专利名称：：一种判断网架结构对交直流系统影响的评估方法
技术领域：
：本发明涉及交直流电力系统规划与运行控制领域，具体涉及一种判断交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响程度的评估方法。
背景技术：
：在交直流系统分析中，限制直流系统输电能力的决定性因素是所连交流系统的强度，在理论研究和工程应用中，通常采用短路比和有效短路比的概念来评估交流系统与直流系统之间的相对强弱关系。随着直流接入电网形式的多样化和电网结构的复杂化，存在因故障等被动原因或检修等主动原因导致网架结构变化引起的交直流系统相对强弱关系大幅度变化的可能，特别是在交直流并/混联系统中，并联交流线路的投切直接影响整个系统的网架结构和交直流强弱关系对比变化，因此需要在规划设计和运行方式安排中引入一种评估方法或指标来判断网架结构变化和电气元件投退对短路比和有效短路比影响程度。本发明提出一种用于评估交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响的指标和方法，该指标及方法的理论依据及推导所得公式基于如下
背景技术：
：根据对直流系统短路比和有效短路比的定义，若取交流系统的基准电压U为换流站交流母线的电压额定值Un，基准功率取额定直流功率PdN，从而短路比和有效短路比可以表示为权利要求一种判断交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响程度的评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)交直流并/混联系统的短路比和有效短路比计算方法根据直流系统短路比SCR和有效短路比ESCR的定义，若取交流系统的基准电压U为换流站交流母线的电压额定值UN，基准功率PdN取额定直流功率Pd，短路比和有效短路比可以表示为<mfencedopen='{'close=''separators=''><mtable><mtr><mtd><mi>SCR</mi><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><msub><mi>P</mi><mi>dN</mi></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><msup><msub><mi>U</mi><mi>N</mi></msub><mn>2</mn></msup><msub><mi>P</mi><mi>dN</mi></msub></mfrac><mo>×</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mi>Z</mi><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mi>Z</mi><mo>|</mo><mo>/</mo><msub><mi>Z</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Z</mi><mi>pu</mi></msub><mo>|</mo></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>ESCR</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow><msub><mi>P</mi><mi>dN</mi></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><msup><msub><mi>U</mi><mi>N</mi></msub><mn>2</mn></msup><msub><mi>P</mi><mi>dN</mi></msub></mfrac><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mi>Z</mi><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><mi>B</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mi>Z</mi><mo>|</mo><mo>/</mo><msub><mi>Z</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><msub><mi>Z</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Z</mi><mi>pu</mi></msub><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mfenced>式中，SSC为系统换流母线短路容量，QC为滤波器和电容器无功补偿设备的无功出力，Z为系统等值阻抗，B为滤波器和电容器无功补偿等值电纳，ZB为基准功率和基准电压下的阻抗基准值，Zpu为系统等值阻抗标么值，Bpu为滤波器和电容器无功补偿等值电纳标么值；由于交直流并联系统送受端存在交流联络线，因此逆变端换流母线处的短路容量不仅与受端系统网架结构相关，还与送端系统和并联交流线路的强度密切相关<mrow><msub><mi>Z</mi><mi>I</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，Zinverter，Zrectifer和Zparallel分别为受端系统等值阻抗标么值、送端系统等值阻抗标么值，以及并联交流通道等值阻抗标么值；联立式(1)与(2)可得交直流并联系统短路比计算公式为<mrow><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Z</mi><mi>pu</mi></msub><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>|</mo></mrow>式(3)可以进一步写为如下形式<mrow><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>同样可得到交直流并联系统有效短路比计算公式为<mrow><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Z</mi><mi>pu</mi></msub><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>|</mo><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式(5)也可以表示为<mrow><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac><mo>|</mo><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>根据式(4)和(6)可知若送受端系统通过并联交流通道连接较为紧密，且送端为强系统，则并联交流通道等值阻抗对直流受端的SCRACDC和ESCRACDC大小影响较大；若送受端系统通过并联交流通道连接较为薄弱，且送端电网薄弱，则对直流受端的SCRACDC和ESCRACDC大小影响相对较小；(2)并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率指标的定义为了说明并联交流通道对短路比和有效短路比影响程度，引入“并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率”的概念来评估该类问题，分别采用CRSCR和CRESCR描述。其具体形式如下<mrow><msub><mi>CR</mi><mi>SCR</mi></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac></mrow></mfrac><mo>|</mo><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>CR</mi><mi>ESCR</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>|</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>|</mo></mrow><mrow><mo>|</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac><mo>|</mo><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>|</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub></mrow><msub><mi>Z</mi><mi>inverter</mi></msub></mfrac><mo>|</mo><mo>-</mo><msub><mi>B</mi><mi>pu</mi></msub><mo>×</mo><mo>|</mo><msub><mi>Z</mi><mi>rectifier</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>parallel</mi></msub><mo>|</mo></mrow></mfrac></mrow>式(7)和(8)中，CRSCR的范围为0＜CRSCR＜1；CRESCR的范围为0＜CRESCR＜1，并联通道和送端系统等值阻抗越大，CRSCR和CRESCR越小，对直流短路比和有效短路比影响越小；与此同时，受端系统越弱，CRSCR和CRESCR越大，并联交流通道与送端系统强度对直流短路比和有效短路比影响也越大；(3)CRSCR和CRESCR指标实用计算方法在实用计算分析中，采用等值阻抗的计算方法较为繁琐，通常需要采用类似常规短路比计算的公式描述，因此可得到与式(7)和(8)等价的形式<mrow><msub><mi>CR</mi><mi>SCR</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>′</mo></msup><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mfrac><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub></mfrac><mfrac><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub></mfrac></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup></mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>CR</mi><mi>ESCR</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>′</mo></msup><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mfrac><mrow><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub></mfrac><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub></mfrac></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mrow><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msup><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>′</mo></msup></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mi>SC</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>C</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，SCRACDC′和ESCRACDC′分别为断开并联交流通道或送、受端交流系统中任意线路或元件情况下直流系统短路比和有效短路比大小，SCRACDC和ESCRACDC分别为正常情况下的短路比和有效短路比；SSC′为断开并联交流通道或送、受端交流系统中任意线路或元件情况下换流母线处系统短路容量大小，SSC为正常情况下的换流母线处系统短路容量大小；(4)CRSCR和CRESCR的安全域通常认为直流系统短路比小于3或有效短路比小于2，交直流系统稳定水平较差，在规划设计与运行方式安排中予以避免，特别是当短路比小于2或有效短路比小于1.5～1.7，交直流系统将难以运行，因此交直流系统对应有临界短路比值CSCR和临界有效短路比值CESCR；在实际应用中，该值并没有统一的取值，因此在一定范围内根据需要或工程要求分别给临界短路比值CSCR和临界有效短路比值CESCR一个估算值即可，因此，根据式(9)和(10)，可求解出CRSCR和CRESCR指标推荐安全域，即为SCRACDC′＝(1CRSCR)×SCRACDC＜CSCR(11)求解可得CRSCR指标推荐安全域<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>CR</mi><mi>SCR</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>CCR</mi><mi>SCR</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>CCR</mi><mi>SCR</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>-</mo><mi>CSCR</mi></mrow><msub><mi>SCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>12</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式(12)中，CCRSCR为CRSCR的临界值；同理，可以求解出CRESCR指标推荐安全域，即为<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>CR</mi><mi>ESCR</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>CCR</mi><mi>ESCR</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>CCR</mi><mi>ESCR</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub><mo>-</mo><mi>CESCR</mi></mrow><msub><mi>ESCR</mi><mrow><mi>AC</mi><mo>-</mo><mi>DC</mi></mrow></msub></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>13</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式(13)中，CCRESCR为CRESCR的临界值；因此，式(12)和(13)表明当CRSCR或CRESCR超过计算公式所表示的临界值时，即说明该交直流并联系统交流通道对短路比影响过大，电网安全稳定运行存在一定的隐患。2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于将该方法的CRsra和CResot指标及其安全域概念推广应用于一般交直流系统，CRsce和CResot的概念不仅只适用于交直流并联系统，该概念和方法还可推广应用于一般交直流系统或多馈入直流系统，用于评估任意网架变化或元件投退对直流系统短路比和有效短路比变化的影响。3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于该方法在评估一般交直流系统网架变化对短路比和有效短路比影响程度时，首先计算送端或受端交流系统某条线路开断前后的短路比和有效短路比，然后采用式(9)和(10)可以计算出CRsck和CResck大小；利用式(12)和(13)计算出描述该交直流系统的短路比和有效短路比安全域，即临界值CCRsck和CCResck；校核CRsra和CResck是否超过CCRsai和CCResck,若大于临界值，则该线路对短路比和有效短路比影响过大，在规划设计和运行方式安排中予以重视，若小于临界值，则该线路对短路比和有效短路比影响相对较小；对于多馈入直流系统，根据CIGRE对多馈入短路比MISCR的定义，采用相同思路评估网架结构变化对MISCR的影响程度。在实际系统计算中可以采用CRMIS。K来描述线路或元件投退对MISCR的影响程度；rff_MISCR1M,SCR~MISCR；=\----(14)t“‘、‘ZeqiiPdi+2-1ZeqijPdjJ=iJ*i全文摘要本发明涉及交直流电力系统规划与运行控制领域，具体涉及一种判断交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响程度的评估方法。基于交直流系统短路比和有效短路比定义，本发明得到交直流并/混联短路比计算公式，在此基础上提出了并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率的指标概念及其安全域，给出了理论计算方法与实用计算方法，并进一步将该指标和方法推广至一般交直流系统和多馈入直流系统。本发明建立了一种交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响评估的理论体系，可用于交直流电网规划和运行控制，解决了现有方法缺乏指导性指标的缺陷。文档编号H02J3/36GK101969206SQ201010271490公开日2011年2月9日申请日期2010年9月3日优先权日2010年9月3日发明者郭小江,马世英申请人:中国电力科学研究院