一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法与流程

本发明涉及特高压交直流技术领域，更具体涉及一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法。

背景技术：

随着特高压交直流技术的广泛应用，多回直流集中馈入受端负荷中心将成为我国电网普遍存在的方式。随着直流输送容量不断增加，直流落点越来越密集，现有直流接入方式将不利于受端系统潮流疏散，并且会在电压支撑等方面带来一系列问题。为了解决这一难题，规划的特高压直流输电工程中将使用直流分层接入技术，将特高压直流的高端换流器和低端换流器分别接入不同电压等级的交流系统，相应的无功设备也会分层接入不同电压等级，高低端换流变及相应无功设备将通过交流特高压主变或交流系统形成环网。

由于直流容量比较大，某些方式下逆变侧换流站近区线路N-2故障后，会引起其他线路过载，需要采取直流功率速降的紧急控制措施。直流分层接入方式下，高、低端换流器电流相同，电压通常采用均衡控制。直流功率速降时，高、低端换流器功率同时变化，会削弱过载线路潮流调整效果，严重时甚至会使过载线路潮流继续增加。此外，直流双极功率不同控制模式也会带来影响。

本发明综合考虑直流分层接入方式下高、低端换流器对过载线路潮流控制效果，以及直流双极功率不同控制模式，提出了一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法，解决对近区N-2线路故障后其余线路过热稳的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法，解决线路N-2故障后其余线路潮流越限的问题；并且可运用于电力系统在线分析控制和离线仿真分析，为电网规划、建设和运行分析人员提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法，包括：

I-1.设分层接入直流受端换流站近区其中一个输电线路N-2故障导致其他输电线路功率越限，确定所述输电线路N-2故障后越限线路需要的最小功率调整量；

I-2.分别计算分层接入直流高端换流器功率和低端换流器功率对所述输电线路N-2故障后越限线路功率的灵敏度；

I-3.当所述直流高端换流器和低端换流器功率同时降低时，根据直流双极功率控制模式，分析直流高端换流器功率和低端换流器功率实际变化情况，并结合灵敏度计算直流功率调整量，若所述直流功率调整量有解，则记所述直流功率调整量为调整量1有效；

I-4.根据灵敏度选取直流换流器功率调整对降低越限输电线路功率最有效的一端；

I-5.闭锁所述一端的一个换流器，根据直流双极功率控制模式，分析直流高端换流器功率和低端换流器功率实际变化情况，结合灵敏度计算越限输电线路功率是否均在其限值内，若是在其限制内，则记此时的所述直流功率调整量为调整量2有效，转向I-7；否则，转向下一步；

I-6.闭锁所述一端的两个换流器，根据直流双极功率控制模式，分析直流高端换流器功率和低端换流器功率实际变化情况，结合灵敏度计算越限输电线路功率是否均在其限值内，若是在其限制内，则记此时的所述直流功率调整量为调整量2有效；

I-7.若所述调整量1和调整量2的其中之一有效，则直流安控措施量有解。

在所述步骤I-1中，所述输电线路N-2故障后共N条线路功率越限，输电线路i故障后的功率为P_i⁽¹⁾，其功率限值为P_{i max}，i＝1,…,N，则输电线路i需要的最小功率调整量ΔP_{i min}为：

ΔP_{i min}＝P_i⁽¹⁾-P_{i max} (1)。

在所述步骤I-2中，对于所述输电线路N-2故障后的电力系统，仅调整直流高端换流器功率，保持低端换流器功率不变，设高端换流器功率变化量为ΔP_DH，输电线路i的功率降低量为ΔP_iH，则直流高端换流器功率变化对输电线路i的灵敏度S_Hi为：

对于输电线路N-2故障后的电力系统，只调整直流低端换流器功率，保持高端换流器 功率不变，设低端换流器功率变化量为ΔP_DL，输电线路i的功率降低量为ΔP_iL，则直流低端换流器功率变化对线路i的灵敏度S_Li为：

在所述步骤I-3中，设直流高端换流器功率功率和低端换流器功率同时降低ΔP_D，直流双极均采用双极功率控制模式，则直流高端换流器功率和低端换流器功率实际变化量均为ΔP_D，则输电线路i功率降低量ΔP_i：

ΔP_i＝ΔP_D(S_Hi+S_Li) (4)；

则解决输电线路i越限问题需要直流高端换流器功率和低端换流器功率的最小降低量ΔP_{Di min}为：

解决所有线路越限问题需要直流高端换流器功率和低端换流器功率的最小降低量ΔP_{D min}为：

ΔP_{D min}＝maxΔP_{Di min},i＝1,2,…,N (6)。

对于所述输电线路i，直流高端换流器功率或低端换流器功率调整最有效的灵敏度S_i满足：

S_i＝max(S_Hi,S_Li)且S_i＞0 (7)。

假设直流高端换流器功率调整最有效，直流闭锁高端一个换流器，直流双极均采用双极功率控制模式，则调整后直流高端换流器功率和低端换流器功率和为：

当

当

其中，P_DN为直流双极额定功率，k为直流故障后长期过负荷倍数，为直流调整前功率。

则调整后直流高、低端换流器功率变化量为：

当

当

输电线路i功率降低量ΔP_i为：

若对于所有越限线路，均有下式(13)成立，则直流功率调整量为闭锁高端单换流器，所述调整量2有效；否则，当前无解：

ΔP_i≥ΔP_imin,i＝1,2,…,N (13)

设直流闭锁高端两个换流器，直流双极均采用双极功率控制模式，则调整后直流高、低端换流器功率为

当

当

则调整后直流高、低端换流器功率变化量为：

当

当

输电线路i功率降低量ΔP_i按式(12)计算。

若对于所有越限线路，式(13)均成立，则直流功率调整量为闭锁高端两个单换流器，调整量2有效；否则，当前无解。

若所述调整量1和调整量2均有效，则选取调整量最小值作为直流安控措施量；若所述调整量1或调整量2有效，则选取调整量1或调整量2作为直流安控措施量；若调整量1和调整量2均无效，则直流安控措施量无解。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果：

1、本发明技术方案分层接入直流高、低端换流器功率对越限线路的灵敏度，可以快速计算直流安控措施量，解决线路N-2故障后其余线路潮流越限的问题；

2、本发明技术方案可运用于电力系统在线分析控制和离线仿真分析，利于交直流系统运行，便于快速计算直流安控措施量，保障电网的安全稳定的运行；

3、本发明技术方案应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明技术方案方法流程图；

图2为本发明技术方案电力系统意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法，包括：

I-1.设分层接入直流受端换流站近区某线路N-2故障导致其他线路功率越限，计算该线路N-2故障后越限线路需要的最小功率调整量；

I-2.分别计算分层接入直流高、低端换流器功率对该线路N-2故障后越限线路功率的灵敏度；

I-3.考虑直流高、低端换流器功率同时降低，根据直流双极功率控制模式，分析直流高、低端换流器功率实际变化情况，结合灵敏度信息计算直流功率调整量，若有解，则记为调整量1有效；

I-4.根据灵敏度选取直流换流器功率调整对降低越限线路功率最有效的一端；

I-5.闭锁该端一个换流器，根据直流双极功率控制模式，分析直流高、低端换流器功率实际变化情况，结合灵敏度信息计算越限线路功率是否均在限值内，若是，则记为调整量2有效，转向I-7；否则，转向下一步；

I-6.闭锁该端两个换流器，根据直流双极功率控制模式，分析直流高、低端换流器功率实际变化情况，结合灵敏度信息计算越限线路功率是否均在限值内，若是，则记为调整量2有效；

I-7.若调整量1、调整量2均有效，则选取调整量最小值作为直流安控措施量；若只有调整量1或调整量2有效，则选取调整量1或调整量2作为直流安控措施量；若调整 量1、调整量2均无效，则直流安控措施量无解。

其中，步骤I-1包括：

所述该线路N-2故障后共n条线路功率越限，线路i故障后的功率为P_i⁽¹⁾，功率限值为P_{i max}，i＝1,…,n，则线路i需要的最小功率调整量ΔP_{i min}为：

ΔP_{i min}＝P_i⁽¹⁾-P_{i max} (1)；

其中，步骤I-2包括：

对于线路N-2故障后的系统，只调整直流高端换流器功率，保持低端换流器功率不变，设高端换流器功率变化量为ΔP_DH，线路i的功率降低量为ΔP_iH，则直流高端换流器功率变化对线路i的灵敏度S_Hi为：

对于线路N-2故障后的系统，只调整直流低端换流器功率，保持高端换流器功率不变，设低端换流器功率变化量为ΔP_DL，线路i的功率降低量为ΔP_iL，则直流低端换流器功率变化对线路i的灵敏度S_Li为：

其中，步骤I-3包括：

设直流高、低端换流器功率同时降低ΔP_D，直流双极均采用双极功率控制模式，则直流高、低端换流器功率实际变化量均为ΔP_D，则线路i功率降低量ΔP_i：

ΔP_i＝ΔP_D(S_Hi+S_Li) (4)；

则解决线路i越限问题需要直流高、低端换流器功率的最小降低量ΔP_{Di min}为：

解决所有线路越限问题需要直流高、低端换流器功率的最小降低量ΔP_{D min}为：

ΔP_{D min}＝maxΔP_{Di min},i＝1,2,…,N (6)；

其中，步骤I-4包括：

对于线路i，直流高端或低端换流器功率调整最有效的灵敏度S_i满足：

S_i＝max(S_Hi,S_Li)且S_i＞0 (7)；

据此可以选择直流换流器功率调整对降低越限线路功率最有效的一端。不失一般性，下文论述假设直流高端换流器功率调整最有效。

其中，步骤I-5包括：

设直流闭锁高端一个换流器，直流双极均采用双极功率控制模式，则调整后直流高、低端换流器功率为

当

当

其中，P_DN为直流双极额定功率，k为直流故障后长期过负荷倍数，为直流调整前功率。

则调整后直流高、低端换流器功率变化量为：

当

当

线路i功率降低量ΔP_i为：

若对于所有越限线路，式(13)均成立，则直流功率调整量为闭锁高端单换流器，调整量2有效；否则，当前步骤无解。

ΔP_i≥ΔP_{i min},i＝1,2,…,N (13)；

其中，步骤I-6包括：

设直流闭锁高端两个换流器，直流双极均采用双极功率控制模式，则调整后直流高、低端换流器功率为

当

当

则调整后直流高、低端换流器功率变化量为：

当

当

线路i功率降低量ΔP_i可按式(12)计算。若对于所有越限线路，式(13)均成立，则直流功率调整量为闭锁高端两个单换流器，调整量2有效；否则，当前步骤无解。

其中，步骤I-7包括：

若调整量1、调整量2均有效，则选取调整量最小值作为直流安控措施量；若只有调整量1或调整量2有效，则选取调整量1或调整量2作为直流安控措施量；若调整量1、调整量2均无效，则直流安控措施量无解。

如图2所示，以一种电力系统为例。直流额定功率10000MW，长期过负荷能力1.05倍，受端采用分层接入，高端、低端各2个换流器。DH、DL分别为直流受端高端、低端换流母线，DS为直流送端换流站。1、2、3为1000kV交流变电站，4、5、6为500kV交流变电站。500kV交流线路热稳限额按2800MW考虑。初始方式下，直流双极功率10000MW，双回线1-3潮流3880MW，单回线1-4潮流2530MW。线路1-3发生N-2故障后，线路1-4潮流达到3590MW，严重过热稳，需要采取安控措施。

第一步，线路1-3发生N-2故障后，越限线路1-4需要的最小功率调整量为790MW。

第二步，直流高端、低端换流器功率降低对越限线路1-4功率降低的灵敏度分别为-0.25、0.23。

第三步，考虑直流高、低端换流器同时降低，根据灵敏度可以看出，越限线路1-4潮流反而增加，因而这种情况下直流安控措施量无解。

第四步，根据灵敏度可以看出，直流低端换流器功率降低对降低越限线路1-4潮流最有效。

第五步，闭锁直流低端一个换流器，根据灵敏度可以计算，越限线路1-4潮流降低610MW，线路1-4潮流依然越限，这种措施无效。

第六步，闭锁直流低端两个换流器，根据灵敏度可以计算，越限线路1-4潮流降低1210MW，线路1-4潮流越限问题解决，这种措施有效。

第七步，根据上述分析结果可得，直流安控措施量为闭锁直流低端两个换流器共5000MW。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种直流分层接入方式下安控措施量的获取方法，该方法先计算线路N-2故障后越限线路需要的最小功率调整量，以及分层接入直流高、低端换流器功率对越限线路的灵敏度，然后考虑直流高、低端换流器功率同时降低，结合直流双极功率控制模式计算直流功率调整量，再考虑闭锁高、低端一个或两个换流器，计算越限线路功率是否均在限值内，最终计算直流安控措施量。本发明提供的技术方案能够计算出直流分层接入方式下安控措施量，可以解决线路N-2故障后其余线路潮流越限的问题；并且可运用于电力系统在线分析控制和离线仿真分析，可以为电网规划、建设和运行分析人员提供技术支撑。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。