特高压直流复杂故障在线分析决策方法及系统与流程

本发明涉及电力系统在线安全稳定计算分析的技术领域，尤其是指一种特高压直流复杂故障在线分析决策方法及系统。

背景技术：

我国随着电网大规模互联的快速发展，我国电网将形成以特高压电网为骨干网架，世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进、运行特性最复杂的交直流混联大电网。随着特高压电网建设的推进，以及直流输电等大量电力电子元件应用、风电和光伏新能源电源大规模接入带来的运行压力不断增大，全网电气联系日趋紧密，断面间耦合关系更加复杂，安全稳定水平相互制约，社会对安全的关注日益突出。

由于特高压直流输送功率较大，一旦发生闭锁故障，将对特高压直流送端电网和受端电网产生较大影响，可能引起大范围的潮流转移，导致部分设备重载或越限，同时由于有功功率损失较大，会引起频率下降。需要调度运行人员及时采取措施，一方面尽快恢复电网频率，另一方面消除设备越限或重载，保障电网安全稳定运行。现有的电力系统安全分析实现了对常规n-1预想故障的安全扫描，包括线路、变压器、母线及发电机等设备，这些设备故障后一般不产生有功功率损失或者有功功率损失较少，常规的安全分析算法由平衡机承担不平衡功率。对于特高压直流预想故障，由于故障引起的有功功率损失较大，不适合采用常规的安全分析算法，将直流故障损失的功率全部由平衡机承担会引起较大的计算偏差，无法准确确定直流故障后电网的潮流分布.

为了克服上述问题，现有中国发明专利(cn107221945a)公开了一种特高压直流线路预想故障辅助决策方法和装置，包括：计算辅助决策可调措施对越限设备有功功率的影响，并获取重载设备列表；确定辅助决策策略；校验辅助决策策略，并确定重载设备列表中重载设备的可调裕度。上述通过对特高压直流预想故障后引起的潮流转移作了精细化考虑，虽然可以判断特高压直流预想故障引起的电网设备重载或越限，但是无法根据电网运行方式变化进行动态调整，难以保证直流故障仿真结果的精确度。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法根据电网运行方式变化进行动态调整，无法保证直流故障仿真结果的精确度的问题，从而提供一种可以保证直流故障仿真结果的精确度的特高压直流复杂故障在线分析决策方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种特高压直流复杂故障在线分析决策方法，包括获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，再对整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化；对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网直流系统故障、运行方式、潮流水平以及控制策略；对所述安控解析后的数据分别进行暂态稳定计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，然后将计算结果汇总后输出。

在本发明的一个实施例中，对所述安控解析后的数据进行暂态稳定计算包括对暂态频率计算、暂态电压计算、暂态功角计算。

在本发明的一个实施例中，对所述暂态频率计算、暂态电压计算以及暂态功角计算时，若初始状态无故障，则建立换流器及直流线路模型；若初始状态有故障，则先建立换流器及直流线路模型，再建立直流控制系统模型。

在本发明的一个实施例中，所述建立换流器及直流线路模型时，换流器的模拟采用准稳态模型公式，直流线路的模拟采用t型等值支路。

在本发明的一个实施例中，所述直流控制系统模型包括主控、极控以及触发控制，且所述极控包括电流控制、电压控制。

在本发明的一个实施例中，所述静态安全分析包括静态安全分析计算。

在本发明的一个实施例中，所述多馈入直流短路比计算包括多馈入直流短路比分析计算。

在本发明的一个实施例中，所述暂态稳定计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算完成后，对所述安控解析后的数据进行辅助决策分析。

在本发明的一个实施例中，所述辅助决策分析是基于最优化算法设定优化控制目标的代价系数，考虑特高压故障调整策略优先级，通过最优化计算自动生成特高压直流预想故障辅助决策措施。

本发明的一种特高压直流复杂故障在线分析决策系统，包括数据整合及分析模块、安控解析模块、计算模块，其中所述数据整合及分析模块用于获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，将整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化；所述安控解析模块用于对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网故障、运行方式、潮流水平以及控制策略；所述计算模块用于对所述安控解析后的数据分别进行暂稳计算、静态安全分析计算、多馈入直流短路比计算以及辅助决策分析计算，然后将计算结果汇总后输出。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的特高压直流复杂故障在线分析决策方法及系统，对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网直流系统故障、运行方式、潮流水平以及控制策略，从而有利于根据所述电网运行方式变化进行动态调整，保证直流故障仿真结果的精确度；对所述安控解析后的数据分别进行暂稳分析计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，从而实现分布式并行计算，通过将大批量计算任务合理分配至计算机集群，提高直流故障仿真分析的计算效率，然后将计算结果汇总后输出，从而有利于实现对直流多种复杂故障类型的在线仿真分析。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明特高压直流复杂故障在线分析决策方法的流程图；

图2是本发明换流器交流侧的准稳态模型示意图；

图3是本发明换流器直流侧的准稳态模型示意图；

图4是本发明直流控制系统的模型示意图

图5是本发明特高压直流复杂故障在线分析决策系统的示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种特高压直流复杂故障在线分析决策方法，包括如下步骤：步骤s1：获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，再对整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化；步骤s2：对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网直流系统故障、运行方式、潮流水平以及控制策略；步骤s3：对所述安控解析后的数据分别进行暂稳计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，然后将计算结果汇总后输出。

本实施例所述特高压直流复杂故障在线分析决策方法，所述步骤s1中，获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，再对整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化，有利于为特高压交直流混联大电网实时预警和运行方式调整提供决策依据；所述步骤s2中，对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网直流系统故障、运行方式、潮流水平以及控制策略，从而有利于根据所述电网运行方式变化进行动态调整，保证直流故障仿真结果的精确度；所述步骤s3中，对所述安控解析后的数据分别进行暂稳计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，从而实现分布式并行计算，通过将大批量计算任务合理分配至计算机集群，提高直流故障仿真分析的计算效率，然后将计算结果汇总后输出，有利于保证直流预想故障仿真结果的精确度，从而实现对直流多种复杂故障类型的在线仿真分析。

所述步骤s1中，获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合的方法为：从d5000平台获取电网实时运行数据、离线方式数据、断面稳定限额、稳控装置离线策略集、稳控装置实时信息等数据，生成用于在线仿真的电网模型、潮流数据、故障集和边界条件，用于后续的潮流分析。

所述步骤s2中，所述电网故障是指制定稳控策略所根据的电网严重故障；所述运行方式是指稳控策略定义的设备投停状态的组合；所述潮流水平是指稳控装置所考察的一组设备的传输潮流所处的区间范围；所述控制策略是指稳控装置所采取的一系列改变电网负荷需求、发电量或电网结构的控制行为。

所述步骤s3中，对所述安控解析后的数据进行暂稳计算包括对暂态频率计算、暂态电压计算、暂态功角计算。其中对频率的计算用于实时评估直流大功率缺失故障对送受端电网频率稳定的冲击，分析直流故障后电网频率动态变化过程；对电压的计算用于实时评估直流换相失败、再启动故障引发的交流电网电压波动和电压稳定问题，分析直流故障后送受端交流系统重要母线电压动态变化过程；对功角的计算用于实时评估直流预想故障对送受端交流同步电网功角稳定的影响，分析大扰动发生后直流送端和受端交流电网能否保持当前运行工况的系统稳定或过渡到新的稳定状态。

对所述暂态频率计算、暂态电压计算以及暂态功角计算时，若初始状态无故障，则建立换流器及直流线路模型；若初始状态有故障，则先建立换流器及直流线路模型，再建立直流控制系统模型，从而能准确反映直流系统的动态性能，在仿真速度与准确性方面得到较好的平衡，可以满足潮流分析和机电暂态分析的要求，适合应用于特高压直流故障在线仿真分析。所述建立换流器及直流线路模型时，换流器的模拟采用准稳态模型公式，如图2所示，其中us、ud分别为交流母线和换流母线电压；uc、ic分别为换流变二次侧空载电压和二次侧电流；rt、xt分别为折算至二次侧的换流变电阻和电抗；ts、tcn分别为换流变压器一、二次侧电压；pd、qd分别为换流器注入换流母线的有功功率和无功功率；直流线路的模拟采用t型等值支路，如图3所示，其中ufr、ufi分别为整流桥和逆变桥的阀压降；ud0、ud分别为理想空载直流电压和直流电压；rd、id分别为直流线路电阻和电流；rc′、rc″分别为模拟换流变电阻和电抗对直流电压影响的等值电阻；α为整流器触发滞后角；γ为逆变器熄弧角。此外，各变量下角标“r”和“i”分别代表整流侧和逆变侧变量。所述直流控制系统模型包括主控、极控以及触发控制，且所述极控包括电流控制、电压控制、γ控制、最小α控制、γ0控制等控制器。各个控制器具有独立的pi调节器，并采用依次限幅的配合方式保证输出值的平滑，如图4所示，其中uac为交流换流母线电压有效值，pref为直流的功率指令，io为电流指令，ud为直流电压，id为直流电流，imargin为电流指令裕度，α为触发角指令，αmin、αmax分别为最小与最大触发角。。

所述静态安全分析计算用于实时评估直流大功率缺失故障造成送受端电网潮流大范围转移引起的热稳定问题，判断设备过载、断面越限，并提供消除越限的预防控制辅助决策。所述多馈入直流短路比计算是利用多馈入直流有效短路比的计算结果和判据，判断电网实时运行方式的受端交流系统是否处于弱系统的临界状态。具体地，利用多馈入直流有效短路比的计算结果和判据，判断电网实时运行方式的受端交流系统是否处于弱系统的临界状态，从而针对处于弱系统的直流运行方式自动分析预防控制措施，降低直流运行功率以提高有效短路比到安全范围内。预防控制的调整措施包括降低该直流功率，或降低与该直流交互影响因子较大的其他直流功率，计算过程考虑交流滤波器投切和调相机的影响、不考虑发电机开机的影响。

所述暂态稳定计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算完成后，对所述安控解析后的数据进行辅助决策分析，用于实现针对直流预想故障后电网断面越限和频率越限的预防控制辅助决策。所述辅助决策分析是基于最优化算法设定优化控制目标的代价系数，考虑特高压故障调整策略优先级，通过最优化计算自动生成特高压直流预想故障辅助决策措施。具体地，针对特高压直流预想故障后潮流转移引起的电网设备越限和频率偏移，基于最优化算法设定优化控制目标的代价系数，考虑特高压故障调整策略优先级，通过最优化计算自动生成特高压直流预想故障辅助决策措施，一方面消除设备重载及越限，另一方面尽快使电网频率恢复正常水平。另外，预防控制措施包括发电机有功调整、负荷有功调整和直流线有功调整。

本实施例中，故障类型包括单极闭锁、双极闭锁故障、换相失败、多回换相失败、再启动、密集通道等严重复杂故障的在线仿真分析。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种特高压直流复杂故障在线分析决策系统，包括数据整合及分析模块11、安控解析模块12、计算模块13，其中所述数据整合及分析模块用于获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，将整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化；所述安控解析模块用于对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网故障、运行方式、潮流水平以及控制策略；所述计算模块用于对所述安控解析后的数据分别进行暂稳计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，然后将计算结果汇总后输出。

本实施例所述特高压直流复杂故障在线分析决策系统，包括数据整合及分析模块、安控解析模块、计算模块，其中所述数据整合及分析模块用于获取电网运行的各类数据，并对数据进行整合，将整合后的数据进行潮流分析，模拟所述电网运行时的数据变化，有利于为特高压交直流混联大电网实时预警和运行方式调整提供决策依据；所述安控解析模块用于对所述潮流分析后的数据进行安控解析，模拟电网故障、运行方式、潮流水平以及控制策略，从而有利于根据所述电网运行方式变化进行动态调整，保证直流故障仿真结果的精确度；所述计算模块用于对所述安控解析后的数据分别进行暂稳计算、静态安全分析计算、以及多馈入直流短路比计算，然后将计算结果汇总后输出，从而有利于实现对直流多种复杂故障类型的在线仿真分析。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。