[發明專利]一種直流系統對交流故障換相失敗整體免疫能力評價方法

有效

• 申請號: 201810393796.X
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108521138B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 林濤;楊明臻;郭紫昱;張彥琪;陳寶平;盛逸標;李渝;郭小龍;張鋒;王衡
• 申請（專利權）人: 武漢大學;國網新疆電力有限公司;國網湖北省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種直流系統對交流系統故障換相失敗免疫能力整體評價方法，其特征在于，基于定義：任意交流節點的免疫指標，系統任意交流節點j，換相失敗免疫指標：

式1中，U_ac表示換流節點的交流額定電壓，P_dci表示直流額定功率；Z_jmax表示任意交流節點j處發生三相接地故障時，引起換相失敗的最大接地阻抗；換相失敗免疫指標值越大代表直流系統越容易因為交流故障而發生換相失敗，免疫能力越低，評價方法具體包括：

步驟1，計算各交流節點臨界阻抗；式1中交流額定電壓和直流額定功率值為定值，故指標值的計算只需要獲取各交流節點臨界阻抗值；

根據直流準穩態模型，有

式2中，β表示逆變站超前觸發角，T表示換流變變比，I_d表示直流電流，X_B表示換流變漏抗；U_L表示換流母線線電壓；由于定電流控制器的存在，當逆變側交流系統發生故障時，β和I_d保持不變，γ大小由線電壓決定；

定義故障發生在換流母線節點i處，其中Z_L為節點i處故障感抗；Z_ii為逆變側換流母線節點i處戴維南等值阻抗，也即阻抗矩陣Z中的第i行第i列對應元素；U_Li0為節點i處戴維南等值電源,即運行電壓；則節點i處電壓：

根據式2，當直流系統發生換相失敗時，有

則節點i電壓為：

此時的接地阻抗值為引起換相失敗的最大接地阻抗Z_max，結合式3可得臨界阻抗表達式：

當故障發生在交流系統中任意節點j時，節點j處電壓，類比式3有：

換流母線節點i和交流節點j間的電壓關聯因子(voltage correlation factor,VCF)表示為

其中ΔU_i％,ΔU_j％表示節點i、j的電壓降的百分比，此時有

當換流母線節點i處電壓較低發生換相失敗時，式9變為：

代入式6得交流節點j臨界阻抗表達式：

式8帶入式11則最終臨界阻抗表達式為：

式中Z_ij、Z_jj為阻抗矩陣中的元素，阻抗矩陣通過導納矩陣求得，將各交流節點臨界阻抗代入式1即可獲取各交流節點換相失敗免疫指標；

步驟2，采用基于HS評價指標的PAM聚類算法對步驟1所得各節點換相失敗免疫指標進行聚類；具體是：

步驟2.1確定聚類劃分方案數的范圍；具體是：

免疫能力薄弱節點等級劃分方案數k的范圍為[2，k_max],n為節點總數；

步驟2.2采用PAM聚類算法對步驟1所得各節點換相失敗免疫指標進行聚類；具體是：

當劃分方案數為k時，PAM聚類算法將n個對象劃分為k簇，隨機選擇k個初始代表對象，剩下的n-k個非代表對象根據其與代表對象的相異度或距離分配給最近的一個簇，然后反復利用非代表對象來替換代表對象，以提高聚類的質量；聚類質量用代價函數來評估,該函數度量一個非代表對象是否是當前一個代表對象的好的代替,如果是就進行替換,否則不替換；最后給出聚類數為k時對應的正確的劃分；

步驟2.3，采用Homogeneity-Separation(HS)評價指標來衡量免疫能力薄弱節點等級劃分方案數為k時對應的聚類質量；

具體是：

HS指標包括分離性(Sep)指標和同質性(Hom)指標：

HS(k)＝|Hom(k)-Sep(k)| 式13

式中HS(k)代表數據分為k類時的HS指標值，k_opt代表分類的最佳分類數；

式中，k表示聚類數目，n_i是第i個聚類C_i的樣本數目，s和t表示某個樣本，R(s,t)表示樣本s和t之間的相似程度；聚類過程中，HS指標值越大說明聚類質量越高；

步驟2.4，根據步驟2.1確定的聚類數k的范圍依次取k＝2，3...k_max代入至步驟2.2，步驟2.3,獲取不同劃分方案數k時的聚類結果以及HS指標值；

步驟2.5,比較步驟2.4所得各聚類方案時的HS指標值，取最大值作為最佳分類數k_opt并輸出k值對應的聚類結果；

將節點免疫能力數據集分為k_opt類時，免疫指標結果數值最高的一類節點為電網規劃評審或調度運行中需要重點關注的免疫能力薄弱節點；

步驟3，定義整體免疫指標并計算；根據步驟2中的聚類方法將節點免疫能力聚類為k類，將這k個集合從“免疫能力極強”至“免疫能力極弱”分別命名為S₁,S₂,…S_k；其中，集合S₁有n₁個節點，集合S₂有n₂個節點，依次類推，集合S_k有n_k個節點；分別計算集合S₁～S_k的聚類中心，然后根據每個集合所占比重分配權重，計算公式如下：

式17中，λ_i表示節點i的免疫能力，S表示電網中所有節點構成的集合，S_j表示電網聚類后k個集合的第j個；電網整體免疫能力均值計算方法如下：

其中，C_S1,C_S2,…,C_Sk分別表示將免疫能力聚類為k類后，每個聚類集合中節點免疫能力的平均值；

采用基尼系數衡量均衡程度指標；計算基尼系數時，首先將數據從低到高進行排序，將數據分為數量相等的n組，從第1組數據至第i組數據累計占全部數據的比重為W_i，則基尼系數計算公式如下：

電網整體免疫能力均衡程度G為：

獲得電網整體免疫能力均值與均衡程度以后，通過確定兩種指標的權重，加和后獲得電網整體免疫指標，計算公式如下

其中，ω_λ和ω_G分別代表電網整體免疫能力均值和均衡程度的權重，通過AHP-熵權法獲得權重。