一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法技术

本发明专利技术公开了一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，具体为：首先，提出互联的分区220kV电网最大供电能力的定义，建立互联电网供电能力评估数学模型。其次，采用改进K

【技术实现步骤摘要】
一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法


[0001]本专利技术涉及一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，属于电力系统规划领域。

技术介绍

[0002]目前大型城市交流电网基本建成500kV双环网为骨干，220kV分区运行的网架结构。该网架在满足城市电网安全供电需求的同时，也存在一些安全性问题：
①
以抑制短路电流超标为目标的电磁环网解环措施降低了分区供电可靠性
②
中心城区因环保约束关停常规发电机组，电压无功控制能力下降；
③
土地资源紧张致使增加供电设备容量和电能输送通道困难。基于电压源换流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流输电技术具有有功和无功功率解耦控制，可为系统提供动态无功支撑。柔性直流输电采用埋地式直流电缆，无需占用输电走廊，且换流站占地少。结合柔性直流技术优势，将其应用于城市电网多分区互联，能够有效缓解城市电网发展过程中暴露出的问题。但考虑到柔性互联换流器的实现主要基于价格较为高昂的全控型电力电子器件，因此合理的定容方法将有效提升换流器的效费比。
[0003]近年来，对柔性互联换流站的定容问题研究较少。目前，柔性互联换流站的有功容量主要根据分区内故障后，消除元件过载所需的有功支援来确定；无功容量根据分区内发生暂态故障后，母线电压恢复至规定水平所需的动态无功来确定。然而，城市电网输变电设备难以及时扩容，供电能力提升受限，但现有换流站有功定容方法，均未计及互联后城市电网达到最大供电能力TSC(Total power
‑
Supply Capability)时，对换流站有功容量的需求。而且在分区负荷典型水平下获得的供电能力评估更加准确。此外，现有换流站的无功定容方法，均忽略了感应电机在负荷模型中占有的比例。在电网正常运行时，感应电机是分区电网无功功率消耗的主体，且在故障恢复阶段，感应电机滑差急剧增大，从电网吸收大量无功功率，换流站需提供无功差额，才能稳定母线电压。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：提出一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，该定容方法可满足互联城市电网达到最大供电能力和不同比例感应电机在暂态故障下的无功需求。
[0005]所述城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1)首先提出互联的分区220kV电网最大供电能力的定义为：针对区域内发电厂任一出力状态，计及分区换流站有功支援作用，满足互联交流电网N
‑
1和分区换流站构成的直流电网N
‑
1静态安全性约束的电网最大可供负荷，并建立互联电网供电能力评估模型；
[0007]步骤2)根据所述互联电网供电能力评估模型，采用改进K
‑
means聚类获取互联分区典型负荷水平；
[0008]步骤3)根据步骤2)中所求解的典型负荷水平下互联分区的供电能力，以互联分区
达到最大供电能力和消除分区元件过载为目标，确定换流站有功容量；结合负荷模型中感应电动机负荷比例对换流站无功定容的影响，以分区发生暂态故障后的母线电压恢复至规定水平为目标，确定换流站的无功容量；最终根据所述有功容量与无功容量获取该互联分区的换流站的容量。
[0009]所述城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法的进一步设计在于，设定需要评估供电能力的互联分区共有c片，各片分区的编号k为1,2,
…
,c，其中第k片分区包含的220kV负荷节点数目为c
k
，则位于该片分区的各个节点编号i为1,2,
…
,c
k
，根据式(1)建立所述互联电网供电能力评估模型的目标函数：
[0010][0011]式(1)中，P
TSC
为互联分区电网最大供电能力；P
L,ki
为位于第k片分区的第i号节点接入的负荷值。
[0012]所述城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法的进一步设计在于，设定所述互联电网供电能力评估模型的目标函数的约束条件包括：
[0013]交流潮流约束：
[0014][0015]式(2)中，与分别表示第w个故障情况下第k片分区节点i净注入的有功和无功；V
ki
和V
kj
为节点i,j的电压幅值；θ
k,ij
表示支路ij的电压相角差；和分别为节点导纳矩阵相应的实部和虚部；i∈j表示所有与节点i直接相连的节点；Φ为电网N
‑
1预想事故集合。
[0016]直流潮流约束：
[0017][0018]式(3)中，P
dc,i
为直流节点i的注入功率；V
dc,i
,V
dc,j
为节点i,j的直流电压；G
dc,ij
节点i,j之间支路的电导。
[0019]支路安全约束：
[0020]支路包括220kV线路与500kV主变，包括电网基态和N
‑
1预想事故两种情况下安全约束，电网基态下支路约束表示为：
[0021][0022]式(4)中，为基态情况下，第k片分区节点i和节点j间支路有功功率；为该支路能够输送的热稳定极限值；为基态运行方式下第k片分区支路的控制系数；
[0023]N
‑
1预想事故情况下支路约束表示为：
[0024][0025]式(5)中，为第w个预想事故情况下，节点i和节点j间支路的有功功率；为第
w个预想事故情况下，支路的控制系数；
[0026]节点电压幅值约束：
[0027][0028]式(6)中，和分别为k分区节点i电压幅值的下限和上限。
[0029]换流站有功平衡约束：
[0030][0031]式(7)中，P
dc,
k为位于第k片分区换流站注入的有功功率；和分别为换流站和直流线路传输功率引起的损耗。
[0032]所述城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法的进一步设计在于，所述步骤2)中设定互联分区电网共有D个220kV负荷节点，在第t小时的负荷矢量为X
t
＝(L
t1
,L
t2
,
…
,L
tD
)，(t＝1,2,
…
,M)，所述改进K
‑
means聚类算法将M个负荷矢量分为K类负荷水平，(p＝1,2,
…
,K)，每类负荷用其聚类收敛后的类均值矢量M
p
表示具体包括如下步骤：
[0033]步骤2
‑
1)根据式(8)引入参考负荷矢量X0，计算X
t
与X0的距离d(X
t
,X0)，记为d
Xt
，并根据距离对负荷矢量重新编号；
[0034]d
Xt
＝d(X
t
,X0)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1)首先提出互联的分区220kV电网最大供电能力的定义为：针对区域内发电厂任一出力状态，计及分区换流站有功支援作用，满足互联交流电网N
‑
1和分区换流站构成的直流电网N
‑
1静态安全性约束的电网最大可供负荷，并建立互联电网供电能力评估模型；步骤2)根据所述互联电网供电能力评估模型，采用改进K
‑
means聚类获取互联分区典型负荷水平；步骤3)根据步骤2)中所求解的典型负荷水平下互联分区的供电能力，以互联分区达到最大供电能力和消除分区元件过载为目标，确定换流站有功容量；结合负荷模型中感应电动机负荷比例对换流站无功定容的影响，以分区发生暂态故障后的母线电压恢复至规定水平为目标，确定换流站的无功容量；最终根据所述有功容量与无功容量获取该互联分区的换流站的容量。2.根据权利要求1所述的城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，其特征在于：设定需要评估供电能力的互联分区共有c片，各片分区的编号k为1,2,
…
,c，其中第k片分区包含的220kV负荷节点数目为c
k
，则位于该片分区的各个节点编号i为1,2,
…
,c
k
，根据式(1)建立所述互联电网供电能力评估模型的目标函数：式(1)中，P
TSC
为互联分区电网最大供电能力；P
L,ki
为位于第k片分区的第i号节点接入的负荷值。3.根据权利要求1所述的城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，其特征在于：设定所述互联电网供电能力评估模型的目标函数的约束条件包括：交流潮流约束：式(2)中，与分别表示第w个故障情况下第k片分区节点i净注入的有功和无功；V
ki
和V
kj
为节点i,j的电压幅值；θ
k,ij
表示支路ij的电压相角差；和分别为节点导纳矩阵相应的实部和虚部；i∈j表示所有与节点i直接相连的节点；Φ为电网N
‑
1预想事故集合；直流潮流约束：式(3)中，P
dc,i
为直流节点i的注入功率；V
dc,i
,V
dc,j
为节点i,j的直流电压；G
dc,ij
节点i,j之间支路的电导；支路安全约束：支路包括220kV线路与500kV主变，包括电网基态和N
‑
1预想事故两种情况下安全约束，电网基态下支路约束表示为：
式(4)中，为基态情况下，第k片分区节点i和节点j间支路有功功率；为该支路能够输送的热稳定极限值；为基态运行方式下第k片分区支路的控制系数；N
‑
1预想事故情况下支路约束表示为：式(5)中，为第w个预想事故情况下，节点i和节点j间支路的有功功率；为第w个预想事故情况下，支路的控制系数；节点电压幅值约束：式(6)中，和分别为k分区节点i电压幅值的下限和上限；换流站有功平衡约束：式(7)中，P
dc,k
为位于第k片分区换流站注入的有功功率；和分别为换流站和直流线路传输功率引起的损耗。4.根据权利要求1所述的城市电网多分区柔性互联换流站的定容方法，其特征在于：所述步骤2)中设定互联分区电网共有D个220kV负荷节点，在第t小时的负荷矢量为X
t
＝(L
t1
,L
t2
,
…
,L
tD
)，(t＝1,2,
…
,M)，所述改进K
‑
means聚类算法将M个负荷矢量分为K类负荷水平，(p＝1,2,
…
,K)，每类负荷用其聚类收敛后的类均值矢量M
p
表示具体包括如下步骤：步骤2
‑
1)根据式(8)引入参考负荷矢量X0，计算X
t
与X0的距离d(X
t
,X0)，记为并根据距离对负荷矢量重新编号；步骤2
‑
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦飞，蔡晖，汪惟源，程锦闽，刘柏良，祁万春，许偲轩，韩杏宁，赵菲菲，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院国家电网有限公司南京工程学院，
类型：发明
国别省市：