[發明專利]多端VSC-HVDC并網系統的可靠性計算方法

有效

• 申請號: 201510770998.8
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN105356494B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 黃瑩;胡博;李凌飛;謝開貴;黎小林;彭呂斌;李歡;李昌林;李江山
• 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
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 何傳鋒

本發明提供了一種多端VSC?HVDC并網系統的可靠性計算方法，其包括如下步驟：A、采用解析法對多端VSC?HVDC并網系統進行子系統劃分及可靠性建模；B、建立計及風速特性和風機隨機故障的風電場出力模型；C、建立計及STATCOM狀態的VSC?HVDC系統可靠性模型；D、計及風電場出力間歇性的多端VSC?HVDC并網系統可靠性評估。本發明不僅能夠計算兩端VSC?HVDC并網系統可靠性，還能計算多端VSC?HVDC并網系統可靠性，并且模型通用性較好，便于推廣應用；能夠考慮VSC?HVDC系統對風電場或交流系統的無功補償能力，更為接近VSC?HVDC工程實際運行情況；能夠考慮風電場出力間歇性對VSC?HVDC系統的影響，更能準確刻畫風電場和VSC?HVDC系統之間的相互關系，工程應用價值更大。

技術領域

本發明屬于直流輸電系統可靠性計算方法技術領域，具體涉及多端VSC-HVDC并網系統可靠性計算方法。

背景技術

隨著風電場規模的增大，風電場采用交流或LCC-HVDC并網遇到了很多技術瓶頸，而VSC-HVDC技術可以克服和緩解并網時存在的諸多問題：首先，VSC-HVDC在傳輸有功功率的同時，還能靈活地調節與之相連的交流系統電壓；其次，VSC-HVDC能夠給風電場提供良好的動態無功補償，避免了風電場無功補償裝置和設備的投資，同時還能提升風電場的故障穿越能力；最后，VSC-HVDC還能防止風電場的電壓波動對交流系統的影響，同時也能改善風電場對系統波動的抗干擾能力。因此VSC-HVDC已成為目前國際上公認的大規模風電場并網的最佳選擇。特別是多端VSC-HVDC技術，憑借其靈活可控的特點將會成為未來風電場并網的主要方式。目前，國內外關于VSC-HVDC技術的研究較多，主要集中在電氣建模、仿真、優化控制和保護策略等方面，而針對VSC-HVDC工程可靠性方面的研究較少，加上VSC-HVDC工程常用于風電場并網，有必要對風電場VSC-HVDC并網工程的潛在風險進行可靠性評估，才能推動VSC-HVDC技術的健康發展。

針對基于電流源換流器的傳統直流輸電(LCC-HVDC)，VSC-HVDC在潮流反轉時，不需要改變電壓極性就可以實現電流方向反轉，因此非常有利于構成多端VSC-HVDC系統。隨著近年來風能、太陽能等可再生能源的興起，以及將直流并網用于風電場的技術日益成熟，多端VSC-HVDC系統受到了越來越多的關注。世界上已有多個多端VSC-HVDC工程投入使用。我國于2013年投入運行了世界上第一個多端VSC-HVDC工程——廣東南澳VSC-HVDC示范工程；2014年投入運行了浙江舟山五端VSC-HVDC示范工程。與兩端VSC-HVDC系統相比，多端VSC-HVDC系統能夠實現多電源供電、多落點受電，因此其運行方式更加靈活多變，具有更高的經濟性與可靠性。特別是隨著風電場規模的增大，采用多端VSC-HVDC輸電的優勢更加明顯，它可以將多個風電場連接起來，構成直流網絡，提高風電場的風能利用率。但目前國內外針對多端VSC-HVDC系統的可靠性研究較少。

目前國內外對多端VSC-HVDC系統的研究主要集中在電氣建模仿真上，而對多端VSC-HVDC系統可靠性方面的研究較少。期刊《電網技術》2009年第33卷第18期“大規模近海風電場VSC-HVDC并網拓撲及其控制”詳細介紹了風電場采用多端VSC-HVDC并網的拓撲方式，并設計了相應的控制策略。期刊《現代電力》2013年第30卷第6期“多端直流輸電系統可靠性評估方法研究”通過對多端VSC-HVDC系統進行子系統劃分，根據狀態空間法提出了一種適用于多端VSC-HVDC系統可靠性評估的等效模型，對系統各設備的參數進行靈敏度分析。

當前國內外研究幾乎沒有考慮VSC-HVDC系統處于STATCOM狀態時能夠對風電場或交流系統進行動態無功功率補償，直接采用正常和故障兩狀態模型對其進行建模，根本沒有體現VSC-HVDC系統的優點和價值。另外，上述文獻都是采用解析法直接對多端VSC-HVDC系統進行可靠性建模，計算量大，且難以反映風電場采用多端VSC-HVDC并網的實際運行情況，比如多端VSC-HVDC系統的某一端故障時，不影響其他端的正常運行；而且，未計及風電場出力與VSC-HVDC系統的元件故障具有時序相關性的特點。