一种计及直流稳态运行电流的计算方法及系统与流程

本发明涉及电力系统计算分析领域，具体涉及一种计及直流稳态运行电流的计算方法及系统。

背景技术：

随着直流输电技术的发展和能源分配的需要出现了多馈入直流输电系统(multi-infeedhvdctransmissionsystem，midc)。midc在增加系统运行方式灵活性和扩大系统输送容量的同时，也增加了系统结构的复杂性。由于多回直流落点于同一交流系统，当多个逆变站间电气耦合紧密时，交直流系统间的交互作用变得更加复杂，受端系统交流故障可能导致多回直流同时发生换相失败，严重时会导致多回直流传输功率的中断，给整个交直流系统的安全稳定运行带来巨大挑战。

本领域中用于衡量多馈入直流输电系统中逆变站间相互作用强弱的指标：多馈入交互作用因子(multi-infeedinteractionfactor，miif)，其定义为：假设在直流系统i的逆变侧换流母线(简称换流母线i)处投入三相对称电抗器，使得该母线上的电压下降1％时，直流系统j的逆变侧换流母线(简称换流母线j)的电压变化率：

式中，miifji为换流母线i和换流母线j之间的多馈入交互作用因子，ui0为投入三相电抗器前换流母线i的电压，△uj为换流母线的电压变化量。

近年，本领域技术人员提出在miif和换相失败最小熄弧角判据的基础上提出了临界多馈入交互作用因子(criticalmulti-infeedinteractionfactor，cmiif)的概念：在多馈入交直流系统中，当直流i逆变侧换流母线发生三相短路故障时，如果直流j与直流i间的多馈入交互作用因子(miifji)大于临界多馈入交互作用因子(cmiifji)，则认为直流j也会同时发生换相失败。cmiifji的通用计算公式如下：

式中，ulj^*为逆变站j的换流母线运行线电压标幺值；xkj％为逆变站j的换流变压器短路电抗的百分比；αj是逆变站j的运行滞后触发角；uli^*为逆变站i的换流母线运行线电压标幺值。

虽然该计算公式简便快捷，物理意义明确，但如果直流实际稳态运行电流不等于直流额定电流时，计算值可能存在一定的偏差。

技术实现要素：

为了克服直流实际稳态运行电流不等于直流额定电流时，计算值可能存在一定的偏差，本发明提出一种计及直流稳态运行电流的计算方法及系统。

一种计及直流稳态运行电流的计算方法包括：采集待测直流输电系统中直流逆变站的参数；利用潮流计算法获得所述待测直流输电系统逆变站的运行参数，运行参数包括：待测直流输电系统逆变站的直流稳态运行电流的标幺值；基于直流逆变站的参数和所述运行参数，计算待测直流输电系统逆变站间的临界多馈入交互作用因子。

临界多馈入交互作用因子的计算公式如下所示：

式中：cmiifji-i为直流输电系统i逆变站与直流输电系统j逆变站间的临界多馈入交互作用因子，ulj^*为直流输电系统j逆变站换流母线运行线电压的标幺值，uli^*为直流输电系统i逆变站换流母线运行线电压的标幺值，xkj％为直流输电系统j逆变站的换流变压器短路电抗的百分比，idj^*为直流输电系统j逆变站直流稳态运行电流的标幺值，αj是直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角。

直流输电系统j逆变站换流母线运行线电压的标幺值其中：ulj为直流系统j逆变站的换流母线运行线电压，uljn为直流系统j逆变站的换流母线电压额定值；所述直流输电系统i逆变站换流母线运行线电压的标幺值其中：uli为直流系统i逆变站的换流母线运行线电压，ulin为直流系统i逆变站的换流母线电压额定值；所述直流输电系统j逆变站直流稳态运行电流的标幺值其中：idj为直流系统j的稳态运行电流，idjn为直流电流额定值。

直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角

其中，nj为逆变变压器的变比，xcj为折算到阀侧的逆变变压器的漏抗，γj为逆变侧定熄弧角，idj为直流系统j的稳态运行电流，ulj为直流系统j逆变站的换流母线运行线电压；

式中:idjn为直流系统j的电流额定值，γ0为逆变侧熄弧角给定值。

一种计及直流稳态运行电流的计算系统包括：采集模块，用于采集待测直流输电系统中直流逆变站的参数；潮流计算模块，用于利用潮流计算法获得所述待测直流输电系统逆变站的运行参数，运行参数包括：待测直流输电系统逆变站的直流稳态运行电流的标幺值；交互作用因子计算模块，用于基于所述直流逆变站的参数和所述运行参数，计算待测直流输电系统逆变站间的临界多馈入交互作用因子。

交互作用因子计算模块中的临界多馈入交互作用因子的计算公式如下所示：

式中：cmiifji-i为直流输电系统i逆变站与直流输电系统j逆变站间的临界多馈入交互作用因子，ulj^*为直流输电系统j逆变站换流母线运行线电压的标幺值，uli^*为直流输电系统i逆变站换流母线运行线电压的标幺值，xkj％为直流输电系统j逆变站的换流变压器短路电抗的百分比，idj^*为直流输电系统j逆变站直流稳态运行电流的标幺值，αj是直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角。

直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角

其中，nj为逆变变压器的变比，xcj为折算到阀侧的逆变变压器的漏抗，γj为逆变侧定熄弧角，idj为直流系统j的稳态运行电流，ulj为直流系统j逆变站的换流母线运行线电压；式中:idjn为直流系统j的电流额定值，γ0为逆变侧熄弧角给定值。

采集模块采集的数据包括：直流系统i逆变站的换流母线电压额定值ulin；直流系统j逆变站的换流母线电压额定值uljn，直流电流额定值idjn和换流变压器短路电抗百分比xkj％。

潮流计算模块计算得到的数据包括：直流系统i逆变站的换流母线运行线电压ulj，直流系统j的稳态运行电流idj，换流母线运行线电压uli和运行滞后触发角αj。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1.本发明根据采集到的直流输电系统参数和潮流计算程序求得直流系统i和直流系统j的运行参数，更加准确地计算出临界多馈入交互作用因子。

2.本发明可应用于交直流系统规划、设计及运行等领域，计算简便快捷，对于指导大电网的规划和维护大电网的安全稳定运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明计算方法的流程图；

图2为本发明实施例中两馈入交直流算例的等值系统示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本发明以多馈入交直流电力系统为研究对象，其计算方法包括下述步骤：

步骤1：确定待研究的直流输电系统i和j后，采集直流系统i和直流系统j的参数，假设待研究的直流输电系统有m个直流逆变站；

采集的直流系统i和直流系统j参数包括：直流系统i逆变站的换流母线电压额定值ulin；直流系统j逆变站的换流母线电压额定值uljn，直流电流额定值idjn和换流变压器短路电抗百分比xkj％等。

步骤2：利用潮流计算程序求得直流系统i和直流系统j逆变站的运行参数；

利用潮流计算程序求得直流系统i和直流系统j的运行参数，包括：直流系统i逆变站的换流母线运行线电压ulj；直流系统j的稳态运行电流idj，换流母线运行线电压uli和运行滞后触发角αj。

以直流系统i为例进行说明，其功率表达式如下：

其中，pdri为整流侧的有功功率，qdri为整流侧的无功功率，pdii为逆变侧的有功功率，qdii为逆变侧的无功功率，αri和αi分别为整流侧和逆变侧的触发延迟角；urli和uli分别为整流侧和逆变侧换流母线的电压。

消去方程(1)中的变量，得到控制方程(2)：

因此，交直流系统的潮流计算简化为具有同样交流逆变站个数并求同样状态量(逆变站电压的幅值和相位)的一个纯交流系统的潮流计算问题。

从而可以应用纯交流系统潮流计算中公知的newton-raphson法和快速解耦算法进行求解，可得到包括直流系统i逆变站的换流母线运行线电压uli和直流系统j逆变站换流母线运行线电压ulj的所有交流逆变站的电压。

下面以整流侧额定电流控制和逆变侧定熄弧角控制为例来说明：

其中，idjn是直流系统j的电流额定值；γ0是逆变侧熄弧角给定值。

将式(3)代入式(4)中，可求得运行滞后触发角αj：

式中，nj为逆变变压器的变比，xcj为折算到阀侧的逆变变压器的漏抗。

步骤3：计算直流系统i逆变站与直流系统j逆变站间的计及直流稳态运行电流的临界多馈入交互作用因子cmiifji-i。

计算直流系统i逆变站与直流系统j逆变站间的计及直流稳态运行电流的临界多馈入交互作用因子cmiifji-i的计算公式：

式中，为直流系统j逆变站的换流母线运行线电压标幺值；xkj％为直流系统j逆变站的换流变压器短路电抗的百分比；为直流系统j的稳态运行电流标幺值；αj是直流系统j逆变站的运行滞后触发角；为直流系统i逆变站的换流母线运行线电压标幺值。

下面举例说明：

如图2所示两馈入交直流算例系统的等值电路，两回直流系统逆变侧连接于相邻的同侧，逆变侧换流母线通过一回交流线路相连，整流侧相互独立。送端系统为无穷大机组，受端交流系统模型用系统等值电势源串联等值阻抗来表示。

使用本发明提供的方法计算临界多馈入交互作用因子(cmiif-i)，步骤如下：

步骤1：以多馈入交直流电力系统为研究对象，确定待研究的直流系统1和直流系统2，及待研究的m个直流逆变站，采集直流系统1和直流系统2的参数，包括：

直流系统1逆变站的换流母线线电压额定值ul1n＝525kv；直流系统2逆变站的换流母线电压额定值ul2n＝525kv，直流电流额定值id2n＝4ka和换流变压器短路电抗百分比xk2％＝14.8％；

步骤2：利用潮流计算公式求得直流系统1和直流系统2逆变站的运行参数，包括：直流系统1逆变站的换流母线运行线电压ul1＝517.32kv；直流系统2逆变站的稳态运行电流id2＝3200ka，换流母线运行线电压ul2＝515.96kv和运行滞后触发角α2＝145.16°；

步骤3：计算直流系统1逆变站与直流系统2逆变站间的计及直流稳态运行电流的临界多馈入交互作用因子为：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种计及直流稳态运行电流的计算系统，下面进行说明。

本发明提供的计算系统包括：采集模块，用于采集待测直流输电系统中直流逆变站的参数；潮流计算模块，用于利用潮流计算法获得待测直流输电系统逆变站的运行参数，运行参数包括：待测直流输电系统逆变站的直流稳态运行电流的标幺值；交互作用因子计算模块，用于基于直流逆变站的参数和所述运行参数，计算待测直流输电系统逆变站间的临界多馈入交互作用因子。

交互作用因子计算模块中的临界多馈入交互作用因子的计算公式如下所示：

式中：cmiifji-i为直流输电系统i逆变站与直流输电系统j逆变站间的临界多馈入交互作用因子，ulj^*为直流输电系统j逆变站换流母线运行线电压的标幺值，uli^*为直流输电系统i逆变站换流母线运行线电压的标幺值，xkj％为直流输电系统j逆变站的换流变压器短路电抗的百分比，idj^*为直流输电系统j逆变站直流稳态运行电流的标幺值，αj是直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角。

直流输电系统j逆变站的运行滞后触发角

其中，nj为逆变变压器的变比，xcj为折算到阀侧的逆变变压器的漏抗，γj为逆变侧定熄弧角，idj为直流系统j的稳态运行电流，ulj为直流系统j逆变站的换流母线运行线电压；式中:idjn为直流系统j的电流额定值，γ0为逆变侧熄弧角给定值。

采集模块采集的数据包括：直流系统i逆变站的换流母线电压额定值ulin；直流系统j逆变站的换流母线电压额定值uljn，直流电流额定值idjn和换流变压器短路电抗百分比xkj％。

潮流计算模块计算得到的数据包括：直流系统i逆变站的换流母线运行线电压ulj，直流系统j的稳态运行电流idj，换流母线运行线电压uli和运行滞后触发角αj。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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参照上述实施例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。