[發明專利]一種交直流動態交互無功影響范圍評估方法

在審

• 申請號: 201510675992.2
• 申請日: 2015-10-16
• 公開（公告）號: CN105186540A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 金小明;張東輝;周保榮;蔡澤祥;田得良;洪潮;楊歡歡;朱林;程蘭芬
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;華南理工大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 何傳鋒

技術領域

本發明涉及電網運行控制技術，更具體地說，涉及一種交直流動態交互無功影響范圍評估方法。

背景技術

隨著高壓以及特高壓直流輸電技術的發展和應用，在交直流互聯大電網背景下，交流系統和直流系統之間復雜的動態無功對整個電網暫態電壓穩定方面的影響將格外突出，明確動態交互無功對交流側的影響范圍對保障電網的安全穩定運行具有重要意義。在交直流混聯電網中直流的總無功需求是非常巨大的，直流系統在正常運行中消耗的無功約占輸送有功功率的40％至60％，若在直流系統換流母線處發生故障，電壓的急劇下降導致逆變站無功補償裝置不能提供足夠的無功功率，需要從交流電網吸取大量的無功功率，可能會破壞電力網絡中無功功率的動態平衡，最終導致電壓失穩，對電網的安全穩定運行產生重要影響。

目前，關于交直流系統動態交互無功影響范圍主要集中在將大量分散的負荷進行集中等值來求解，而對于交直流系統動態交互無功影響范圍評估尚無一套完整、系統的方法。

發明內容

為了使交直流系統動態交互無功對交流電網的影響范圍有一個準確、完整的表征方法，本發明提出基于電磁暫態PSCAD/EMTDC仿真的交直流交互無功影響范圍評估方法，使得交直流交換無功對交流電網的影響范圍、程度準確量化，邊界清晰化，具有一般性和通用性，提高交直流互聯電網運行的穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供了一種交直流動態交互無功影響范圍評估方法，所述評估方法包括如下步驟，

步驟1、仿真計算最小換流母線電壓值；

步驟2、確定交直流交換無功對交流系統的影響范圍；

步驟3、性能評價。

進一步地，所述步驟1包括：利用PSCAD/EMTDC、RTDS等電磁暫態仿真程序，通過建立交直流混合系統的詳細模型，在某一直流系統逆變站的換流母線上做仿真最嚴重的三相金屬性接地故障，計算使直流系統落點處換流母線最小電壓值。

進一步地，所述步驟2包括：在直流系統逆變站換流母線故障后，以距離直流落點的電氣距離為標準，對直流落點附近的交流節點母線電壓、電動機轉速-轉矩特性進行遍歷掃描；當某交流節點母線電壓有效值等于在初始值，即可認為這個節點處在此時交直流動態交互無功對交流電網影響的邊界上；在這些交流節點以內靠近直流系統落點處，即交流節點的母線電壓有效值小于初始值區域內是交直流交換無功對交流電網的影響范圍，此節點以外的區域可以認為不受交直流交換無功的影響，從而可以確定交直流交換無功對交流系統的影響范圍。

進一步地，所述步驟3包括：通過比較以上得出的交直流無功交互影響范圍以外交流電網各個節點的電壓降落情況，理論結果為影響范圍外的所有節點不會出現電壓偏離正常值情況，范圍以內可能會有節點電壓低于正常值，電動機負荷降速等情況出現；基于此標準，可以對此交直流系統動態交互無功影響范圍的評估方法可靠性作出評價。

交直流互聯電網中，當直流系統換流母線處發生故障時(經過實驗驗證，最為嚴重的情況為三相金屬性接地)，電壓的急劇下降導致逆變站就地無功補償裝置提供的無功大大減少，以最為常見的電容器補償為例，其所能提供的無功功率和其兩端電壓滿足以下關系：

Q=U2C---(1)]]>

因此，電容器能夠提供的無功功率是和電壓的平方成正比的，換流站母線電壓下降導致的直流系統無功功率出現大量缺額只能靠受端交流電網提供，如果受端交流系統較為薄弱，電壓支撐能力不足，會使得電力系統沒有能力維持無功功率的動態平衡，進而導致電力系統部分節點電壓偏離電壓允許誤差值。實際工程中，對于220kV及以上的交流系統，電壓的偏差要控制在±5％以內，如果電壓低于這一數值，對于電網中主要負荷電動機會出現輸出轉矩降低、定子電流增大，失速等問題。

系統的網絡結構及其運行狀態可由雅克比矩陣體現，利用雅克比矩陣導出無功沖擊與電壓降落的關系。通過對電壓和功角解耦，擴展或者降階雅克比矩陣，進而利用矩陣的奇異性判斷系統的電壓降落的模式。潮流雅克比矩陣為