多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法及装置与流程

本发明涉及一种多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法及装置，属于交直流电力系统规划与运行控制领域技术领域。

背景技术：

我国发电能源和用电负荷分布极为不平衡。煤炭资源主要分布在西北地区，陕西、内蒙、陕西、新疆、宁夏、贵州这六省区的煤炭保有储量占全国的76％；水利资源主要分布在我国的西部地区，西南、西北地区水利资源理论蕴藏量占全国的83％，技术可开发量占全国的77％。而我国的电力负荷需求主要集中在中东部以及沿海经济发达地区，这使得我国能源资源分布和负荷需求呈逆向分布格局，需要在全国范围内进行资源优化配置。当前，国家电网公司正推进“一特四大”的电网发展战略，以大型能源基地为依托，建设由1000kV交流和±800kV直流构成的特高压电网，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，以解决能源基地与负荷中心之间远距离、大规模、大容量的电力输送难题，在全国范围内实现资源优化配置。LCC-HVDC具有输送容量大、输送距离远、损耗低、适用于架空线等特点，在远距离大容量电力输送领域备受青睐。

我国的华东地区和华南地区是全国电力需求最大的两个地区，也是多条直流输电线路的落点，也使得这两个地区已经形成多馈入直流输电的格局。未来随着经济的进一步发展，更多常规特高压直流输电线路的建设，多馈入直流输电格局将成为新常态。然而，当多馈入直流地区电网较弱，并且多馈入点之间电气耦合关系较强时，极易发生(连续)换相失败以及站间继发性换相失败，造成供电系统不稳定，严重影响了受端地区经济健康快速发展。

针对多馈入直流输电系统可能所面对的问题，各国学者针对此开展了大量的研究工作，并给出了多种评价直流多馈入系统的指标，其中以CIGER工作定义的多馈入短路比MISCR(Multi-infeed Short Circuit Ratio)以及交互影响因子MIIF(Multi-infeed Interaction Factor)，其定义式分别如下：

上面两个式中，ΔU_i表示在换流母线i处投切电抗器引起1％的电压波动，ΔU_j表示换流母线i处电压波动所引起的换流母线j处的电压波动，S_aci表示换流母线i处的短路容量，P_di为第i回直流线路额定功率，P_dj为第j回直流线路额定功率。交互影响因子MIIF能够反映出换流站间相互影响的程度，并且认为电气距离是影响交互影响因子的最重要的因素，但是现有的研究成果并未深入的讨论网架结构变化时，交互影响因子的变化趋势。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法，以确定网架结构变化对交互影响因子变化的影响程度；还提供了一种多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估装置。

本发明为解决上述技术问题而提供多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法，该评估方法包括以下步骤：

1)计算原电网系统的换流站之间的交互影响因子；

2)计算电网结构变化后换流站之间的交互影响因子；

3)根据变化前、后的交互影响因子，计算各类元件对交互影响因子的贡献率；

4)根据得到贡献率评估不同类型的节点和线路对交互影响因子的敏感程度。

进一步地，所述步骤1)中的交互影响因子MIIF_ij为换流母线i处电压变化1％所引起的换流母线j处的电压变化量，其数值计算公式为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，即节点阻抗矩阵中对应的第i行i列和第i行j列的元素。

进一步地，所述步骤2)中变化后的交互影响因子为：

其中MIIF_ij′为变化后的交互影响因子，Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

进一步地，所述步骤3)中各类元件对交互影响因子的贡献率的计算公式为：

其中MIIF_ij为网架结构变化前的交互影响因子，MIIF_ij′为网架结构变化后的交互影响因子。

进一步地，交流网络中的节点被划分为I类、II类和III类，I类节点表示有直流馈入的节点，II类节点表示有线路将其与I类节点相连的节点，III类节点表示与I类节点没有任何关联性的节点，根据线路两端节点类型的不同，线路被划分为六类，其中需要考察的线路包括I-I、I-II、II-II、II-III和III-III。

进一步地，得到贡献率CRMIIF值越大，证明该线路或者电气元件对交互影响因子的影响程度越大，在规划和运行安排时应予以重视，预先做出相应的防控措施。

本发明还提供了一种多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估装置，该评估装置包括交互影响因子计算单元、贡献率计算单元和影响评估单元，

所述的交互影响因子计算单元用于计算原电网系统的换流站之间的交互影响因子和电网结构变化后的交互影响因子；

所述的贡献率计算单元用户根据变化前、后的交互影响因子，计算各类元件对交互影响因子的贡献率；

所述的影响评估单元用于根据得到贡献率评估不同类型的节点和线路对交互影响因子的敏感程度。

进一步地，所述交互影响因子计算单元中的交互影响因子MIIF_ij为换流母线i处电压变化1％所引起的换流母线j处的电压变化量，其数值计算公式为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，即节点阻抗矩阵中对应的第i行i列和第i行j列的元素。

进一步地，所述交互影响因子计算单元中变化后的交互影响因子为：

其中MIIF_ij′为变化后的交互影响因子，Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

进一步地，所述贡献率计算单元中各类元件对交互影响因子的贡献率的计算公式为：

其中MIIF_ij为网架结构变化前的交互影响因子，MIIF_ij′为网架结构变化后的交互影响因子。

本发明的有益效果是:本发明首先计算原电网系统的换流站之间的交互影响因子和电网结构变化后的交互影响因子；然后根据变化前后的交互影响因子，计算各类元件对交互影响因子的贡献率；最后根据得到贡献率评估不同类型的节点和线路对交互影响因子的敏感程度。本发明给出了交流系统电气元件贡献率的指标概念，并给出了理论计算方法，本发明依据所给出的贡献率指标来评价各类电气元件的敏感性，其结果适用于指导交直流电网的规划设计和运行方式的安排，针对高风险的运行方式能够提前做好预防工作。

附图说明

图1是本发明实施例中简化的多馈入直流输电系统受端交流网络结构图；

图2是本发明多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估方法的实施例

本发明通过建立原电网节点导纳矩阵，并计算原电网系统的换流站之间的交互影响因子；计算电网结构变化后的节点阻抗矩阵，并计算变化后的交互影响因子；根据变化前后的交互影响因子，计算各类元件对交互影响因子的贡献率；根据得到贡献率评估不同类型的节点和线路对交互影响因子的敏感程度。这里说的元件，指的就是线路，线路是构成网络的最主要的也是最基本的元素，线路的投运和退出运行对网络的变化影响是巨大的，节点本身不会改变网络的导纳矩阵，对交互作用因子是没有影响的，但是由于节点在网络中的位置不同，与直流馈入点的连接关系的不同，对节点划分了类型，主要是为了对不同节点类型之间的线路对交互作用因子的影响程度有个直观判断。该方法的具体实施流程如图2所示，具体步骤如下：

本实施例中的针对是一个仅保留500kV侧节点的简化后的环网主网架，如图1所示，该环网结构中包括8个节点，节点分为三类，I类节点表示有直流馈入的节点，即换流母线，如节点1、2和3；II类节点表示有线路将其与I类节点相连的节点，如节点4、5和6；III类节点表示与I类节点没有任何关联性的节点，如节点7和8。其节点的分类如表1所示。

表1

根据线路两端节点类型的不同，将线路划分为六类，其中需要考察的线路类型有五类，具体如表2所示，其中1表示需要考察的线路类型，0表示该类型线路不存在，无需考虑，可见需要考察的线路包括I-I、I-II、II-II、II-III和III-III。

表2

对本实施例而言，需要考察的线路如表3所示。

表3

1.对受端交流电网进行必要的简化等值，建立节点导纳矩阵，并得到交互影响因子矩阵。

交互影响因子MIIF_ij为换流母线i处电压变化1％所引起的换流母线j处的电压变化量，其数值计算公式为：

其中Z_eqii表示换流母线i处的自阻抗，Z_eqij表示换流母线i与换流母线j的互阻抗，即节点阻抗矩阵中对应的第i行i列和第i行j列的元素。

本实施例中对节点导纳矩阵求逆矩阵可以得到节点阻抗矩阵Z，取相应位置的元素即可求出交互影响因子。

2.计算局部电气元件状态发生变化后，节点阻抗矩阵的变化矩阵，并计算变化后的交互影响因子。

根据补偿法，计算阻抗变化矩阵，假设计算得到节点阻抗矩阵变化矩阵为ΔZ，那么变化后的交互影响因子为：

ΔZ_eqij为无功补偿装置投入后换流器i母线与换流器j母线的互阻抗的变化量，ΔZ_eqii为无功补偿装置投入后换流器i母线处自阻抗的变化量。

3.计算元件对交互影响因子的贡献率。

为了说明各线路段或各节点处补偿装置对交互影响因子的影响程度，定义了“交互影响因子贡献率”的概念来作为评价指标，贡献率反应了线路对交互作用因子的影响程度。贡献率越高，表明该线路投入或切除后，交互作用因子的变化越大，表明该线路对交互作用因子的影响程度越大，该线路的敏感等级就越高，在系统运行时，就越需要留意该线路的运行状态。其具体定义形式为：

4.逐一计算各类元件的交互影响因子贡献率，并依据贡献率的大小，对不同类型的节点和线路设置不同的敏感等级。

线路敏感程度的划分分两种方式，一是没有贡献率的计算结果，这种情况适用于拿到网络图后的初步判断，以线路类型来划分，Ⅰ-Ⅰ类型和Ⅰ-Ⅱ类型的线路段为敏感型，Ⅱ-Ⅱ类型和Ⅱ-Ⅲ类型的线路为一般敏感型，Ⅲ-Ⅲ类型的线路为不敏感型，这种划分方式是一种粗略的划分方式；二是根据贡献率的计算结果来划分，这种是在有贡献率计算结果的情况的划分方式，依据贡献率的大小进行排序，从而确定线路的敏感性等级。

根据贡献率的计算方法，评估三类节点五类连接线路的贡献率，以此来评判其对交互影响因子的敏感程度，CRMIIF值越大，证明该线路或者电气元件对交互影响因子的影响程度越大，在规划和运行安排时应予以重视，预先做出相应的防控措施。比如贡献率高于40％，认为是敏感型，低于20％认为是不敏感型。线路敏感等级的划分分界线并不固定，分界线需要根据实际的电网中交互作用因子的计算结果来确定，本发明中并未给出实际的分界线范围。

5.根据网架结构方式的变化情况，预判交互影响因子的变化趋势及变化程度，制定相应等级的预防措施，避免发生换流站间较大的相互干扰。

在实施例中，以换流站2对换流站3的影响来说明，即MIIF₂₃的值的变化来说明，在每一类线路段中选取一条线路段来考察。当交流侧闭环运行，所有连接线路均按同塔双回考虑，根据参数，计算得到MIIF₂₃为：

MIIF₂₃＝0.7724

断开线路段7-8，根据步骤2的补偿法，计算变化后的交互影响因子为：

MIIF₂₃′＝0.7045

于是可以得到线路段7-8对交互影响因子MIIF₂₃的贡献率为：

CRMIIF₂₃＝8.79％

以同样的方式，从三类线路类型中选取三条线路来考察，分别是线路8-7，3-6,以及3-4，其计算结果见表4。

表4

从表4中可以看出来，不同类的线路段对交互影响因子的影响程度是不一样的，可依据线路类型对各线路段进行初步分类，Ⅰ-Ⅱ类型的线路段为敏感型，Ⅱ-Ⅲ类型的线路为一般敏感型，Ⅲ-Ⅲ类型的线路为不敏感型。这种划分方式只能是在没有贡献率计算结果的情况下的初步划分方式，是一种不精确的划分方式。而在有完整的贡献率计算结果的情况下，需根据贡献率，对各线路的贡献率进行排序，划分线路的敏感性等级。线路段3-4对MIIF₂₃的影响最大，意味着该段线路状态变化，MIIF₂₃变化幅度较大，对换流站间的交互影响程度影响较大，需要重视，将该线路段划分为敏感型线路。线路7-8的贡献率仅为8.79％，该线路变化对交互作用因子的影响较小，划为不敏感型线路，而将线路3-6划为一般敏感型线路。

本发明多馈入直流输电系统换流站间交互影响的评估装置的实施例

本发明的评估装置包括交互影响因子计算单元、贡献率计算单元和影响评估单元，交互影响因子计算单元用于计算原电网系统的换流站之间的交互影响因子和电网结构变化后的交互影响因子；贡献率计算单元用户根据变化前、后的交互影响因子，计算各类元件对交互影响因子的贡献率；影响评估单元用于根据得到贡献率评估不同类型的节点和线路对交互影响因子的敏感程度。各单元的具体实现手段已在方法的实施例中进行了说明，这里不再赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，所属领域的普通技术人员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。