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一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510164904.2

申請日:

2015.04.08

公開號:

CN105048521A

公開日:

2015.11.11

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 5/00申請日:20150408|||公開
IPC分類號: H02J5/00; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: H02J5/00
申請人: 國電南瑞科技股份有限公司; 國家電網公司華東分部
發明人: 李兆偉; 翟海寶; 劉福鎖; 李建華; 李威; 黃志龍; 李碧君; 周霞; 崔曉丹; 侯玉強
地址: 210061江蘇省南京市高新技術產業開發區D10幢
優先權:
專利代理機構: 南京知識律師事務所32207 代理人: 汪旭東
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510164904.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.05.25|||2016.11.23|||2015.11.11

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法,屬于電力系統及其自動化技術領域。本發明根據變電站站址條件、電力平衡等確定備選的直流落點集合,根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程度,確定新增直流接入落點,綜合考慮直流多饋入短路比、電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性等多約束條件,迭代給出受端電網的直流接入能力。本發明內容有利于指導電網規劃部門合理規劃受端電網直流落點,給出受端電網接入直流能力的合理水平,減少直流建設的盲目性,提高電網運行控制水平。

權利要求書

1.一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟一:基于某一確定網架,記其中已接入M條直流,每條直流的容量分別為Pd,i,其中,
i=1,2,…,M,形成典型運行方式,其中接入的M條直流均滿容量送電,根據變電站站址條件、
電力平衡等確定備選的直流落點集合,假設共有N個可供選擇的直流落點;
步驟二:根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程度,確定新
增直流接入落點,新接入直流的初始容量記為Pnew。
步驟三:利用步驟二中得到有直流落點,建立新的電網運行方式數據,原有直流輸送功率
保持不變,新增直流容量Pnew;
步驟四:計算所有M+1條直流的多饋入有效短路比MESCRi,其中,i=1,2,…,M+1,若所
有直流的多饋入有效短路比均大于某一閾值Rref,進行步驟五,否則進行步驟六;
步驟五:校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若全部滿足條件則
令M=M+1,返回步驟一,否則進行步驟八;
步驟六:降低新接入的直流輸送功率Pad,Pad為根據可接受的誤差設定的直流功率調整步
長,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的運行方式,計算所有直流的多饋入有效短路比,若仍存
在直流的多饋入有效短路比小于Rref,返回步驟六,否則進行步驟七;
步驟七:校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若滿足所有約束,
則進行步驟九,否則進行步驟八;
步驟八:降低新接入的直流輸送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的運行方式,校核電
網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若滿足所有約束,進行步驟九,否
則返回步驟八;
步驟九:計算受端電網的直流接入能力為
2.根據權利要求1所述的一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法,其特征在
于,所述步驟二中根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程度,
確定新增直流接入落點,其具體方法及步驟如下:
步驟2-1:計算典型方式下已接入的M條直流的多饋入有效短路比MESCRi,其中,
i=1,2,…,M,記多饋入有效短路比最小的直流編號為NUM;
步驟2-2:計算典型方式下N個備選直流落點的短路容量Sac,j,其中,j=1,2,…,N,記其中
短路容量最大值為Sacmax,短路容量最小值為Sacmin,得到第j個備選直流落點的短路容量
指標Sj,
S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , ( j = 1,2 , . . . , N ) - - - ( 1 ) ; ]]>
步驟2-3:對第j個備選直流落點,計算其與原有接入直流的落點間的等值阻抗Zeq,mn,其
中,m,n=1,2,…,M,M+1,M+1表示在第j個直流落點新接入的直流編號,根據等值阻抗及直
流接入容量計算新接入直流對所有已接入直流的影響程度指標Aj,新接入直流對最薄弱直
流的影響程度指標Bj,所有已接入直流對新接入直流的影響程度指標Cj,其計算如下所示,
A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>
對所有N個備選直流落點,記
Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}
Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}
Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}
對指標進行標幺化可得,
A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>
步驟2-4:計算獲得選擇第j個備選直流落點時,新接入直流與原有接入各直流間相互影響
程度指標
I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>
步驟2-5:采用線性加權求和方法獲得第j個備選直流落點下的直流落點選擇指標,
LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)
其中加權系數滿足λ1+λ2=1的約束,可以采用相對比較法、排序法等方法獲取,選擇
指標值最大的落點作為新增直流落點。
3.根據權利要求1所述的一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法,其特征在
于,所述步驟五中校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標,其具體方法如下:
步驟5-1:校核電網低谷調峰能力采用如下指標,
ηtr=PLtr-PGmin-PGfc+PGps-PDtr-PGrn(6)
其中ηtr為電網低谷調峰裕度,若ηtr≥0說明電網低谷調峰能力滿足約束,ηtr<0說明
電網低谷調峰能力不滿足約束,PLtr為電網的低谷負荷,PGmin為全網常規火電、水電考慮
調峰能力的最小開機出力,PGfc為全網的強迫出力情況,PGps為抽水蓄能電站能提供的調峰
支撐,PDtr為低谷方式下直流的送電功率;
步驟5-2:校核相對轉動慣量指標如下,
H dc = H actotal P dctotal - - - ( 7 ) ]]>
其中Hactotal表示交流系統的總轉動慣量,Pdctotal表示所有直流的總的傳輸容量,即
當Hdc≥CH認為相對轉動慣量滿足約束,Hdc<CH認為相對轉動
慣量不滿足約束,CH是根據系統頻率安全給出的閾值。

說明書

一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法

技術領域

本發明屬于電力系統及其自動化技術領域,更準確地說,本發明涉及一種考
慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法。

背景技術

高壓直流(HVDC)輸電以其獨特的優點已成為國內大區互聯和遠距離大容量
輸電的重要形式,為我國大范圍的資源優化配置發揮了重要作用。隨著電網的不
斷發展建設,多回直流輸電線路落點同一交流受端電網不可避免,南方電網和華
東電網均已發展成為典型的直流多饋入受端電網,直流饋入容量不斷增長。

為了更好地指導電網建設和維護受端電網安全穩定,必須研究解決一個關鍵
問題,即如何評估受端電網接受直流饋入功率的能力,包括電網允許饋入的功率
總量和允許的最大單回饋入容量如何確定,應遵循什么原則選擇直流落點才能有
效提高受端電網的直流受電能力等。這些問題已經成為大電網規劃和設計中亟待
解決的關鍵技術問題。影響電網直流受電能力的因素很多,在實際電力的生產運
行中,電網的低谷調峰能力、直流近區的潮流疏散能力、局部電網的電壓穩定、
系統頻率安全、電網的暫態動態穩定特性、多直流交直流交互影響特性等等,均
會對電網的直流接入能力造成限制。

目前有關受端電網直流最大受電規模的研究較少,相關專利多是關于直流落
點的優化選擇,且考慮約束因素相對較少。專利《一種受端電網直流落點的選擇
方法》(申請號CN201410239756.1)公開了一種直流落點選擇方法,主要考慮短
路比和暫穩特性兩個穩定性指標及電網建設成本和網絡損耗成本兩個經濟性指
標。專利《一種優化直流集中饋入受端系統直流落點的方法》(申請號
CN201310545965.4)提出的優化直流落點方法中考慮了不同直流接入方案對直流
換相失敗區域的影響。專利《一種基于多饋入短路比的多直流落點選擇方法》(已
授權,CN201210081310.1)通過對不同直流落點方案多饋入短路比的計算、處理、
分析選擇較優的直流落點方案。專利《一種交流受端電網直流受電規模的計算方
法》(申請號CN201410104305.7)提出了一種交流受端電網直流受電規模的計
算方法,該方法僅考慮直流多饋入短路比約束,不能完全滿足電網運行控制要求。

發明內容

本發明的目的是:為了評估受端電網接受直流饋入的能力,提高交直流混聯
大電網運行管理水平,給出一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法。
該方法根據變電站站址條件、電力平衡等確定備選的直流落點集合,根據典型方
式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程度,確定新增直流接入
落點,綜合考慮直流多饋入短路比、電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1
暫態穩定性等多約束條件,迭代給出受端電網的直流接入能力。

具體地說,本發明是采用以下的技術方案來實現的,包括下列步驟:

1、一種考慮多約束的受端電網直流接入能力計算方法,包括如下步驟:

1-1)基于某一確定網架,記其中已接入M條直流,每條直流的容量分別為Pd,i
(i=1,2,…,M),形成典型運行方式,其中接入的M條直流均滿容量送電,根據
變電站站址條件、電力平衡等確定備選的直流落點集合,假設共有N個可供選擇
的直流落點;

1-2)根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程
度,確定新增直流接入落點,新接入直流的初始容量記為Pnew(Pnew與直流電壓
等級有關,±500kV一般為3000MW,±800kV一般為8000MW,±1000kV一般為
10000MW,本步驟中默認初始接入容量為8000MW)。

1-3)利用1-2)中得到有直流落點,建立新的電網運行方式數據,原有接
入直流輸送功率保持不變,新增直流容量Pnew;

1-4)計算所有M+1條直流的多饋入有效短路比MESCRi(i=1,2,…,M+1),
若所有直流的多饋入有效短路比均大于某一閾值Rref(根據相關文獻,Rref一般
取2-2.5),進行1-5),否則進行1-6);

1-5)校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若全
部滿足條件則令M=M+1,返回1-1),否則進行1-8);

1-6)降低新接入的直流輸送功率Pad(Pad為根據可接受的誤差設定的直流
功率調整步長,如可取100MW),令Pnew=Pnew-Pad,形成新的運行方式,計算
所有直流的多饋入有效短路比,若仍存在直流的多饋入有效短路比小于Rref,返
回1-6),否則進行1-7);

1-7)校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若滿
足所有約束,則進行1-9),否則進行1-8)

1-8)降低新接入的直流輸送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的運行
方式,校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,若滿足所
有約束,進行1-9),否則返回1-8);

1-9)計算受端電網的直流接入能力為

上述技術方案的進一步特征在于,所述步驟1-2)中根據典型方式下各備選
直流落點的短路容量及各直流間的交互作用程度,確定新增直流接入落點,其具
體方法及步驟如下:

2-1)計算典型方式下已接入的M條直流的多饋入有效短路比MSCRi
(i=1,2,…,M),記多饋入有效短路比最小的直流編號為NUM;

2-2)計算典型方式下N個備選直流落點的短路容量Sac,j(j=1,2,…,N),
記其中短路容量最大值為Sacmax,短路容量最小值為Sacmin,得到第j個備選直
流落點的短路容量指標Sj,

S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , j = 1,2 , . . . , N - - - ( 1 ) ; ]]>

2-3)對第j個備選直流落點,計算其與原有接入直流的落點間的等值阻抗
Zeq,mn(m,n=1,2,…,M,M+1;M+1表示在第j個直流落點新接入的直流編號),
根據等值阻抗及直流接入容量計算新接入直流對原有接入直流的影響程度指標
Aj,新接入直流對最薄弱直流的影響程度指標Bj,所有已接入直流對新接入直
流的影響程度指標Cj,其計算如下所示,

A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>

對所有N個備選直流落點,記

Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}

Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}

Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}

對指標進行標幺化可得,

A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>

2-4)計算獲得選擇第j個備選直流落點時,新接入直流與原有接入各直流
間相互影響程度指標

I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>

2-5)采用線性加權求和方法獲得第j個備選直流落點下的直流落點選擇指
標,

LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)

其中加權系數滿足λ1+λ2=1的約束,可以采用相對比較法、排序法等方法
獲取,簡單起見,可以令λ1=λ2=0.5,選擇指標值最大的落點作為新增直流落
點。

上述技術方案的進一步特征在于,所述步驟1-5)中校核電網低谷調峰能力、
相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定性,其具體方法及步驟如下:

5-1)校核電網低谷調峰能力采用如下指標,

ηtr=PLtr-PGmin-PGfc+PGps-PDtr-PGrn(6)

其中ηtr為電網低谷調峰裕度,若ηtr≥0說明電網低谷調峰能力滿足約束,
ηtr<0說明電網低谷調峰能力不滿足約束,PLtr為電網的低谷負荷,PGmin為全
網常規火電、水電考慮調峰能力的最小開機出力,PGfc為全網的強迫出力情況(主
要包括不參與調峰的核電、水電等出力),PGps為抽水蓄能電站能提供的調峰支
撐,PDtr為低谷方式下直流的送電功率(考慮目前電網直流的實際運行情況,可
P Dtr = P new + Σ i = 1 M P Di ]]>)。

5-2)校核相對轉動慣量指標如下,

H dc = H actotal P dctotal - - - ( 7 ) ]]>

其中Hactotal表示交流系統的總轉動慣量,Pdctotal表示所有直流的總的傳輸容
量,即當Hdc≥CH認為相對轉動慣量滿足約束,
Hdc<CH認為相對轉動慣量不滿足約束,CH是根據系統頻率安全給出的閾值,
一般取2-3s。

本發明的有益效果如下:隨著電網規模的不斷發展,受端電網饋入直流的容
量越來越大,直流在為電網輸送電力、解決用電緊張局面的同時,也給電網運行
控制帶來的新的挑戰。電力生產運行單位越來越關注電網最大能接納直流的能力
有多大,電網接納多少直流運行較為經濟,本發明綜合考慮電網運行中的多個約
束,為該問題的解決提供了一種方法,有助于充分認識直流接入對電網造成的影
響,合理規劃,減少直流盲目建設,提高電網運行經濟效益,降低運行風險。

附圖說明

圖1是本發明方法的流程圖;

圖2是圖1中步驟2選擇直流落點的流程圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明作進一步詳細描述。

圖1中步驟1描述的是基于某一確定網架,記其中已接入M條直流,每條直
流的容量分別為Pd,i(i=1,2,…,M),形成典型運行方式,其中接入的M條直流
均滿容量送電,根據變電站站址條件、電力平衡等確定備選的直流落點集合,假
設共有N個可供選擇的直流落點;

圖1中步驟2描述的是根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流
間的交互作用程度,確定新增直流接入落點,新接入直流的初始容量記為Pnew
(Pnew與直流電壓等級有關,±500kV一般為3000MW,±800kV一般為8000MW,
±1000kV一般為10000MW,本步驟中默認初始接入容量為8000MW)。

圖1中步驟3描述的是利用步驟2中得到有直流落點,建立新的電網運行方
式數據,已接入直流輸送功率保持不變,新增直流容量Pnew;

圖1中步驟4描述的是計算所有M+1條直流的多饋入有效短路比MESCRi
(i=1,2,…,M+1),若所有直流的多饋入有效短路比均大于某一閾值Rref(根據
相關文獻,Rref一般取2-2.5),進行步驟5,否則進行步驟6;

圖1中步驟5描述的是校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫
態穩定性,若全部滿足條件則令M=M+1,返回步驟1,否則進行步驟8;

圖1中步驟6描述的是降低新接入的直流輸送功率Pad(Pad為根據可接受
的誤差設定的直流功率調整步長,如可取100MW),令Pnew=Pnew-Pad,形成新
的運行方式,計算所有直流的多饋入有效短路比,若仍存在直流的多饋入有效短
路比小于Rref,返回步驟6,否則進行步驟7;

圖1中步驟7描述的是校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫
態穩定性,若滿足所有約束,則進行步驟9,否則進行步驟8;

圖1中步驟8描述的是降低新接入的直流輸送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,
形成新的運行方式,校核電網低谷調峰能力、相對轉動慣量指標、N-1暫態穩定
性,若滿足所有約束,進行步驟9,否則返回步驟8;

圖1中步驟9描述的是計算受端電網的直流接入能力為
P inGrid = P new + Σ i = 1 M P Di . ]]>

圖1中步驟2根據典型方式下各備選直流落點的短路容量及各直流間的交互
作用程度,確定新增直流接入落點,其具體方法及步驟結合圖2進行說明:

圖2中步驟2-1描述的是計算典型方式下已接入的M條直流的多饋入有效短
路比MSCRi(i=1,2,…,M),記多饋入有效短路比最小的直流編號為NUM;

圖2中步驟2-2描述的是計算典型方式下N個備選直流落點的短路容量Sac,j
(j=1,2,…,N),記其中短路容量最大值為Sacmax,短路容量最小值為Sacmin,得
到第j個備選直流落點的短路容量指標Sj,

S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , j = 1,2 , . . . , N - - - ( 1 ) ; ]]>

圖2中步驟2-3描述的是對第j個備選直流落點,計算其與已接入直流的落
點間的等值阻抗Zeq,mn(m,n=1,2,…,M,M+1;M+1表示在第j個直流落點新接入
的直流編號),根據等值阻抗及直流接入容量計算新接入直流對所有已接入直流
的影響程度指標Aj,新接入直流對最薄弱直流的影響程度指標Bj,所有已接入
直流對新接入直流的影響程度指標Cj,其計算如下所示,

A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>

對所有N個備選直流落點,記

Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}

Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}

Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}

對指標進行標幺化可得,

A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>

圖2中步驟2-4描述的是計算獲得選擇第j個備選直流落點時,新接入直流
與已接入各直流間相互影響程度指標

I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>

圖2中步驟2-5描述的是采用線性加權求和方法獲得第j個備選直流落點下
的直流落點選擇指標,

LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)

其中加權系數滿足λ1+λ2=1的約束,可以采用相對比較法、排序法等方法
獲取,簡單起見,可以令λ1=λ2=0.5,選擇指標值最大的落點作為新增直流落
點。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上,但實施例并不是用來限定本發明的。
在不脫離本發明之精神和范圍內,所做的任何等效變化或潤飾,同樣屬于本發明
之保護范圍。因此本發明的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標
準。

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