一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法与流程

本发明提出一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法，属于电力系统的电网规划与运行技术领域。

背景技术：

电网换相换流器高压直流输电(传统直流)凭借其远距离、大容量、区域互联等方面的优势已经成为我国“西电东送”以及大电网异步互联的重要方式，但其稳定运行需要有一定强度的受端交流电网提供电压支撑，定功率关断角模式下能否在额定状态稳定运行受系统短路比的限制。而电压源换流器型高压直流输电(柔性直流)由于不依赖电网换相、输出有功无功解耦、能够提供瞬态无功支撑等优点，近年来得到快速发展，被广泛应用于弱交流系统联网以及新能源的消纳等场景，比如非洲纳米比亚的caprivilinkhvdcinterconnecter工程，国内的南汇工程等。以上工程均为柔性直流接入电网的情况，其电路结构如图1所示。图1中，e∠0°为交流电网的等效电动势，us∠δ1为柔性直流馈入的交流母线的电压，其中us为电压幅值，δ1为电压相位；uc∠δ2为柔性直流换流阀出口处的电压，ud为柔性直流的直流母线电压，id为直流电流，pac和qac分别为柔性直流接入的交流电网的有功功率和无功功率，pt和qt分别为换流阀出口处的有功功率和无功功率，rg和xg分别为交流电网的等效电阻和等效电抗，rc为代表换流变和换流阀有功损耗的等效电阻，xc为换流变的等效电抗。对于柔性直流，如果其接入的交流电网强度过弱，电压支撑能立过低，则系统静态电压将会失稳，系统无法稳定运行。因此对柔性直流接入电网后，系统的电压稳定性的准确评估可以对实际电网的规划建设以及系统的稳定运行提供重要的参考依据。

对于传统直流接入电网的情况，可以通过有效短路比来衡量传统直流的受端电网电压支撑能力，并通过比较有效短路比和临界有效短路比的相对大小来判断系统是否静态电压稳定，进而判断传统直流能否稳定工作在额定状态。而对于柔性直流接入电网后，系统稳定性的研究目前还相对较少。有学者在柔性直流定有功功率、交流电压的控制方式下，对柔性直流接入电网后系统的功角稳定进行了研究，并提出了相应的稳定性判据，但是根据该判据判断系统失稳时，柔性直流发出的无功已经严重超限，这在实际工程中是不可能发生的。实际工程中柔性直流接入电网后，系统的失稳一般是由于柔性直流发出的无功达到极限，交流侧电压仍然无法定住，柔性直流由定有功功率、交流电压的控制方式转变为定有功功率、无功功率的控制方式，进而在该控制方式下发生静态电压失稳。然而目前对柔性直流接入电网后，系统在柔性直流定有功功率、无功功率的控制方式下的电压稳定性的判断仍有待研究。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前工程上无法准确判断柔性直流接入电网后系统能否稳定运行的问题，提出一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法。本发明能够判断柔性直流接入电网后，在柔性直流定有功功率、无功功率的控制方式下，系统能否稳定运行，可以为含柔性直流的输电系统的规划建设与运行控制提供参考依据。

本发明提出一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法，包括以下步骤：

(1)令柔性直流工作在定有功功率和无功功率的控制方式下，测量柔性直流馈入交流电网的有功功率pac、无功功率qac，测量柔性直流接入的交流母线的电压幅值us，电压相位δ1；设交流电网电动势的电压相位为0度，δ1为柔性直流接入的交流母线与交流电网电动势的相位差；

(2)根据步骤(1)得到的测量结果计算柔性直流接入电网后系统的临界短路比cscr：

其中e为交流电网电动势的幅值；

(3)计算柔性直流接入电网后系统的短路比scr：

其中xg为交流电网的等效电抗；

(4)比较步骤(2)得到的临界短路比cscr和步骤(3)得到的短路比scr的相对大小，判断柔性直流接入电网后系统的电压稳定性：若短路比scr大于临界短路比cscr，则柔性直流接入电网后系统静态电压稳定，系统在该状态下稳定运行；若短路比scr小于临界短路比cscr，则柔性直流接入电网后系统静态电压不稳定，系统在该状态下无法稳定运行。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明通过比较短路比scr和临界短路比cscr的相对大小来判断柔性直流接入电网后，系统是否静态电压稳定，进而判断系统能否稳定运行。本发明是在柔性直流定有功功率、无功功率的控制方式下对柔性直流接入电网后系统的电压稳定性进行判别，更加符合工程实际，可以为柔性直流接入电网后系统的规划建设与运行控制提供参考依据。

附图说明

图1为柔性直流接入电网的结构示意图。

图2为本发明方法的整体流程框图。

具体实施方式

本发明提出一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出一种柔性直流接入电网的电压稳定判别方法，整体流程如图2所示，包括以下步骤：

(1)令柔性直流工作在定有功功率和无功功率的控制方式下，测量柔性直流馈入交流电网的有功功率pac、无功功率qac，测量柔性直流接入的交流母线的电压幅值us，电压相位δ1。设交流电网电动势的电压相位为0度，δ1为柔性直流接入的交流母线与交流电网电动势的相位差。

(2)根据步骤(1)得到的测量结果计算柔性直流接入电网后系统的临界短路比cscr：

其中e为交流电网电动势的幅值，属于系统结构参数。

(3)计算柔性直流接入电网后系统的短路比scr：

其中xg为交流电网的等效电抗，属于系统的结构参数。

(4)比较步骤(2)得到的临界短路比cscr和步骤(3)得到的短路比scr的相对大小，判断柔性直流接入电网后系统的电压稳定性：若短路比scr大于临界短路比cscr，则柔性直流接入电网后系统静态电压稳定，系统在该状态下可以稳定运行；若短路比scr小于临界短路比cscr，则柔性直流接入电网后系统静态电压不稳定，系统在该状态下无法稳定运行。

若计算得到的系统的短路比scr小于临界短路比cscr，则说明该规划方案或运行状态下交流电网电压支撑能力过弱，导致柔性直流接入电网后系统静态电压失稳，系统无法稳定运行，该规划方案或运行状态在实际中无法实施，应该调整规划方案或运行状态：减小交流侧阻抗、减小柔性直流容量或者增大柔性直流的无功功率比例，使得柔性直流接入电网后，系统的短路比scr大于临界短路比cscr，进而使系统静态电压稳定。