[發明專利]特高壓直流分層接入的穩定裕度及其靈敏度分析方法

在審

• 申請號: 201811197666.5
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109193744A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 潘爾生;李暉;羅金山;汪瑩;張艷;王曉輝;白宇;李甜甜;于琳琳
• 申請（專利權）人: 國網經濟技術研究院有限公司;山東大學;國家電網有限公司;國網河南省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明公開了特高壓直流分層接入的穩定裕度及靈敏度分析方法，對高低端換流站分別采用微分?代數方程建模，可得到特高壓直流分層接入模式下的小干擾分析模型，用來描述特高壓直流分層接入模式下的多種耦合關系；針對上述小干擾分析模型，將距離虛軸最近的特征值定義為關鍵特征值，利用關鍵特征值判斷系統的穩定性。與多直流饋入同一電壓等級電網相比，特高壓直流分層接入模式具有更高的穩定性，能提供更強的交流系統支撐能力。

技術領域

本發明涉及電氣技術領域，特別是涉及基于關鍵特征值評估特高壓直流分層接入的穩定裕度及其靈敏度的分析方法。

背景技術

高壓直流輸電(HVDC)作為一種有效的遠距離大容量輸電方式，近年來在我國大型電源基地向負荷中心的“點對點”輸電工程中發揮了重要作用。隨著電能需求的快速增長，多直流密集饋入受端電網，受端交流系統不可避免地面臨著電壓支撐能力變弱以及潮流靈活控制困難的問題。當系統發生故障時，交直流系統間的耦合關系可能引起復雜的連鎖反應，對系統的安全性和運行穩定性產生了威脅。

為采取有效方法解決這個難題，現有技術中，提出了特高壓直流分層接入的新型模式。特高壓直流分層接入的高端換流器與低端換流器分別接入1000kV與500kV交流電網中。在這種模式下，不僅交直流系統間存在電氣耦合關系，不同電壓等級的交流系統間也存在著耦合關系，除此之外，直流側高低端換流站之間也存在著強相互作用關系。目前，許多規劃中的高壓直流輸電工程計劃采用特高壓直流分層接入交流電網的運行模式，隨著技術的進一步成熟，特高壓直流分層接入將在未來中國特高壓直流輸電工程得到廣泛應用。

作為一種新型技術，特高壓直流分層接入模式具有一些新的電氣耦合特點，并逐漸成為研究熱點。以實際電網為例，現有文獻對特高壓直流分層接入模式的運行特點和控制模式進行了分析。為了充分利用特高壓直流分層接入模式的潮流疏散能力，現有文獻提出了一種協同控制策略。另有部分文獻對特高壓分層接入模式下的無功和電壓耦合關系進行了分析。基于傳統多饋入電壓穩定性指標(MVSI)，現有文獻對特高壓直流分層接入換流母線處靜態電壓穩定性的影響因素進行了討論，其結果表明，受端系統的系統參數、兩交流系統間等效阻抗以及有功傳輸功率等因素對電壓穩定性有著重要的影響作用。現有部分文獻提出了特高壓直流分層接入模式的消納能力以及相關評價指標。現有文獻采用小干擾分析方法研究特高壓交直流系統間的相互作用關系。另有文獻進一步分析了鎖相環(PLL)對系統振蕩模式、阻尼以及參與因子指標的影響。部分文獻指出，系統動力學行為對靜態最大功率曲線也有著一定的影響。許多相關研究已經說明了特高壓直流分層接入模式在潮流優化中的作用，并且設計了一些工具用來分析典型多饋入直流系統的耦合關系，但針對特高壓直流分層接入模式穩定裕度的量化評估及其靈敏度分析還需進一步深入研究。

發明內容

為了解決現有評估技術的不足，本發明提供了特高壓直流分層接入的穩定裕度及靈敏度分析方法，與現有評估技術相比，該方法將特高壓直流分層接入模式的復雜電氣耦合關系考慮在內，定量地分析特高壓直流分層接入的輸電工程距離失穩臨界點的距離，即穩定裕度。基于該量化評估方法，可有效分析穩定性對系統參數的敏感度，為系統設計提供依據。

特高壓直流分層接入的穩定裕度及靈敏度分析方法，包括：

對高低端換流站分別采用微分-代數方程建模，得到特高壓直流分層接入模式下的小干擾分析模型，用以描述特高壓直流分層接入模式下的多種耦合關系；

針對上述小干擾分析模型，將距離虛軸最近的特征值定義為關鍵特征值，利用關鍵特征值判斷系統的穩定性；

利用關鍵特征值判斷系統的穩定性，具體而言：對于同一個系統而言，關鍵特征值的實部為正數，表示系統不穩定；關鍵特征值的實部為負數，表示系統穩定，距離虛軸越近，系統距離不穩定狀態越近，即穩定裕度越小；關鍵特征值的實部為負數，距離虛軸越遠，系統穩定程度越高，即穩定裕度越大；