电压稳定评估方法及装置与流程

本发明涉电力技术领域，具体而言，涉及一种电压稳定评估方法及装置。

背景技术

近年来，国家电网大力发展适于远距离、大容量输电的特高压直流技术，直流输电为电网的安全稳定带来了一系列新的问题，其中之一是电压异常问题。部分直流输电系统在其投产初期，配套电源尚不完善，直流功率需交流系统提供，但交直流联系弱，易引起电压稳定问题，这类直流输电系统一般可以称为弱送端直流输电系统。

目前对于弱送端直流输电系统在发生交直流故障后的电压稳定性的分析，还没有成熟可靠的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种电压稳定评估方法及装置，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种电压稳定评估方法，用于评估直流输电工程在发生事故后的电压状况，包括：

确定直流输电工程的简化模型，简化模型包括依次连接的送端交流电网、送端母线、交流传输通道、换流站母线、直流电网以及受端交流电网；

确定直流输电工程可能发生的事故；

若事故为交流传输通道发生的交流事故，对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，并在确定直流电网的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳；

若事故为直流电网发生的直流事故，对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，并在确定事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，确定换流站母线在事故后将发生过电压。

在第一方面的一种可能的实现方式中，对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，包括：

将直流电网等效为负荷，将送端交流电网等效为电源以及将送端母线等效为电源点；

利用公式计算事故后的静态电压稳定极限其中，为等值负荷因数角，es为送端母线的电压，x'为事故后的交流传输通道的电抗，xs为送端交流电网的等值电抗。

在第一方面的一种可能的实现方式中，换流站母线的短路容量s满足关系还可以通过公式进行计算。

在第一方面的一种可能的实现方式中，当交流事故为直流电网的近区故障时，es≈1。

在第一方面的一种可能的实现方式中，交流传输通道为三回交流输电线路，交流事故为三永n－1故障。

在第一方面的一种可能的实现方式中，对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，包括：

将直流电网等效为负荷，将送端交流电网等效为电源以及将送端母线等效为电源点；

利用公式计算事故后的换流站母线电压ub2，其中，es为送端母线的电压且es＝1，δq为以事故前的换流站母线电压ub1为基准的交流传输通道内的充电功率盈余以及换流站母线的滤波器的无功容量之和，x为事故前的交流传输通道的电抗，xs为送端交流电网的等值电抗。

在第一方面的一种可能的实现方式中，换流站母线的短路容量s满足关系ub2还可以通过公式进行计算。

在第一方面的一种可能的实现方式中，直流事故为直流闭锁故障。

在第一方面的一种可能的实现方式中，方法还包括：

在确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳和/或确定换流站母线在事故后将发生过电压时，降低直流输电功率。

第二方面，本发明实施例提供一种电压稳定评估装置，用于评估直流输电工程在发生事故后的电压状况，包括：

模型确定模块，用于确定直流输电工程的简化模型，简化模型包括依次连接的送端交流电网、送端母线、交流传输通道、换流站母线、直流电网以及受端交流电网；

事故确定模块，用于确定直流输电工程可能发生的事故；

交流事故处理模块，用于若事故为交流传输通道发生的交流事故，对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，并在确定直流电网的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳；

直流事故处理模块，用于若事故为直流电网发生的直流事故，对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，并在确定事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，确定换流站母线在事故后将发生过电压。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被计算机的处理器读取并运行时，执行第一方面或第一方面的任意一种可能的实施方式提供的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器以及计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行第一方面或第一方面的任意一种可能的实施方式提供的方法的步骤。

本发明至少具有如下有益效果：本发明实施例提供的电压稳定评估方法及装置基于直流输电工程的简化模型评估直流输电工程在发生事故后的电压状况。该简化模型包括依次连接的送端交流电网、送端母线、交流传输通道、换流站母线、直流电网以及受端交流电网。在进行评估时，首先确定直流输电工程可能发生的事故，通常至少包括两类事故，一类是交流传输通道发生的交流事故，另一类是直流电网发生的直流事故。对于第一类事故，对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，并在确定直流电网的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳；对于第二类事故，对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，并在确定事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，确定换流站母线在事故后将发生过电压。

上述电压稳定评估方法及装置计算方式简单明确，可以快速评估出直流输电工程在发生事故后的电压状况，从而为确定直流输电工程的直流输电功率提供理论依据，降低直流输电工程发生事故的可能性，有利于直流输电的推广应用。其中，直流输电工程可以是，但不限于弱送端直流输电工程。

为使本发明的上述目的、技术方案和有益效果能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一种可应用于本发明实施例中的电子设备的结构框图；

图2示出了本发明实施例提供的电压稳定评估方法的流程图；

图3示出了直流输电工程的简化模型的示意图；

图4示出了直流输电工程的简化模型在发生直流故障后的等效示意图；

图5示出了本发明实施例提供的电压稳定评估装置的功能模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出了本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。参照图1，电子设备100包括存储器102、存储控制器104，一个或多个(图中仅示出一个)处理器106、外设接口108、射频模块110、音频模块112、显示模块114等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线116相互通讯。

存储器102可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的电压稳定评估方法及装置对应的程序指令/模块，处理器106通过运行存储在存储器102内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的电压稳定评估方法及装置。

存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread－onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread－onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread－onlymemory，eeprom)等。处理器106以及其他可能的组件对存储器102的访问可在存储控制器104的控制下进行。

处理器106可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。具体可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、微控制单元(microcontrollerunit，mcu)、网络处理器(networkprocessor，np)或者其他常规处理器；还可以是专用处理器，包括数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

外设接口108将各种输入/输出装置耦合至处理器106以及存储器102。在一些实施例中，外设接口108，处理器106以及存储控制器104可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

射频模块110用于接收以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的相互转换，从而与通讯网络或者其他设备进行通讯。

音频模块112向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。

显示模块114在电子设备100与用户之间提供一个显示界面。具体地，显示模块114向用户显示视频输出，这些视频输出的内容可包括文字、图形、视频及其任意组合。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，电子设备100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。于本发明实施例中，电子设备100可以是服务器、个人计算机、智能移动设备、智能穿戴设备以及智能车载设备等具有运算处理能力的设备。

第一实施例

图2示出了本发明实施例提供的电压稳定评估方法的流程图。该方法用于评估直流输电工程在发生事故后的电压状况，需要特别指出，该方法是一种评估方法，即通常并不是在直流输电工程真的发生了事故后才执行该方法，而是在直流输电工程未发生事故时预估发生事故后的状况，以便采取相应的措施，尽量避免或减小事故发生的可能性。这里所称的直流输电工程，可以是，但不限于弱送端直流输电工程。参照图2，该方法包括如下步骤：

步骤s10：电子设备100的处理器106确定直流输电工程的简化模型。该简化模型包括依次连接的送端交流电网、送端母线、交流传输通道、换流站母线、直流电网以及受端交流电网。

图3示出了直流输电工程的简化模型的示意图。参照图3，送端母线为母线a，换流站母线为母线b，a与b之间的部分是交流传输通道，交流传输通道可以为三回交流输电线路，换流站母线与受端交流电网之间是直流电网，直流电网可以采用高压直流输电(highvoltagedirectcurrent，hvdc)等方式向受端交流电网供电。图中，es为送端母线的电压，r+jx为发生事故前交流传输通道内的阻抗(电阻为r，电抗为x)，s为换流站母线的短路容量。

步骤s11：电子设备100的处理器106确定直流输电工程可能发生的事故。

可能发生的事故至少包括两类，第一类是交流传输通道发生的交流事故，第二类是直流电网发生的直流事故。前者通过步骤s12进行事故后的电压稳定评估，后者通过步骤s13进行事故后的电压稳定评估。

其中，交流事故可以是，但不限于三永n－1故障，该故障可能导致直流输电工程的电压失稳。直流事故可以是，但不限于直流闭锁故障(包括单、双极闭锁)，该故障可能导致换流站母线的过电压。

步骤s12：电子设备100的处理器106对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，并在确定直流电网的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳。

等值处理是指对模型进行等效化简，便于后续计算。在稳态或小扰动故障情况下，换流站母线的电压变化不大，可认为直流输电功率基本维持不变，此时将直流电网等效成恒功率负荷；在大扰动故障情况下，换流站母线的电压大幅降低，此时直流控制系统已将触发角减小至下限5°，直流输电电压和功率将随着换流站母线的电压降低而降低，直流消耗无功近似与有功同比降低，此时可将直流电网近似等效成恒阻抗负荷。将直流电网等效为与换流站母线相连的负荷后，其功率与直流输电功率相同。

同时，将送端交流电网等效为电源，其等值阻抗为xs，将送端母线等效为电源点，若交流事故为直流电网的近区故障时，可以认为es≈1，这里所称的近区故障是指交流传输通道中靠近直流电网的线路或者设备发生的故障。发生交流事故后，交流传输通道内的阻抗变为r'+jx'(电阻为r'，电抗为x')。

事故后的静态电压稳定极限表示事故后能够使直流输电工程的电压维持稳定的最大直流输电功率。可以利用公式进行计算，其中，为等值负荷因数角。

然而，在实际中，除可以从供电设备上读取以外，x'以及xs都不易获得，考虑到换流站母线的短路容量s满足关系因此在实际中还可以通过公式进行计算。

若直流电网当前的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，可以确定直流输电工程在发生交流事故后将发生电压失稳。反之，可以确定直流输电工程在发生交流事故后仍可维持正常稳定运行。对于前一种情况，可以通过计算机或者人为控制的方式降低直流输电功率，以使其不高于事故后的静态电压稳定极限。

上述步骤能够快速评估出直流输电工程在发生交流事故后的电压状况，从而为确定直流输电工程的直流输电功率提供理论依据，降低直流输电工程发生交流事故的可能性，有利于直流输电的推广应用。

步骤s13：电子设备100的处理器106对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，并在确定事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，确定换流站母线在事故后将发生过电压。

对直流输电系统，正常方式下，送端交流电网利用交流传输通道向直流电网输送所需有功功率，为保证无功分层分区和就地平衡，通道内配有无功补偿装置，通道内线路充电功率、无功损耗、无功补偿及交流系统注入的无功功率之间基本平衡，而直流电网所需无功主要由换流站母线的滤波器提供，因此，换流站与交流线路之间无功交换较少。

当直流电网发生闭锁等故障时，故障瞬间，整个交流传输通道内无功补偿装置正常工作且线路充电功率维持不变，但直流电网不再从送端交流电网吸收有功功率，交流线路传输的有功功率近乎为零，由有功功率传输产生的线路无功损耗接近为零，而故障前，无功损耗与线路充电功率及各交流站由电抗器提供的感性无功基本平衡，因此故障后，通道内充电无功功率将出现盈余，且盈余值与故障前由有功传输造成的无功损耗近似相等。此外，直流电网也不再需要换流站母线的滤波器提供无功功率，换流站母线的滤波器的无功容量盈余。无功的大量盈余量将造成换流站母线的电压水平显著上升，严重情况下，换流站母线可能出现过电压。

图4示出了直流输电工程的简化模型在发生直流故障后的等效示意图。参照图4，es为送端母线的电压，r+jx为交流传输通道内的阻抗(电阻为r，电抗为x)，s为换流站母线的短路容量。同时，将送端交流电网等效为电源，其等值阻抗为xs，将送端母线等效为电源点，其电压es＝1。

定义δq'为直流事故后交流传输通道内的无功功率，由于事故前通道内各点无功基本平衡，通道内基本不传输无功功率，因此可以认为δq'与事故后的盈余无功近似相等，该盈余无功由换流站母线的滤波器的无功容量及线路充电功率盈余两部分组成，向送端交流电网传输，二者均与电压水平相关。

为简化起见，将通道内的线路充电功率盈余等效至换流站母线处，以换流站母线电压近似交流输电线路的平均电压水平，则有其中，ub1为事故前的换流站母线电压，ub2为事故后的换流站母线电压，δq为以ub1为基准的交流传输通道内的充电功率盈余以及换流站母线的滤波器的无功容量之和。

输电线路压降δu满足公式其中p为线路传输的有功功率，r为线路电阻，q为线路传输的无功功率，x为线路阻抗，u为输电线路送端电压，在高压传输时，r远小于x，因此可以忽略掉乘积pr这一项。

根据ub2的定义，其应当满足ub2＝es-δub2，进一步带入压降公式，可得并结合上面ub1与ub2的关系可得

然而，在实际中，x以及xs都不易获得，考虑到换流站母线的短路容量s满足关系因此在实际中ub2还可以通过公式进行计算。

若事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，可以确定换流站母线在事故后将发生过电压。反之，可以确定换流站母线在发生直流事故后电压仍保持正常水平。对于前一种情况，可以通过计算机或者人为控制的方式降低直流输电功率，以使事故后的换流站母线电压不高于换流站母线的电压限值。

上述步骤能够快速评估出直流输电工程在发生直流事故后的电压状况，从而为确定直流输电工程的直流输电功率提供理论依据，降低直流输电工程发生直流事故的可能性，有利于直流输电的推广应用。

还需要指出，直流事故和交流事故也可能同时发生，此时在确定直流输电功率时可以同时参考步骤s12以及步骤s13中的计算结果。

第二实施例

图5示出了本发明第二实施例提供的电压稳定评估装置200的功能模块图。参照图5，该装置包括模型确定模块210、事故确定模块220、交流事故处理模块230以及直流事故处理模块240。

其中，模型确定模块210用于确定直流输电工程的简化模型，简化模型包括依次连接的送端交流电网、送端母线、交流传输通道、换流站母线、直流电网以及受端交流电网；

事故确定模块220用于确定直流输电工程可能发生的事故；

交流事故处理模块230用于若事故为交流传输通道发生的交流事故，对简化模型进行等值处理，计算直流输电工程的事故后的静态电压稳定极限，并在确定直流电网的直流输电功率高于事故后的静态电压稳定极限时，确定直流输电工程在事故后将发生电压失稳；

直流事故处理模块240用于若事故为直流电网发生的直流事故，对简化模型进行等值处理，计算事故后的换流站母线电压，并在确定事故后的换流站母线电压高于换流站母线的电压限值时，确定换流站母线在事故后将发生过电压。

本发明第二实施例提供的电压稳定评估装置200，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

第三实施例

本发明第三实施例提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被计算机的处理器读取并运行时，执行本发明实施例提供的电压稳定评估方法的步骤。该计算机存储介质可以实现为，但不限于图1示出的存储器102。

第四实施例

本发明第四实施例提供一种电子设备，包括处理器以及计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行本发明提供的电压稳定评估方法的步骤。该电子设备可以实现为，但不限于图1示出的电子设备100。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。前述的计算机设备包括：个人计算机、服务器、移动设备、智能穿戴设备、网络设备、虚拟设备等各种具有执行程序代码能力的设备，前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟、磁带或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。