[發明專利]用于高壓直流輸電系統的電壓安全域評估方法

在審

• 申請號: 202210345661.2
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114614487A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 牛濤;薛霖;李博;李凡;田林軒;武文國
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國家電網有限公司;國網重慶市電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/16;H02J3/38;H02J3/06;G06F30/20;G06F17/18;G06F111/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發明涉及電力系統運行控制技術領域，具體涉及用于高壓直流輸電系統的電壓安全域評估方法。方法包括：分析高壓直流輸電系統換流器的無功電壓特性，建立對應的換流器模型；基于換流器模型建立對應的最優潮流問題；然后求解對應的最優潮流問題，得到高壓直流輸電系統換流站的等效無功電壓控制特性；分析換流站的等效無功電壓控制特性并對其進行分段線性化表達，得到對應的無功電壓特性近似表達式；通過對應的無功電壓特性近似表達式替換最優潮流問題，結合設置的變量上下限約束建立對應的電壓安全域優化問題；然后求解對應的電壓安全域優化問題，得到對應的電壓安全域。本發明的電壓安全域評估方法能夠提高電壓安全域計算的準確性和效率。

技術領域

本發明涉及電力系統運行控制技術領域，具體涉及用于高壓直流輸電系統的電壓安全域評估方法。

背景技術

作為最流行的遠距離傳輸大規模電力的技術之一，基于線路換向換流器(LCC)和電壓源換向換流器(VSC)的高壓直流輸電(HVDC)系統，具有成本低、損耗小、穩定性好、傳輸效率高以及可控性好等優點，在風能等新能源并網方面具有獨特的優勢。但是，高壓直流輸電系統會對近區電網的無功電壓產生較大影響，所以實現電網的安全預防控制、在線評估電網安全裕度至關重要。其中，安全域(security region)是指為滿足系統安全約束的注入功率、電壓、相角等狀態變量集合。安全域分析法主要是通過計算運行點安全域的邊界表達式，然后對比當前運行點在安全域中所處的位置，從而得出系統是否安全的結論。

針對電壓安全域評估的問題，公開號為CN113517713B的中國專利公開了《一種適用于交直流混聯系統的靜態電壓安全域評估方法及裝置》，其方法包括：首先基于交直流系統數學模型計算了系統正常狀態下的潮流；將系統功率平衡方程進行泰勒展開，忽略對電壓變化影響較小的高次項得出電壓變化的快速計算公式；基于區域內的各種嚴重事故，將其等值為相應擾動分別計算出電壓變化；綜合各事故下的電壓變化取最值，根據規定的電壓上下限確定各節點的靜態電壓安全域。

上述現有方案中的電壓安全域評估方法主要考慮交直流混聯系統的運行特征，應用與交直流系統的潮流計算方法。申請人發現，與交直流混聯系統不同的是，高壓直流輸電系統發送端和接收端的直流換流站消耗的大部分無功功率由濾波器提供，使得在發送端發生隔直故障時，不能立即關閉冗余濾波器組，發送端的輸電線路將處于輕載狀態，這將導致整個電網的電壓浪涌波及附近的新能源站，最終導致一連串的電網事故。也就是說，高壓直流輸電系統存在控制端和受控端無功電壓控制特性復雜，以及考慮安全約束的最優潮流問題求解困難等問題，導致電壓安全域計算的準確性難以保證。同時，高壓直流輸電系統在考慮暫態穩定約束的最優潮流問題中，非線性約束過于復雜，導致電壓安全域計算的效率較低。因此，如何設計一種能夠兼顧電壓安全域計算準確性和效率的方法是亟需解決的技術問題。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種用于高壓直流輸電系統的電壓安全域評估方法，以能夠有效解決高壓直流輸電系統控制端和受控端無功電壓控制特性復雜、考慮安全約束的最優潮流問題求解困難以及考慮暫態穩定約束的最優潮流問題中非線性約束復雜的問題，從而能夠提高電壓安全域計算的準確性和效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

用于高壓直流輸電系統的電壓安全域評估方法，包括以下步驟：

S1：分析高壓直流輸電系統換流器的無功電壓特性，建立對應的換流器模型；

S2：基于換流器模型建立對應的最優潮流問題；然后求解對應的最優潮流問題，得到高壓直流輸電系統換流站的等效無功電壓控制特性；

S3：分析換流站的等效無功電壓控制特性并對其進行分段線性化表達，得到對應的無功電壓特性近似表達式；

S4：通過對應的無功電壓特性近似表達式替換最優潮流問題，結合設置的變量上下限約束建立對應的電壓安全域優化問題；然后求解對應的電壓安全域優化問題，得到對應的電壓安全域。