模式综合评价指标体系,计算各方案的评价指标值;(2)选取评价指标的组合权重;(3)提出基于多属性决策的并网模式优选方法。该方法能够为地方电网与能源基地直流送端系统并网模式选择提供理论和技术支撑。

An optimization method for grid connection mode of DC power transmission system between local power grid and energy base

【技术实现步骤摘要】
一种地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法
本专利技术属于电力系统规划与运行领域,具体涉及一种基于多属性决策的地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法。
技术介绍
大量能源基地直流外送工程如俄罗斯-河北、蒙古-天津等投入运行,以实现清洁能源大规模、大范围、高效率优化配置。这些能源基地一般位置偏僻,装机容量大,远离送受端主网,通常直接通过直流输电系统送至受端,即孤岛接入模式。近年来,由于经济利益原因,能源基地近端的地方电网也有与能源基地直流外送系统并网的需求,但与我国电网大区域联网不同,这些地方电网规模小、网架结构弱,当采用联网接入模式运行时,地方电网虽然可以得到直流外送系统的支持,但会使得直流送端系统运行状态复杂,且可能使得送端出现较为严重的电压稳定等问题。因此,合理选择地方电网与能源基地直流送端系统并网模式,获得满足能源基地、地方电网、直流外送系统等多方的技术经济要求,是目前直流送端规划设计面临的新问题。目前对于直流输电系统的相关研究,由于大多送端系统接线简单,受端系统相对更加复杂,因而研究直流受端系统特性的成果很多。由于地方电网与能源基地直流送端系统并网模式是发展中的特殊新问题,目前相关规划指标系统研究还未有报道。关于指标体系的综合评价方法已有不少研究,目前通常使用的方法有主观赋权法和客观赋权法。对于主观赋权法,多采用层次分析法,但存在过度依赖专家意见的问题,通常采用改进层次分析法弥补该缺点。但上述改进所得到的指标权重仍是专家意见的体现,没有充分利用客观数据。因此,为了克服以上缺点,也采用客观赋权法对电网规划指标体系进行评价。该方法减少了决策者的工作量,但不适用于客观数据不足的场合。
技术实现思路
针对现有研究的不足,本专利技术提供了一种基于多属性决策的地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法,为直流系统送端并网模式选择提供参考。本
技术实现思路
说明如下。步骤一:针对地方电网与能源基地直流送端系统,建立并网模式综合评价指标体系,计算各方案的评价指标值:地方电网与能源基地直流送端系统并网模式选择具有复杂性和多面性,需要选取多个指标对评价系统进行描述。本专利技术从系统静态安全性、暂态稳定性角度建立评价系统的技术指标;以能源基地与地方电网的联络支路投资成本、送端系统网损和直流输电年均收益作为经济性指标;同时采用送端系统5、10年容量比差指标定量刻画地方电网与能源基地直流送端系统的短期和中长期发展规模,如附图2所示。本专利技术选取系统设计水平年的最大正常运行方式作为技术和经济指标的计算依据。S1:选取静态安全分析指标,包括:1)算数平均潮流裕度容量该指标用于反映地方电网与能源基地直流送端系统的运行状况和网络结构在技术上的合理性,定义为式中:Ssmax为线路的极限输送容量,一般可取热稳极限容量;Ss为线路的潮流;r为线路总数。2)静态N-1合格率该指标反映了系统安全运行能力的强弱,定义为式中:L0为系统任一线路无故障断开会导致线路、变压器过载的线路数;La为线路总数。3)几何平均短路电流裕度比该指标以送端系统母线发生三相短路为故障方式,进行短路电流计算,反映了系统母线带负荷能力的强弱,定义为式中:Ias为母线允许短路电流;Isf为母线三相短路电流;k为母线总数。4)有效短路比该指标用于反映地方电网与能源基地直流送端系统电压稳定性的强弱,可表示为式中:Sc为直流输电系统换流母线处三相短路容量;QcN为换流站交流母线电压取额定值时交流滤波器和无功补偿电容器所产生的无功功率;PdcN为直流额定功率。有效短路比ESCR越大,送端系统电压稳定性越强,对于给定的系统有一个确定的临界短路比(criticalshortcircuitratio,CSCR)作为划分直流送端系统是否正常运行的临界指标。原则上有效短路比应大于临界短路比。当ESCR<CSCR时,直流输电系统无功补偿设备附近容易出现动态过电压,抗扰动能力极弱,容易产生电压失稳等问题,系统无法正常运行。S2:选取暂态安全分析指标,包括:1)暂态N-1合格率该指标用于反映电网受到单一元件故障扰动后,其功角、电压和频率的稳定性。借鉴《电力系统安全稳定导则》,考虑故障发生概率,确定暂态N-1校验故障为①直流输电线路单极闭锁,持续10周波解锁;②直流送端系统任一线路单相瞬时接地故障重合成功;③联络线无故障断开不重合。根据系统的功角、电压和频率特征,确定暂态N-1校验判据为①在第一摇摆周期内,能源基地和地方电网中任意两台机组相对功率角,且呈减幅振荡;②送端系统受扰动后,各节点电压能在50周波内恢复到0.8p.u~1.2p.u;③故障切除后,不发生频率崩溃,频率高于52Hz的时间不超过10周波,送端系统频率恢复到48Hz~52Hz。由此可计算出以上3种故障的通过率,即暂态N-I合格率。对于孤岛接入模式,故障③不作校验。2)暂态N-2合格率该指标用于反映电网抵御较严重故障扰动的能力。与暂态N-1类似,确定暂态N-2校验故障为①直流输电线路双极闭锁,持续10周波解锁;②能源基地和地方电网的送出线路单相永久性故障重合不成功及无故障三相断开不重合。暂态N-2校验判据同暂态N-1所述,由此可计算出以上2种故障的通过率,即暂态N-2合格率。S3:选取经济性指标,包括:1)投资成本该指标主要用于评估采用不同接入模式联络线和联络变的投资费用。对于孤岛接入模式,投资成本为0。2)年损耗年损耗为ΔWZ=ΔPmaxτmax(5)式中:ΔPmax为最大负荷时直流输电系统的功率损耗;τmax为最大功率损耗时间。3)年均收益该指标用于反映高压直流输电工程每年所获得的平均收益,表示为L=PTA(6)式中:P为高压直流输电工程的平均有功功率;T为年平均运行小时数;A为上网电价。S4:选取发展规模指标。送端系统5年后容量比定义为式中:Spow(5)、Sloc(5)和Sdc(5)分别为5年规划后的能源基地发电容量、地方电网发电容量以及直流输送容量。当Sloc(5)为负数时,表示地方电网为用电区。同理可以得到送端系统10年后容量比R10。R5和R10分别用于反映短期、中长期地方电网与能源基地直流送端系统的发展规模。对于给定直流外送系统,存在最大直流输送容量,也存在设计规划最优值Ropt。在未来发展中,地方电网与能源基地的发电容量之和不能超过RoptSdc(5),且不能有过多的剩余容量,以防利用率过低。送端系统5年后容量比差定义为D5=|R5-Ropt|(8)同理可得送端系统10年后容量比差D10。D5、D10越小,送端系统的发展规模越好。S5:计算各方案的评价指标值。一般地,直流送端系统并网模式方案有2种,即联网接入模式和孤岛接入模式,依次为方案1和2,可以用上述已选取的11个评价指标对这2种方案进行定量描述。鉴于此,本专利技术首先按照上述图1中指标层所示的指标顺序对评价指标进行编号,自左至右依次为1,2,...,11,然后根据上述各个评价指标的定义,分别计算方案1和2的评价指标值xij,由此得到评价指标矩阵为X=(xij)2×11(9)其中xij表示方案i的第j个评价指标值,i=1,2;j=1,2,...,11。步骤二:选取评价指标的组合权重:并网模式的优选实质是考虑技术、经济和发展规模影响的多目标评价问题。由本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:针对地方电网与能源基地直流送端系统,建立并网模式综合评价指标体系,计算各方案的评价指标值;步骤二:选取评价指标的组合权重;步骤三:提出基于多属性决策的并网模式优选方法。

【技术特征摘要】
1.一种地方电网与能源基地直流送端系统并网模式优选方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:针对地方电网与能源基地直流送端系统,建立并网模式综合评价指标体系,计算各方案的评价指标值;步骤二:选取评价指标的组合权重;步骤三:提出基于多属性决策的并网模式优选方法。2.根据权利要求1所述的并网模式优选方法,其特征在于,所述步骤一的具体步骤是:地方电网与能源基地直流送端系统并网模式选择具有复杂性和多面性,需要选取多个指标对评价系统进行描述。本发明从系统静态安全性、暂态稳定性角度建立评价系统的技术指标;以能源基地与地方电网的联络支路投资成本、送端系统网损和直流输电年均收益作为经济性指标;同时采用送端系统5、10年容量比差指标定量刻画地方电网与能源基地直流送端系统的短期和中长期发展规模,如附图2所示。本发明选取系统设计水平年的最大正常运行方式作为技术和经济指标的计算依据。S1:选取静态安全分析指标,包括:1)算数平均潮流裕度容量该指标用于反映地方电网与能源基地直流送端系统的运行状况和网络结构在技术上的合理性,定义为式中:Ssmax为线路的极限输送容量,一般可取热稳极限容量;Ss为线路的潮流;r为线路总数。2)静态N-1合格率该指标反映了系统安全运行能力的强弱,定义为式中:L0为系统任一线路无故障断开会导致线路、变压器过载的线路数;La为线路总数。3)几何平均短路电流裕度比该指标以送端系统母线发生三相短路为故障方式,进行短路电流计算,反映了系统母线带负荷能力的强弱,定义为式中:Ias为母线允许短路电流;Isf为母线三相短路电流;k为母线总数。4)有效短路比该指标用于反映地方电网与能源基地直流送端系统电压稳定性的强弱,可表示为式中:Sc为直流输电系统换流母线处三相短路容量;QcN为换流站交流母线电压取额定值时交流滤波器和无功补偿电容器所产生的无功功率;PdcN为直流额定功率。有效短路比ESCR越大,送端系统电压稳定性越强,对于给定的系统有一个确定的临界短路比(criticalshortcircuitratio,CSCR)作为划分直流送端系统是否正常运行的临界指标。原则上有效短路比应大于临界短路比。当ESCR<CSCR时,直流输电系统无功补偿设备附近容易出现动态过电压,抗扰动能力极弱,容易产生电压失稳等问题,系统无法正常运行。S2:选取暂态安全分析指标,包括:1)暂态N-1合格率该指标用于反映电网受到单一元件故障扰动后,其功角、电压和频率的稳定性。借鉴《电力系统安全稳定导则》,考虑故障发生概率,确定暂态N-1校验故障为①直流输电线路单极闭锁,持续10周波解锁;②直流送端系统任一线路单相瞬时接地故障重合成功;③联络线无故障断开不重合。根据系统的功角、电压和频率特征,确定暂态N-1校验判据为①在第一摇摆周期内,能源基地和地方电网中任意两台机组相对功率角,且呈减幅振荡;②送端系统受扰动后,各节点电压能在50周波内恢复到0.8p.u~1.2p.u;③故障切除后,不发生频率崩溃,频率高于52Hz的时间不超过10周波,送端系统频率恢复到48Hz~52Hz。由此可计算出以上3种故障的通过率,即暂态N-I合格率。对于孤岛接入模式,故障③不作校验。2)暂态N-2合格率该指标用于反映电网抵御较严重故障扰动的能力。与暂态N-1类似,确定暂态N-2校验故障为①直流输电线路双极闭锁,持续10周波解锁;②能源基地和地方电网的送出线路单相永久性故障重合不成功及无故障三相断开不重合。暂态N-2校验判据同暂态N-1所述,由此可计算出以上2种故障的通过率,即暂态N-2合格率。S3:选取经济性指标,包括:1)投资成本该指标主要用于评估采用不同接入模式联络线和联络变的投资费用。对于孤岛接入模式,投资成本为0。2)年损耗年损耗为ΔWZ=ΔPmaxτmax(5)式中:ΔPmax为最大负荷时直流输电系统的功率损耗;τmax为最大功率损耗时间。3)年均收益该指标用于反映高压直流输电工程每年所获得的平均收益,表示为L=PTA(6)式中:P为高压直流输电工程的平均有功功率;T为年平均运行小时数;A为上网电价。S4:选取发展规模指标。送端系统5年后容量比定义为式中:Spow(5)、Sloc(5)和Sdc(5)分别为5年规划后的能源基地发电容量、地方电网发电容量以及直流输送容量。当Sloc(5)为负数时,表示地方电网为用电区。同理可以得到送端系统10年后容量比R10。R5和R10分别用于反映短期、中长期地方电网与能源基地直流送端系统的发展规模。对于给定直流外送系统,存在最大直流输送容量,也存在设计规划最优值Ropt。在未来发展中,地方电网与能源基地的发电容量之和...

【专利技术属性】
技术研发人员:林俐倪润年蔡雪瑄费宏运陈杏林张玉顾嘉肖舒
申请(专利权)人:华北电力大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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