一种特高压直流故障后的暂态过电压校核方法及系统与流程
本发明涉及交直流混联电网安全稳定运行领域，并且更具体地，涉及一种特高压直流故障后的暂态过电压校核方法及系统。
背景技术：
随着特高压直流的大规模发展，直流故障造成功率冲击成为影响电力系统安全稳定运行的关键因素。随着特高压直流功率的不断提高，特高压直流扰动后送端电网的暂态过电压问题日益突出，严重制约特高压直流的输电能力。
直流扰动引起的暂态过电压主要由有功的暂时缺失和滤波器的延迟切除造成的。直流闭锁、换相失败、再启动和交流短路故障均会导致无功的暂时不平衡，但持续时间不同。直流闭锁滤波器延迟切除时间一般为200ms。一次换相失败功率波动过程一般持续200ms，如果发生连续换相失败持续时间更长。直流再启动过程根据再启动次数持续时间在300ms-1000ms左右。短路故障会导致直流功率瞬降，故障消失瞬间系统电压立即恢复，直流功率逐渐恢复至初始功率导致暂时的无功盈余，近似无功脉冲，持续时间很短。由于特高压直流功率占比大，有功功率冲击造成的功角振荡更为剧烈，会对过电压造成较大影响。
因此，需要开展交直流混联电网直流扰动后暂态过电压相关校核方法的研究。
技术实现要素：
本发明提出一种特高压直流故障后的暂态过电压校核方法及系统，以解决如何确定对交直流混联电网在直流扰动后的在暂态过电压进行校核，从而确定交直流混联电网中最大的直流输电功率的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种特高压直流故障后的暂态过电压校核方法，其特征在于，所述方法包括：
确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值；
分别获取在当前的直流功率水平下，所述交直流混联电网的换流站母线在发生直流故障前的初始电压和直流故障期间的最大暂态电压；
计算所述最大暂态电压和所述初始电压的差值，所述差值作为当前的换流站母线压升值，并将所述当前的换流站母线压升值与所述暂态压升上限值进行比较，以获取校核结果；
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值时，将当前的直流功率作为所述交直流混联电网在暂态压升约束下的最大直流输电功率。
优选地，其中确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值，包括：
其中，△u为暂态压升上限值；ue为直流换流母线的最高运行电压；ub为仿真计算时的基准电压；ui为仿真计算时的母线初始电压。
优选地，其中对于500kv直流换流母线，最高运行电压ue的值为530kv或550kv。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值小于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略增大当前的直流功率，并重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值；以及
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值大于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略降低当前的直流功率，并重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种特高压直流故障后的暂态过电压校核系统，其特征在于，所述系统包括：
暂态压升上限值确定单元，用于确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值；
暂态电压获取单元，用于分别获取在当前的直流功率水平下，所述交直流混联电网的换流站母线在发生直流故障前的初始电压和直流故障期间的最大暂态电压；
校核结果获取单元，用于计算所述最大暂态电压和所述初始电压的差值，所述差值作为当前的换流站母线压升值，并将所述当前的换流站母线压升值与所述暂态压升上限值进行比较，以获取校核结果；
最大直流输电功率确定单元，用于当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值时，将当前的直流功率作为所述交直流混联电网在暂态压升约束下的最大直流输电功率。
优选地，其中暂态压升上限值确定单元，确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值，包括：
其中，△u为暂态压升上限值；ue为直流换流母线的最高运行电压；ub为仿真计算时的基准电压；ui为仿真计算时的母线初始电压。
优选地，其中对于500kv直流换流母线，最高运行电压ue的值为530kv或550kv。
优选地，其中所述系统还包括：
直流功率调整单元，用于当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值小于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略增大当前的直流功率，并进入暂态电压获取单元；以及
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值大于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略降低当前的直流功率，并进入暂态电压获取单元。
本发明提供了一种特高压直流故障后的暂态过电压校核方法及系统，包括：确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值；分别获取在当前的直流功率水平下，所述交直流混联电网的换流站母线在发生直流故障前的初始电压和直流故障期间的最大暂态电压；计算所述最大暂态电压和所述初始电压的差值，所述差值作为当前的换流站母线压升值，并与所述暂态压升上限值进行比较，以获取校核结果；当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值，则将当前的直流功率作为所述交直流混联电网在暂态压升约束下的最大直流输电功率。本发明的实现方法简单易行，在直流扰动后暂态过电压的校核中能够明显提高计算效率，节省人力物力，创造明显的经济效益；适用于直流双极闭锁、直流连续换相失败、直流双极两次全压再启动成功、直流双极两次全压再启动失败等多种直流扰动后的暂态压升故障校核。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的特高压直流故障后的暂态过电压校核方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的交直流混联电网的示意图；
图3为根据本发明实施方式的交直流混联电网故障后尚未切除滤波器时的等值电路图；
图4为根据本发明实施方式的交直流混联电网故障后尚未切除滤波器时的简化等值电路图；
图5为根据本发明实施方式的交直流混联电网故障后尚未切除滤波器时换流母线电压与等值电抗关系图；
图6为根据本发明实施方式的确定暂态压升约束的直流最大能力的流程图；以及
图7为根据本发明实施方式的特高压直流故障后的暂态过电压校核系统700的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的特高压直流故障后的暂态过电压校核方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的特高压直流故障后的暂态过电压校核方法简单易行，在直流扰动后暂态过电压的校核中能够明显提高计算效率，节省人力物力，创造明显的经济效益；适用于直流双极闭锁、直流连续换相失败、直流双极两次全压再启动成功、直流双极两次全压再启动失败等多种直流扰动后的暂态压升故障校核。本发明的实施方式提供的特高压直流故障后的暂态过电压校核方法100从步骤101处开始，在步骤101，确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值。
在本发明的实施方式中，为了确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值，需要先确定直流系统与交流系统在进行无功交换时，直流系统处于何种方式在直流故障后造成的暂态压升最大。
优选地，其中确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值，包括：
其中，△u为暂态压升上限值；ue为直流换流母线的最高运行电压；ub为仿真计算时的基准电压；ui为仿真计算时的母线初始电压。
优选地，其中对于500kv直流换流母线，最高运行电压ue的值为530kv或550kv。
在本发明的实施方式中，对于500kv直流换流母线，暂态压升可由下式进行计算：
其中，△u为暂态压升上限值；ut表示故障后的暂态电压；u0表示故障前的暂态电压；ue为500kv直流换流母线的最高运行电压；ub为仿真计算软件中的基准电压，ub＝525kv；ui为仿真计算的母线初始电压，考虑最严苛的情况，取ui＝1.05*ub。
而对于不同的ue，暂态压升上限值也不同，包括：
(a)若考虑500kv直流换流母线的最高运行电压取ue＝530kv，那么直流故障后，换流母线暂态压升不得超过：
即，如果考虑暂态压升极限值，有
(b)若考虑500kv直流换流母线的最高运行电压取ue＝550kv，那么直流故障后，换流母线暂态压升不得超过：
即，如果考虑暂态压升极限值，有：
本发明的实施方式中的交直流混联电网的示意图如图2所示。在考虑电网发生直流闭锁故障后，滤波器尚未切除的暂态过程，或发生直流换相失败故障过程中系统的等值电路如图3所示。
令qref表示直流系统与交流系统间的无功交换。由于直流系统设计时的无功交换原则是尽量多从系统吸收无功(无功可由配套电源等提供，滤波器造价高，经济角度少用为好)，因此qref通常为非负数。目前，针对不同的无功交换方式，考虑到滤波器造价等经济性因素，直流与交流系统间的无功交换通常由以下确定。
若直流采用欠补方式，即直流从交流系统吸收无功功率，则直流系统与交流系统间的无功交换为：qex＝qref+q0，即从原有死区基础上增加一组滤波器的范围。
若直流采用过补方式，则直流系统与交流系统间的无功交换为：qex＝qref-q0，原则是尽量不要过补得太多，尤其是直流功率大的时候，要控制在一组滤波器的范围内(同样是经济性考虑)。
根据直流系统与交流系统间的无功交换，可以分为如下三种情况：(1)若qex＝0，滤波器提供的无功为q1；(2)若qex＞0，在欠补方式下，滤波器提供的无功为q2；(3)若qex＜0，在过补方式下，滤波器提供的无功为q3；其中，qex为正。显然q3＞q1＞q2。
那么，上述三种情况下对应的滤波器等值电抗x0(x0为正数)关系为：x30＜x10＜x20。
图4为根据本发明实施方式的交直流混联电网故障后尚未切除滤波器时的简化等值电路图。如图4所示，系统整体等值阻抗和电压分别为：
z＝r+j(x-x0)，
根据不失一般性，r≈0，则有：
交流系统等值电压u＝1，则有：
因此，x0与ut间的函数关系如图5所示。从图中结果可知，当x0＜x及x0＞x两个区间内，x0均与ut呈现单调递减趋势。若x0＜x，则滤波器容量非常大，此时换流站电压为负，实际中此种情况不存在。
进一步可知，直流采用过补方式时，与零无功交换及欠补方式相比，滤波器等值电抗x30＜x10＜x20，那么有ut3＞ut1＞ut2。因此，与零无功交换及欠补方式相比，过补方式在直流故障后造成的暂态压升更大。
因此，在本发明的实施方式中，设置所述交直流混联电网的初始运行方式为最大过补方式。
在步骤102，分别获取在当前的直流功率水平下，所述交直流混联电网的换流站母线在发生直流故障前的初始电压和直流故障期间的最大暂态电压。
在步骤103，计算所述最大暂态电压和所述初始电压的差值，所述差值作为当前的换流站母线压升值，并将所述当前的换流站母线压升值与所述暂态压升上限值进行比较，以获取校核结果。
在步骤104，当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值时，将当前的直流功率作为所述交直流混联电网在暂态压升约束下的最大直流输电功率。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值小于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略增大当前的直流功率，并重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值；以及
当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值大于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略降低当前的直流功率，并重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值。
在本发明的实施方式中，以换流站母线暂态压升上限为约束，确定该约束下的直流最大输电功率，包括：若在给定直流功率水平下，当前的换流站母线压升小于所上述暂态压升上限值，则需根据预设的功率调整策略增大直流功率，并返回步骤102重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值；若在给定直流功率水平下，当前的换流站母线压升大于所上述暂态压升上限值，则需根据预设的功率调整策略降低直流功率，并返回步骤102重新计算，直至校核结果指示当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值；若在给定直流功率水平下，当前的换流站母线压升等于所上述暂态压升上限值，则确定当前的直流功率为所求暂态压升约束下的最大直流功率。
图6为根据本发明实施方式的确定暂态压升约束的直流最大能力的流程图。如图6所示，在本发明的实施方式中，对特高压直流故障后的暂态过电压校核，从而确定暂态压升约束下的直流最大能力的过程包括：确定交直流混联电网中交、直流的初始运行方式；确定滤波器切除策略；计算直流各种故障后换流站母线暂态压升△u；将确定的暂态压升限上限值△umax和所述换流站母线暂态压升△u进行比较；若在给定直流功率水平下，△umax-△u大于预设差值β，即当前的换流站母线暂态压升△u小于所上述暂态压升上限值△umax，则需根据预设的功率调整策略增大直流功率；若在给定直流功率水平下，△umax-△u小于0，即当前的换流站母线暂态压升△u大于所上述暂态压升上限值△umax，则需根据预设的功率调整策略降低直流功率；若在给定直流功率水平下，△umax-△u的值大于等于0并且小于等于预设差值β，则直接确定当前的直流功率为所求暂态压升约束下的最大直流功率。其中，需要注意的是：β应尽量小，一般不大于0.05，以减小误差，保证确定的直流功率的稳定。β的值可以根据实际情况进行设定，并不局限于本实施例中提到的0.05。
图7为根据本发明实施方式的特高压直流故障后的暂态过电压校核系统700的结构示意图。如图7所示，本发明的实施方式的特高压直流故障后的暂态过电压校核系统700，包括：暂态压升上限值确定单元701、暂态电压获取单元702、校核结果获取单元703和最大直流输电功率确定单元704。
优选地，所述暂态压升上限值确定单元701，用于确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值。
优选地，其中暂态压升上限值确定单元701，确定交直流混联电网在直流故障后的换流站母线的暂态压升上限值，包括：
其中，△u为暂态压升上限值；ue为直流换流母线的最高运行电压；ub为仿真计算时的基准电压；ui为仿真计算时的母线初始电压。
优选地，其中对于500kv直流换流母线，最高运行电压ue的值为530kv或550kv。
优选地，所述暂态电压获取单元702，用于分别获取在当前的直流功率水平下，所述交直流混联电网的换流站母线在发生直流故障前的初始电压和直流故障期间的最大暂态电压。
优选地，所述校核结果获取单元703，用于计算所述最大暂态电压和所述初始电压的差值，所述差值作为当前的换流站母线压升值，并将所述当前的换流站母线压升值与所述暂态压升上限值进行比较，以获取校核结果。
优选地，所述最大直流输电功率确定单元704，用于当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值等于所述暂态压升上限值时，将当前的直流功率作为所述交直流混联电网在暂态压升约束下的最大直流输电功率。
优选地，其中所述系统还包括：直流功率调整单元，用于当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值小于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略增大当前的直流功率，并进入暂态电压获取单元；以及当所述校核结果指示所述当前的换流站母线压升值大于所述暂态压升上限值时，根据预设的功率调整策略降低当前的直流功率，并进入暂态电压获取单元。
本发明的实施例的特高压直流故障后的暂态过电压校核系统700与本发明的另一个实施例的特高压直流故障后的暂态过电压校核方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
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