一种直流电网网架构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网构建方法，具体讲涉及一种直流电网网架构建方法。
【背景技术】
[0002] 与交流同步电网的自由联网方式相比，直流电网在提高电网可控性和灵活性、限 制同步电网规模、降低电网复杂性、减少输电损耗等方面具有优势，是构建未来"可靠、高 效、充足、灵活、洁净"的输配电网的重要途径，将对电力系统的发、输、配、送、用的各个环节 产生深远的影响。随着换流阀、直流断路器和直流变压器等关键设备技术突破和性价比持 续提高，点对点及多端直流输电工程建设及运行经验不断增加，跨区域、大范围电力传输及 分布式新能源开发利用双重需求的推动，能够顺应能源战略和技术发展潮流的直流电网技 术受到高度关注，具备在未来10年左右获得快速发展的技术经济条件，且前景广阔。
[0003] 直流电网网架顶层设计和网架拓扑评价指标是关系直流电网发展的基础问题。目 前，虽然在一些区域和国家未来电网网架结构展望和设想方案中已经不同程度体现了利用 直流输电和联网功能满足能源战略、电源和负荷分布、电力改革、电网改造等方面的需求， 但是，直流电网网架构建目标和原则、建模方法、评价体系及指标等方面研究尚待加强。直 流电网网架的系统需求，构建目标和原则、建模方法、评价指标等研究是直流电网的生成策 略、容量优化、脆弱环节识别及改进、故障传播及控制等后续研究的前提，是关系直流电网 规划、运行和发展的基础性问题。
[0004] 作为当今前沿和热点的新兴交叉学科，复杂网络理论发展为直流电网网架研究提 供了又一理论研究工具，直流电网为复杂网络理论及工程研究提供了技术应用舞台。随着 这两门新兴科学在各自领域的快速发展，两者相辅相成，相互促进，有助于加快直流电网理 论研究的深入开展和向工程应用的推进，对于直流电网的规划和运行均具有重要的意义。
[0005] 分析国内外历次大停电事故发现电力系统传统还原论"分而治之"的分析方法在 应对复杂电力系统日益增多的不确定性和揭示系统整体动态行为特征方面，显露出明显的 不局。正如复杂网络奠基人巴拉巴西所言"在沿着还原论这条路飞奔时，我们撞上了复杂性 这堵墙。"人们认识到大停电事故的发生与电网固有结构特征密不可分。近年来，通过引入 复杂网络理论，优化经典电力系统研究方法，电力系统在交流复杂电网结构建模、电网脆弱 性分析以及大电网事故形成与发展等方面的取得了大量研究成果，开启了从网络整体结构 角度研究复杂大电网的新途径。目前，复杂网络理论主要集中于交流电网研究领域，较少涉 及直流输电系统，尤其是直流电网结构方面的研究尚未起步。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流电网网架构建方法，该方法 将对电力系统的发、输、配、送、用的各个环节产生深远的影响。
[0007] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0008] 本发明提供一种直流电网网架构建方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步 骤：
[0009] (1)构建直流电网网架；
[0010] (2)规划直流电网网架的发展；
[0011] (3)构建直流电网网架拓扑。
[0012] 进一步地，所述步骤（1)中，直流电网网架的构建包括：
[0013] A、确定直流电网电压等级序列：包括特高压（如：±1100kV或±800kV)、超高压 (如：± 500kV)、高压（如：± 200kV)和中低压（如：± 100V)电压等级；
[0014] B、对直流电网分区分层：根据直流电网面向电力资源配置和面向用户供电的功 能，将直流电网分为输电网和配电网；结合覆盖区域和电网规模，进一步划分为国家骨干输 电网、区域主干输电网、地区输电网（省级）、地区配电网（城市）、小型（企业或小区）和 微型配电网（家庭）；
[0015] C、确定电源接入方式：所述电源包括集中式大电源和分布式电源；集中式大电源 电厂经各自的输电回路，分层、分散接入国家骨干及主干直流电网；每一路外部电源输电容 量不超过全系统总容量的20~30% ;分布式电源接入负荷侧就地利用，根据容量分层、分 散接入中低压配电网；
[0016] D、确定受端电网：包括直接接入直流配电网和接入与直流电网相连的受端交流电 网。
[0017] 进一步地，所述步骤（2)中，用全局统筹和局域统筹规划直流电网网架的发展，并 结合直流电网的不确定因素调整直流电网网架。
[0018] 进一步地，所述步骤（3)中，直流电网网架拓扑描述换流站（节点）集合和输电线 路（连边）集合的连接关系，用无权无向网架拓扑图描述换流站（节点）集合和输电线路 (连边）集合的连接关系，包括：
[0019] a.记换流站的送端或受端为一个节点；
[0020] b.两换流站之间的输电线路记为连接送端和受端的一条连边；
[0021] c.换流站节点与自己不相连，即不存在自环；
[0022] d两换流站（节点）间最多只有一条连边，即不存在重边；
[0023] e?连边只代表节点（换流站）间的连接关系，没有权重；
[0024] f.双极直流输电系统和背靠背换流站均用两个换流站（节点）及其一条输电线路 (连边）描述；
[0025] 直流电网网架拓扑采用由换流站（节点）集合V和输电线路（连边）集合E组成 的图G= (V，E)描述，其中，V= …，vN) ;E= (e^e；；，…，eM);换流站（节点）数 记为N= |V|，输电线路（连边）数记为M= |E| ;任意一条输电线路（连边）对应于一个 换流站（节点）的二元组：ex= {v ;，v.j};
[0026] 直流电网网架拓扑采用邻接矩阵B描述。图G= (V，E)的邻接矩阵为B，是一个 N阶方阵；如果换流站（节点）vjP换流站（节点）v .j相连，则B的第i行和第j列上的元 素b1]= 1 ;否则，记为b1]= 0。按照上述方法从直流电网物理结构抽象的无权无向网架拓 扑图为采用数学图论和复杂网络理论的方法描述、研究和评价直流电网物理结构奠定了基 础。邻接矩阵通过矩阵方式描述网络拓扑图，有利于采用计算机技术深入研究直流电网结 构。
[0027] 进一步地，所述步骤（3)中，构建直流电网网架拓扑包括构建规则网络、随机网 络、小世界网络或无标度网络。
[0028] 进一步地，所述构建规则网络包括构建星型网络、树型网络、环型网络和网格型网 络。
[0029] 进一步地，所述构建随机网络的规则包括：任意两节点之间独立地以概率p连边， 以概率1-p不连边或完全随机建立m条节点间的连边。
[0030] 进一步地，所述构建小世界网络的规则包括：从具有N个节点、分配系数为z的最 近邻环网开始，对于每一条环网上的边，以概率P随机重新连，确保没有重复边。
[0031] 进一步地，所述构建无标度网络的规则包括：设网络初始有m。个节点，新节点从网 络中已经存在的节点中选择m个节点并与之相连，其中选中某节点的几率和该节点已经直 接连接的节点数目成正比。
[0032] 与最接近的现有技术比，本发明的优异效果是：
[0033] 本发明首次系统提出直流电网网架构建方法，指出了直流电网构建的原则和途 径，有助于加快直流电网理论研究的深入开展和向工程应用的推进，对于直流电网的规划 和运行均具有重要的意义。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明提供的直流电网网架拓扑建模示意图，其中（a)为直流电网网架示 意图；(b)为直流电网网架拓扑不意图；
[0035] 图2是本发明提供的直流电网规则网络拓扑示意图，其中（a)为星型网络；(b)为 树型网络；（ c)环型网络；（d)为网格型网络；图中圈点为换流站（节点）；
[0036] 图3是本发明提供的直流电网随机网络拓扑图；<