用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统运行控制技术领域，具体涉及用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法。方法包括：分析高压直流输电系统换流器的无功电压特性，建立对应的换流器模型；基于换流器模型建立对应的最优潮流问题；然后求解对应的最优潮流问题，得到高压直流输电系统换流站的等效无功电压控制特性；分析换流站的等效无功电压控制特性并对其进行分段线性化表达，得到对应的无功电压特性近似表达式；通过对应的无功电压特性近似表达式替换最优潮流问题，结合设置的变量上下限约束建立对应的电压安全域优化问题；然后求解对应的电压安全域优化问题，得到对应的电压安全域。本发明专利技术的电压安全域评估方法能够提高电压安全域计算的准确性和效率。的准确性和效率。的准确性和效率。

【技术实现步骤摘要】
用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法


[0001]本专利技术涉及电力系统运行控制
，具体涉及用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法。

技术介绍

[0002]作为最流行的远距离传输大规模电力的技术之一，基于线路换向换流器(LCC)和电压源换向换流器(VSC)的高压直流输电(HVDC)系统，具有成本低、损耗小、稳定性好、传输效率高以及可控性好等优点，在风能等新能源并网方面具有独特的优势。但是，高压直流输电系统会对近区电网的无功电压产生较大影响，所以实现电网的安全预防控制、在线评估电网安全裕度至关重要。其中，安全域(security region)是指为满足系统安全约束的注入功率、电压、相角等状态变量集合。安全域分析法主要是通过计算运行点安全域的边界表达式，然后对比当前运行点在安全域中所处的位置，从而得出系统是否安全的结论。
[0003]针对电压安全域评估的问题，公开号为CN113517713B的中国专利公开了《一种适用于交直流混联系统的静态电压安全域评估方法及装置》，其方法包括：首先基于交直流系统数学模型计算了系统正常状态下的潮流；将系统功率平衡方程进行泰勒展开，忽略对电压变化影响较小的高次项得出电压变化的快速计算公式；基于区域内的各种严重事故，将其等值为相应扰动分别计算出电压变化；综合各事故下的电压变化取最值，根据规定的电压上下限确定各节点的静态电压安全域。
[0004]上述现有方案中的电压安全域评估方法主要考虑交直流混联系统的运行特征，应用与交直流系统的潮流计算方法。申请人发现，与交直流混联系统不同的是，高压直流输电系统发送端和接收端的直流换流站消耗的大部分无功功率由滤波器提供，使得在发送端发生隔直故障时，不能立即关闭冗余滤波器组，发送端的输电线路将处于轻载状态，这将导致整个电网的电压浪涌波及附近的新能源站，最终导致一连串的电网事故。也就是说，高压直流输电系统存在控制端和受控端无功电压控制特性复杂，以及考虑安全约束的最优潮流问题求解困难等问题，导致电压安全域计算的准确性难以保证。同时，高压直流输电系统在考虑暂态稳定约束的最优潮流问题中，非线性约束过于复杂，导致电压安全域计算的效率较低。因此，如何设计一种能够兼顾电压安全域计算准确性和效率的方法是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，以能够有效解决高压直流输电系统控制端和受控端无功电压控制特性复杂、考虑安全约束的最优潮流问题求解困难以及考虑暂态稳定约束的最优潮流问题中非线性约束复杂的问题，从而能够提高电压安全域计算的准确性和效率。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，包括以下步骤：
[0008]S1：分析高压直流输电系统换流器的无功电压特性，建立对应的换流器模型；
[0009]S2：基于换流器模型建立对应的最优潮流问题；然后求解对应的最优潮流问题，得到高压直流输电系统换流站的等效无功电压控制特性；
[0010]S3：分析换流站的等效无功电压控制特性并对其进行分段线性化表达，得到对应的无功电压特性近似表达式；
[0011]S4：通过对应的无功电压特性近似表达式替换最优潮流问题，结合设置的变量上下限约束建立对应的电压安全域优化问题；然后求解对应的电压安全域优化问题，得到对应的电压安全域。
[0012]优选的，用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法还包括：
[0013]S5：当电压安全域小于设置的最小电压安全域宽度阈值时，基于最小电压安全域宽度阈值计算对应的最小动态无功储备，用以修正电压安全域。
[0014]优选的，步骤S1中，换流器模型包括线路换向换流器模型和电压源换向换流器模型；
[0015]通过如下公式表示线路换向换流器模型：
[0016][0017][0018][0019][0020]式中：U表示电压；I表示电流；T表示抽头比；X表示线路换向换流器的阻抗；P表示线路换向换流器的有功功率；Q表示线路换向换流器的无功功率；α表示触发角；表示工作角度；上标DC和AC分别表示直流和交流的相关变量；下标LCC表示线路换向换流器的相关参数；
[0021]通过如下公式表示电压源换向换流器模型：
[0022][0023][0024]式中：P表示线路换向换流器的有功功率；Q表示线路换向换流器的无功功率；U表示电压；M表示PWM的占空比；X表示线路换向换流器的阻抗；δ表示发电机功角，取值范围为[0,2π]；上标DC和AC分别表示直流和交流的相关变量；下标VSC表示电压源换向换流器的相关参数。
[0025]优选的，在线路换向换流器模型中：
[0026][0027]α
min
≤α≤α
min
+xα
max
‑
xα
min
；
[0028]γ
min
≤γ≤
max
‑
xγ
max
+xγ
min
[0029]式中：x表示设置的虚拟变量，取1或0；α
min
表示触发角的最小值；α
max
表示触发角的最大值；γ表示熄弧角，γ
min
表示熄弧角的最小值，γ
max
表示熄弧角的最大值；
[0030]在电压源换向换流器模型中：
[0031]M
min
≤M≤M
max
；
[0032][0033][0034]式中：M
min
表示占空比的最小值；M
max
表示占空比的最大值；表示电压源换向换流器视在功率的最大值；表示电压源换向换流器交流电压的最小值；表示电压源换向换流器交流电压的最大值。
[0035]优选的，步骤S2中，通过如下公式表示最优潮流问题，并通过步进搜索算法求解得到对应的等效无功电压控制特性；
[0036][0037][0038][0039][0040]式中：Q
EX
表示外部交换功率的下限；表示外部交换功率的上限；表示线路换向换流器交流母线的电压下限；表示线路换向换流器交流母线的电压上限；表示电压源换向换流器交流母线的下限；表示电压源换向换流器交流母线的上限；表示外部交流母线的电压值；表示外部换流母线的电压值；Q
EX
表示外部交换功率；表示线路换向换流器交流母线电压；表示电压源换向换流器交流母线电压；表示外部交流母线的电压值。
[0041]优选的，步骤S3中，通过自适应线性化边界回归方法分析换流站的等效无功电压控制特性，进而实现分段线性化表达；
[0042]自适应线性化边界回归方法包括：首先将等效无功电压控制特性的曲线按照设置的步长分成若干段，并计算每一段的斜率；然后再将多段组合成一段后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分析高压直流输电系统换流器的无功电压特性，建立对应的换流器模型；S2：基于换流器模型建立对应的最优潮流问题；然后求解对应的最优潮流问题，得到高压直流输电系统换流站的等效无功电压控制特性；S3：分析换流站的等效无功电压控制特性并对其进行分段线性化表达，得到对应的无功电压特性近似表达式；S4：通过对应的无功电压特性近似表达式替换最优潮流问题，结合设置的变量上下限约束建立对应的电压安全域优化问题；然后求解对应的电压安全域优化问题，得到对应的电压安全域。2.如权利要求1所述的用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，其特征在于，还包括：S5：当电压安全域小于设置的最小电压安全域宽度阈值时，基于最小电压安全域宽度阈值计算对应的最小动态无功储备，用以修正电压安全域。3.如权利要求1所述的用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，其特征在于：步骤S1中，换流器模型包括线路换向换流器模型和电压源换向换流器模型；通过如下公式表示线路换向换流器模型：通过如下公式表示线路换向换流器模型：通过如下公式表示线路换向换流器模型：通过如下公式表示线路换向换流器模型：式中：U表示电压；I表示电流；T表示抽头比；X表示线路换向换流器的阻抗；P表示线路换向换流器的有功功率；Q表示线路换向换流器的无功功率；α表示触发角；表示工作角度；上标DC和AC分别表示直流和交流的相关变量；下标LCC表示线路换向换流器的相关参数；通过如下公式表示电压源换向换流器模型：通过如下公式表示电压源换向换流器模型：式中：P表示线路换向换流器的有功功率；Q表示线路换向换流器的无功功率；U表示电压；M表示PWM的占空比；X表示线路换向换流器的阻抗；δ表示发电机功角，取值范围为[0,2π]；上标DC和AC分别表示直流和交流的相关变量；下标VSC表示电压源换向换流器的相关参数。4.如权利要求3所述的用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，其特征在于：在线路换向换流器模型中：
式中：x表示设置的虚拟变量，取1或0；α
min
表示触发角的最小值；α
max
表示触发角的最大值；γ表示熄弧角，γ
min
表示熄弧角的最小值，γ
max
表示熄弧角的最大值；在电压源换向换流器模型中：M
min
≤M≤M
max
；；式中：M
min
表示占空比的最小值；M
max
表示占空比的最大值；表示电压源换向换流器视在功率的最大值；表示电压源换向换流器交流电压的最小值；表示电压源换向换流器交流电压的最大值。5.如权利要求1所述的用于高压直流输电系统的电压安全域评估方法，其特征在于：步骤S2中，通过如下公式表示最优潮流问题，并通过步进搜索算法求解得到对应的等效无功电压控制特性；电压控制特性；电压控制特性；电压控制特性；式中：Q
EX
表示外部交换功率的下限；表示外部交换功率的上限；表示线路换向换流器交流母线的电压下限；表示线路换向换流器交流母线的电压上限；表示电压源换向换流器交流母线的下限；表示电压源换向换流器交流母线的上限；表示外部交流母线的电压值；表示外部换流母线的电压值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛涛，薛霖，李博，李凡，田林轩，武文国，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网重庆市电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：