多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标的方法与流程

本发明涉及电力系统可靠性技术领域，特别是涉及一种多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标的方法。

背景技术：

我国一次能源与负荷呈现逆向分布的特点，为满足清洁能源的合理送出和负荷中心的可靠供应，国家电网大力发展适用于远距离、大容量输电的特高压交、直流技术。且随着电网建设的不断进行与电源规模的不断扩大，同一地区拥有多回外送电直流线路不可避免。直流输电不受同步运行稳定性问题的制约，对保证两端交流系统稳定运行起了很大的作用。但是，由直流功率传输特性可得，直流输电需要消耗大量的无功功率、直流线路故障会导致大规模潮流转移等因素，将对交流系统产生冲击，另外，直流送端附近交流线路故障也会引发直流换向失败，这些都属于交直流混合系统稳定问题。

目前对交直流混合电网系统的研究多为分析多直流馈入对受端电网的影响，例如研究电网调峰能力、系统频率安全、电网暂态动态稳定特性及交直流相互的影响特性等因素对交流电网的直流接入能力进行计算；通过多馈入短路比、有效短路比指标研究多馈入交直流电网系统的电压稳定性；利用频率偏差因子反应交流系统的频率支撑能力。对于送出端的交直流混合电网系统的稳定性研究还很少。

因此，需要将多馈入交直流混合电网系统的指标进行延伸，应用到多送出特高压交直流混合电网系统中，并通过不同指标的加权聚合得出多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)选取n项特高压交直流混合电网系统供分析的稳定性指标；

2)构建多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性指标分析体系；

3)针对每项指标适当安排权重；

4)根据指标权重聚合多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标。

所述步骤1)选取n项特高压交直流混合电网系统稳定性分析的指标，包括：

11)静态稳定指标：反映系统中的线路及其设备因故障或检修退出运行时特高压交直流混合电网系统各设备的过载程度；其设备包括变压器、断路器等电力系统关键元件；

静态稳定指标的计算表达式如下：

其中，I_s,i为静态“N-1”故障下第i条线路的静态安全值；P_i为第i条线路在静态“N-1”故障下的功率；P_imax为第i条线路的热稳定极限；n_l为线路总数；I_s为特高压直流不同送出情况下的静态安全系数。静态安全系数越大，说明静态“N-1”故障下线路过载程度越大，静态安全裕度越小，稳定性越差；

12)动态稳定指标：反映系统在收到较大的干扰后，在自动控制装置参与调节和控制的作用下，系统保持稳定运行的能力；表达式如下：

其中，ξ为故障情况下系统的最小阻尼比；ξ_min为故障后的特殊运行方式下系统最小允许阻尼比，该特殊运行方式主要指电网中关键元件故障退出运行后的系统运行方式，取值0.01；ξ_eq为动态等效阻尼比指标，其值越小，系统的动态稳定性越好；

13)直流输电线路传输功率潜力指标：反映直流送出线路的利用程度和抗干扰能力；

P_ex＝P_lim-P₀ (4)

其中，P_lim为考虑系统静态稳定约束的特高压直流传输功率极限值；P₀为特高压直流在规划阶段预计的初始传输功率；P_ex为特高压直流在实际运行中的还可额外利用的传输功率值。其利用功率值越大，说明特高压直流线路的可利用程度越高，抗干扰能力也越强；

14)多送出短路比指标：反映送端电网对多送出直流的电压支撑能力，用于衡量多送出直流系统的电压稳定性；多送出短路比指标表达式如下：

其中，S_aci为第i回直流线路整流侧母线的短路容量；P_di、P_dj分别为第i、j回直流线路所传输的有功功率；ΔU_i、ΔU_j分别表示当整流侧母线i投入小容量的三相对称电抗器或电容器后，整流侧母线i处和整流侧母线j处电压变化量；M_i为第i回直流线路所对应的多送出短路比；

15)交流故障极限切除时间指标表达式如下：

其中，N_f为特高压送出点附近的故障母线数量；t_CCT,i为母线i三相短路故障时能保持系统稳定的极限切除时间；t_CCT为特高压直流不同送出情况下的交流故障极限切除时间：由此反应多送出直流系统的暂态稳定性：交流故障极限切除时间越大，说明多送出直流系统抵御暂态故障的能力越强，暂态稳定性越好。

所述步骤2)构建多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性分析指标体系，包括：

21)根据各指标的重要程度不同，选取较为重要指标作为核心评价指标；

22)根据各指标的重要程度不同，其他指标作为辅助评价指标。

所述步骤3)针对每项指标适当安排权重，包括：

31)主观法：根据以往的经验，判断各指标的重要程度，其中核心评价指标应赋予较大的权重，辅助指标则赋予较小的权重；

32)客观法：根据熵权法确定各项指标的权重，即根据各项指标值之间的差异程度来确定各项指标的权重。

33)主、客观法混用：能够根据经验给出权重的指标通过主观法赋予权重，剩余指标通过熵权法计算得出权重。

所述步骤4)根据指标权重聚合多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标，包括：

41)结合指标权重值得出多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标；

42)根据综合指标判断多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性，并据此对送端电网未来的规划和建设提出意见和建议。

本发明的有益效果是：对多馈入交直流混合电网系统的稳定性指标进行延伸，应用到多送出特高压交直流混合电网系统中，并通过不同指标的加权聚合得出多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标，对多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性进行较为全面的分析，弥补了对送端电网分析较少的漏洞，同时对送端电网未来的规划和建设提出意见和建议。

附图说明

图1为多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性分析指标体系；

图2为多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标的计算流程图。

具体实施方式

本发明提出一种多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标的方法，包括如下步骤：

1)选取n项特高压交直流混合电网系统供分析的稳定性指标；

2)构建多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性指标分析体系；

3)针对每项指标适当安排权重；

4)根据指标权重聚合多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标。

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图2所示，本发明为一种适用于多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性综合指标，包括以下步骤：

1)选取n项特高压交直流混合电网系统稳定性分析的指标，主要包括静态稳定指标、动态稳定指标、直流输电线路传输功率潜力指标、多送出短路比指标和交流故障极限切除时间指标(如图1所示)，各指标的计算表达式如下：

11)静态稳定指标：

其中，I_s,i为静态“N-1”故障下第i条线路的静态安全值；P_i为第i条线路在静态“N-1”故障下的功率；P_imax为第i条线路的热稳定极限；n_l为线路总数；I_s为特高压直流不同送出情况下的静态安全系数。静态安全系数越大，说明静态“N-1”故障下线路过载程度越大，静态安全裕度越小，稳定性越差。

12)动态稳定指标：

其中，ξ为故障情况下系统的最小阻尼比；ξ_min为故障后的特殊运行方式下系统最小允许阻尼比，一般可取0.01；ξ_eq为动态等效阻尼比指标，其值越小，系统的动态稳定性越好。

13)直流输电线路传输功率潜力指标：

P_ex＝P_lim-P₀ (10)

其中，P_lim为考虑系统静态稳定约束的特高压直流传输功率极限值；P₀为特高压直流在规划阶段预计的初始传输功率；P_ex为特高压直流在实际运行中的还可额外利用的传输功率值。可利用功率值越大，说明特高压直流线路的可利用程度越高，抗干扰能力也越强。

14)多送出短路比指标：

其中，S_aci为第i回直流线路整流侧母线的短路容量；P_di、P_dj分别为第i、j回直流线路所传输的有功功率；ΔU_i、ΔU_j分别表示当整流侧母线i投入小容量的三相对称电抗器或电容器后，整流侧母线i处和整流侧母线j处电压变化量；M_i为第i回直流线路所对应的多送出短路比。

15)交流故障极限切除时间指标：

其中，N_f为特高压送出点附近的故障母线数量；t_CCT,i为母线i三相短路故障时能保持系统稳定的极限切除时间；t_CCT为特高压直流不同送出情况下的交流故障极限切除时间。交流故障极限切除时间越大，说明多送出直流系统抵御暂态故障的能力越强，暂态稳定性越好。

2)构建多送出特高压交直流混合电网系统的稳定性分析指标体系：根据各指标的重要程度不同，选取较为重要指标作为核心评价指标，其他指标作为辅助评价指标。

因各项指标的量纲和级别不同，在赋予权重之前需先进行归一化处理：取第i个评价指标的最大值与最小值分别作为上下限的相对值，对于越大越优型指标，其归一化后的指标值对于越小越优型指标，其归一化后的指标值其中x_ij为第j个方案的第i个评价指标值，x_imax、x_imin分别为第i个评价指标的最大值和最小值。

3)针对每项指标适当安排权重，具体方法如下：

31)主观法：专家根据以往的经验，判断各指标的重要程度，直接给出，各指标的权重分别记为w₁、w₂、w₃、w₄、w₅，其中0≤w_i≤1，且

32)客观法：根据熵权法确定各项指标的权重，即根据各项指标值之间的差异程度来确定各项指标的权重。针对含n个评价指标的m个方案问题，第i个评价指标的熵为：

其中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m。

则第i个评价指标的权重为：

其中，0≤w_i≤1，且

33)主、客观法混用：能够根据经验给出权重的指标通过主观法赋予权重，剩余指标通过熵权法计算出权重，且应保证0≤w_i≤1，

4)根据指标权重聚合多送出特高压交直流混合电网系统稳定性综合指标，具体计算方法如下：

其中，X_j为第j个方案的综合指标。综合指标越大，多送出特高压交直流混合电网系统稳定性越好，综合指标越小，多送出特高压交直流混合电网系统稳定性越差，根据各方案综合指标的大小进行方案的比较，可选择更优的规划方案，为送出端电网未来的规划和建设提供意见和建议。