确定逆变站受交流枢纽站影响的风险度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种确定逆变站受交流枢纽站影响的风险度的方法，包括以下步骤：(1)构建该多馈入交直流系统的模型，包括n个逆变站和m个交流枢纽站；(2)对其中一交流枢纽站i施加扰动，使得该交流枢纽站i的换流母线的电压Ui下降1％；(3)基于该多馈入交直流系统中逆变站j的电压变化量△Uj，计算三相多馈入交互因子MIIFij；(4)基于该多馈入交互因子MIIF分值(score)，计算某一逆变站k的风险度R；(5)将该风险度R与参考值(或标准值)Rstandard进行比较，当该R大于或等于该参考值Rstandard，则表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。本发明的方法对发现直流站换相失败的潜在风险及制定相应的预防措施具有指导作用，也可为直流站址选择提供参考指标。
【专利说明】
确定逆变站受交流枢纽站影响的风险度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统分析领域，具体涉及一种确定多馈入交直流系统中逆变站受 交流枢纽站影响的风险度的方法。
【背景技术】
[0002] 随着"西电东送、南北互供、全国联网"战略的全面实施，我国正逐步建成世界上罕 见的跨区域和远距离传输巨大功率的特高压交、直流混合输电系统，其运行的复杂性和难 度在国际上也是罕见的。对于多馈入交直流混合受电系统，由于电网结构的加强和系统容 量的增大，电网安全稳定特性发生了一定的变化，多直流落点地区不易直接发生攻角失稳 的稳定破坏事故，但在缺少足够的动态无功电源支撑及其他措施的情况下，扰动发生时可 能导致电压恶性下降，引发直流换相失败，严重情况下最终导致系统失稳。
[0003] 在大规模多馈入交直流受电系统中，由于直流逆变站之间电气距离近，直流系统 相互耦合，其直流与直流、直流与交流之间的相互作用更强，使得直流系统的响应恶化。一 个换流站的换相失败故障，可能会导致其他换流站换相失败；在交流系统故障下，各直流换 流站有可能同时或相继发生换相失败，若各直流系统不能得以顺利恢复，将造成大范围停 电。因而，通过分析直流换流站间的耦合关系和交直流系统间的相互影响关系，找出多馈入 换相失败的基本规律，发现系统中的薄弱环节，并研究改善薄弱环节的技术措施，对于保证 电力系统的安全稳定运行是十分重要的。
[0004] 现有技术中有通过单相多馈入交互作用因子SMIIF来判断各直流换流站之间的 相互作用强弱关系，试图通过该单相多馈入交互作用因子SMIIF来找出换相失败的规律， 然而由于单相多馈入交互作用因子SMIIF只考虑了不同直流落点之间的单相电压的相互 作用强弱关系，此外，根据《电力工程电气设计手册》，电力系统短路电流计算中：导体和电 器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。同时，在直流输电系统准 稳态模型的仿真分析中，假定三相电压对称，为工频正弦波。所以对于有多直流落点的电网 中，一般只考虑三相故障仿真分析。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种确定多馈入交直流系统中逆变站受交流枢纽站影响的 风险度的方法，以保证电力系统的安全稳定运行。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种确定多馈入交直流系统中逆变站受交流枢纽 站影响的风险度的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)构建对应于所述多馈入交直流系统的模型，其中所述多馈入交直流系统包括 η个逆变站和m个交流枢纽站，并且n、m为^ 3的正整数；
[0008] (2)在所述多馈入交直流系统的模型中，对其中一交流枢纽站i施加扰动，i = 1, 2, 3, 4,......m，使得该交流枢纽站i的换流母线的电压Ui下降1% ;
[0009] (3)基于所述多馈入交直流系统中逆变站j的电压变化量Λ U,，计算所述交流枢 纽站i和所述逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFlj，其中j = 1，2, 3，···，η ;
[0010] (4)基于所述多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的风险度R， 其中风险度R为所述逆变站j受交流枢纽站i扰动干扰而发生故障的风险度；
[0011] (5)将所述的风险度R与参考值（或标准值）进行比较，从而确定所述多馈入交直 流系统中一个或多个逆变站的风险度；其中
[0012] 当所述R大于或等于所述参考值Rstandarf,则表示该逆变站的风险度高于一般逆变 站。
[0013] 较佳地，所述多馈入交互因子MIIFl j按下式计算：
[0014]
[0015] 较佳地，对于某一逆变站k而言，所述的风险度R按下式进行计算和判断：
[0016] R = Σ MIIFlk= MIIF JMIIF21^-MIIFnik，其中 1 为小于或等于 m 的正整数。
[0017] 较佳地，对于某一逆变站k而言，所述的风险度R按以下方式进行计算和判断：
[0018] R等于所有MIIF的分值中最高前ml位的多馈入交互因子分值，其中ml为3-m的 任一正整数。
[0019] 较佳地，ml 为 2、5、10、15、或 m。
[0020] 较佳地，当 ml 为 2, Rstandard为 L 5 ;当 ml 为 5, Rtandal^J 3 ;或当 ml 为 10, Rstandard为 4〇
[0021] 较佳地，在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于所述逆变站k，将单个MIIFlk与多馈 入交互因子参考值MIIF standaJi行比较，其中当有10个以上的所述单个MIIFlk大于或等于 所述参考值MIIF stand"d，则表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。
[0022] 较佳地，所述的参考值MIIFstandal^J 0· 3〇
[0023] 较佳地，对于所述逆变站k，有30个以上的单个11正114大于或等于所述参考值 MIIFstandal^t，则表示该逆变站的风险度为极高风险。
[0024] 较佳地，所述的故障包括换相失败，所述的风险度包括所述逆变站发生换相失败 的风险。
[0025] 本发明提出的采用多馈入交互因子指标（MIIF)确定多馈入交直流系统中枢纽站 的风险度的方法，基于实际电网模型，采用时域仿真计算，较好地考虑了系统动态特性，其 所表现出来的电压耦合实质上综合考虑了逆变站间电气距离、各换流母线的有效短路比、 实际直流传输功率等影响换相失败的因素，通过量化指标，能直观地判断各直流站之间、直 流与交流之间的交互作用大小关系，判断系统各逆变站发生同时/相继换相失败的几率大 小及可能存在的组合，对发现直流站换相失败的潜在风险及制定相应的预防措施具有一定 的指导作用，也可为直流站址选择提供一个参考指标。
【附图说明】
[0026] 图1是二馈入直流输电系统简化不意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的 目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为 了说明本发明技术方案的实质精神。
[0028] 术语：
[0029] 风险度：逆变站发生换相失败的概率。
[0030] 一般风险：换相失败概率为20%。
[0031] 极高风险：换相失败概率为80%。
[0032] 换相失败：是直流输电系统常见故障。换相电压下降及其导致的逆变侧直流电压 下降和直流电流升高、不对称故障时换流电压过零点漂移都会影响到换相失败的发生，其 中换相电压下降是导致换相失败的主要原因。若一旦某个换流站发生换相失败，将会导致 直流输电短时中断，连续换相失败时还会发生直流系统闭锁等后果，在严重的情况下可能 会出现多个换流站同时发生连续换相失败，甚至导致电网崩溃。因此判断和避免换相失败 的发生是非常重要的。
[0033] 多馈入交互因子MIIF是由CIGRE WG B4工作组提出的工程规划阶段用于衡量多 馈入直流系统中换流站之间电压交互作用的指标，其定义如下：
[0034] 即假设系统中存在编号分别为1和2的两个直流换流站，当换流母线1投入对称 三相电抗器使得该母线上的电压降恰好为1%时，换流母线2的电压变化。即：
[0035]
[0036] 多馈入直流系统落点集中于同一个交流网络，对某一个换流站施加扰动后，另一 换流站的动态响应必然包含了此间交流系统与其他换流站对它的共同作用。以图1的三馈 入直流输电系统为例来说明多馈入交互因子MIIF在多馈入交直流系统中的应用。
[0037] 如图1所示：
[0038]
[0039] 其中，1^~U 3分别为换流母线1~3的电压；E E3分别为与换流母线1~3对 应的交流系统等效电动势；XN1~Xn3分别为与换流母线1~3对应的交流系统等效阻抗；X 12 为换流站1、2之间的耦合阻抗，X13S换流站1、3之间的耦合阻抗，X 23为换流站2、3之间的 耦合阻抗；Idl~I d3分别为3条直流输电线路对应的直流电流。
[0040] 在电网结构及运行方式确定的情况下，换流站之间耦合阻抗和交流系统戴维南等 效阻抗是一定的，BP
[0041 ]
[0042]
[0043]
[0044] 工程上判断换相失败一般是采用经验电压判据，即当换相电压降落到某阈值就认 为发生换相失败。假设换相电压刚好跌落到换相失败阈值，对应的电压跌落幅值为Λ U2,利 用叠加定理可有：
[0045]
[0046] -般直流电流在换相失败发生后才会显著上升，因此这里忽略了直流电流的变 化。由该式可见，逆变站的换相失败除了受直接与之相连的交流系统等效电势源影响外，还 受与之耦合的逆变站电压的影响，而它们之间的耦合系数从公式上看取决于各换流站之间 的耦合阻抗及X e。
[0047] MIIF作为衡量两个逆变站之间的电压交互作用的指标，它基于实际电网模型，综 合考虑了逆变站间电气距离、各换流母线的有效短路比、实际直流传输功率等因素，采用时 域仿真计算，所得到的结果较单独由交流戴维南等效阻扰和逆变站间耦合阻抗决定的电压 耦合系数更为合理。
[0048] 本发明人经过深入研究及大量实验，发现将多馈入交互因子MIIF扩展为以下定 义，以考察交流枢纽站对直流换流站的影响可以取得极好的效果。即将多馈入交互因子 MIIF扩展为，当交流母线（包含换流母线）1投入对称三相电抗器使得该母线电压降恰好为 1 %时，换流母线2的电压变化。
[0049] 下面介绍使用多馈入交互因子MIIF来判断多馈入交直流系统中各逆变站的风险 度的方法。
[0050] 该方法包括以下步骤：
[0051] (1)构建对应于多馈入交直流系统的模型，其中该多馈入交直流系统包括η个逆 变站和m个交流枢纽站，并且n、m为多3的正整数；
[0052] (2)在该多馈入交直流系统的模型中，对其中一交流枢纽站i施加扰动，i = 1, 2, 3, 4,......m，使得该交流枢纽站i的换流母线的电压Ui下降1% ;
[0053] (3)基于该多馈入交直流系统中逆变站j的电压变化量Λ Uj，计算交流枢纽站i和 逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFlj，其中j = 1，2, 3，…，η ;
[0054] (4)基于该多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的风险度R ;
[0055] (5)将风险度R与参考值（或标准值）Rstan^进行比较，从而确定多馈入交直流系 统中一个或多个逆变站的风险度；其中
[0056] 当R大于或等于参考值Rstand"d，则表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。
[0057] 其中，所述多馈入交互因子MIIF1,按下式计算：
[0058]
[0059] (6)对于某一逆变站k而言，风险度R按下式进行计算和判断：
[0060] R = Σ MIIFlk= Σ MIIF lk= MIIF JMIIF21^-MIIFnik，其中 1 为小于或等于 m 的正 整数。
[0061] (7)对于某一逆变站k而言，风险度R还可按以下方式进行计算和判断：
[0062] R为对于逆变站k而言所有MIIF的分值中最高前ml位的多馈入交互因子分值， ml为3-m的任一正整数。
[0063] 较佳地，ml 为 2、5、10 或 m。
[0064] 当 ml 为 2 为，Rstandard为 1. 5 ;或当 ml 为 5, R standard为 3 ;当 ml 为 10, R standard为 4。
[0065] 在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于逆变站k，将单个MIIFlk与多馈入交互因子 参考值MIIF stanfcd进行比较，当有10个以上的单个MIIF lk大于或等于参考值MIIF standard，则 表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。
[0066]较佳地，参考值 MIIFstandardS 0· 3〇
[0067] 对于逆变站k，有30个以上的单个于或等于所述参考值MIIF standal#t，则 表示该逆变站的风险度为极高风险。
[0068] 下面以江苏电网多馈入交直流系统作为示例来说明本发明的采用多馈入交互因 子MIIF来确定交直流系统中各逆变站受各交流枢纽站的扰动时发生故障的风险度。
[0069] (1)构建对应于江苏电网多馈入交直流系统的模型，包括5个逆变站和113个交流 枢纽站；
[0070] (2)对其中一交流枢纽站i施加扰动，使得该交流枢纽站i的换流母线的电压U1 下降 1%，其中，i = 1，2,3，*"113 ;
[0071 ] (3)基于逆变站j的电压变化量Λ Uj，计算交流枢纽站i和逆变站j之间的三相 多馈入交互因子MIIFl j，其中j = 1，2, 3,4, 5 ;
[0072] (4)基于该多馈入交互因子MIIFu分值（score)，计算某一逆变站k的风险度R ;
[0073] (5)将风险度R与参考值（或标准值）RstandaJi行比较，确定多馈入交直流系统中 一个或多个逆变站的风险度；其中当R大于或等于参考值R standaH，则表示该逆变站的风险 度高于一般逆变站。
[0074] (6)对于某一逆变站k而言，风险度R可按下式进行计算和判断：
[0075] R = Σ MIIFlk= MIIFlk+MIIF2k+."MIIF113k，其中 1 为小于或等于 113 的正整数，
[0076] (7)对于某一逆变站k而言，风险度R可按下式进行计算和判断：
[0077] R为对于逆变站k而言所有MIIF的分值中最高前ml位的多馈入交互因子分值， ml为3-113的任一正整数。
[0078] 较佳地，ml 为 2、5、10 或 113。
[0079] 当 ml 为 2, Rstandard为 1. 5 ;当 ml 为 5, R standard为 3 ;或当 ml 为 10, R standard为 4 ;当 ml 为 113, Rstandard为 20。
[0080] 在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于某一逆变站k而言，风险度R还可按下式进 行计算和判断：对于逆变站k，将单个MIIF lk与多馈入交互因子参考值MIIFstandaJi行比较， 当有大于10个的MIIF lk大于或等于参考值MIIF standy，则表示该逆变站的风险度高于一般 逆变站。较佳地，参考值MIIFstand"# 0. 3。
[0081 ] 对于逆变站k，有大于或等于30个MIIFlk大于或等于参考值MIIF standal^t，则表示 该逆变站的风险度为极高风险。
[0082] 表1为江苏电网多馈入交直流系统中各逆变站和各交流枢纽站之间的MIIF值。
[0083] 表 1
[0084]
南京，R等于26. 924。
[0089] 因此，江苏电网多馈入交直流系统中各逆变站的风险度从大到小排序为：同里> 泰州500 >泰州1000 >南京>政平。
[0090] 且同里、泰州500、泰州1000、南京的风险度R都大于20,因此，同里、泰州500、泰 州1000、南京的风险度高于一般逆变站。
[0091] 下面以步骤（7)的方法来对各逆变站的风险度进行判断。
[0092] 对于逆变站同里、泰州500、泰州1000、南京，分别有29、33、25、29个MIIFlk大于或 等于0. 3,因此其风险度高于一般逆变站。
[0093] 此外，由于泰州500有33个MIIFlk值大于0. 3,因此存在极高风险。
[0094] 以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲 授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本 申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种确定多馈入交直流系统中逆变站受交流枢纽站影响的风险度的方法，其特征在 于，包括W下步骤： (1) 构建对应于所述多馈入交直流系统的模型，其中所述多馈入交直流系统包括n个 逆变站和m个交流枢纽站，并且n、m为> 3的正整数； (2) 在所述多馈入交直流系统的模型中，对其中一交流枢纽站i施加扰动，i = 1,2, 3,4,……m，使得该交流枢纽站i的换流母线的电压Ui下降1% ; (3) 基于所述多馈入交直流系统中逆变站j的电压变化量A U，，计算所述交流枢纽站i 和所述逆变站j之间的S相多馈入交互因子MIIFw其中j = 1，2, 3，…，n ; (4) 基于所述多馈入交互因子MIIF分值（score),计算某一逆变站k的风险度R，其中 风险度R为所述逆变站j受交流枢纽站i扰动干扰而发生故障的风险度； 妨将所述的风险度R与参考值（或标准值化tandar进行比较，从而确定所述多馈入交 直流系统中一个或多个逆变站的风险度；其中 当所述的风险度R大于或等于所述参考值RshHdwd,则表示该逆变站的风险度高于一般 逆变站。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多馈入交互因子MIIFi,按下式计算：3. 如权利英求1所还的万化其特祉在于，对于某一逆变站k而言，所述的风险度R按 下式进行计算和判断： R = E MIIFik= MIIF A+MIIFzk+'''MIIFmk,其中1为小于或等于m的正整数。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于某一逆变站k而言，所述的风险度R按 W下方式进行计算和判断： R等于所有MIIF的分值中最高前ml位的多馈入交互因子分值，其中ml为3-m的任一 正整数。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，ml为2、5、10或m。6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，当ml为2, R 为1. 5 ;当ml为5, R tacdefd 为 3 ;或当 ml 为 10, Rstandard为 4。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤巧）中，还包括W下步骤：对于所述 逆变站k，将单个MHFik与多馈入交互因子参考值MIIF ,tandar进行比较，其中当有10个W上 的所述单个MIIFik大于或等于所述参考值MIIF 则表示该逆变站的风险度高于一般 逆变站。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的参考值MIIF ,tgcdgfd为0. 3。9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于所述逆变站k，有30个W上的单个 MIIFik大于或等于所述参考值MIIF 时，则表示该逆变站的风险度为极高风险。10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的故障包括换相失败，所述的风险度 包括所述逆变站发生换相失败的风险。
【文档编号】H02J3/36GK106033893SQ201510125719
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月20日
【发明人】黄俊辉, 王旭, 曹敏敏, 史慧杰, 高斌, 虞瑄, 窦飞, 乔黎伟, 徐宁
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力经济技术研究院, 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司