一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法及装置与流程
本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法及装置。
背景技术：
随着我国直流工程的不断建成投产，电网公司“强直弱交”问题日渐突出，对电网动态无功支撑提出了更高的需求。为此，国家电网公司在特高压换流站建设了一批大型调相机，来提升系统电压稳定水平。对于送端电网，特高压大容量直流闭锁可能会引起的送端交流电网暂态过电压问题，严重时将可能导致送端风电机组等大规模脱网。新一代调相机的接入将可能有效抑制送端过电压水平，但其对送端过电压的影响现有研究缺乏相关分析，特别是送端安控系统切机和直流闭锁同时发生时，将可能产生多次过电压现象，亟待需要评估调相机对稳定送端过电压水平的研究，以为后续送端电网无功补偿装置的配置，以及系统运行方式计算提供指导作用。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法，一方面考虑调相机自身次暂态影响和强励、低励作用；另一方面，考虑安稳系统切机和直流闭锁退出无功补偿装置的影响。通过分析不同阶段下的交流电网过电压水平，给出具体计算方法，为过电压计算和电压稳定分析提供依据，结果表明在该方法下，送端过电压水平能充分考虑调相机的影响，同时也能考虑安稳系统切机以及直流闭锁条件下退出无功补偿装置对过电压的影响。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法及装置，包括如下步骤：
步骤一、根据直流控制保护信息，判断电网故障为受端交流系统故障或直流系统故障，若是受端交流系统故障则执行步骤二，若是直流系统故障则执行步骤三；
步骤二、根据安稳装置机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型；
步骤三、根据安稳装置切机时间确定安稳装置是否切机，并确定直流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型。
进一步的，步骤一中所述直流控制保护信息是直流控制收到故障信息到闭锁时间。
进一步的，步骤二中所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
进一步的，步骤三中直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
进一步的，所述受端交流系统故障调相机无功功率增量模型δqtxj是根据调相机强励条件下发出的最大无功功率模型，考虑调相机自身次暂态影响和强励、低励作用后建立：
其中qtxjcx_max是调相机强励条件下发出的最大无功功率值，δul为母线电压增量，xd为调相机定子感抗；
其中u为直流母线电压，xd为调相机定子感抗，e0为正常工况下机端电势，sn为调相机额定容量，kfm为调相机强励倍数，kc为调相机短路比。
进一步的，所述直流系统故障调相机无功功率增量模型是根据调相机初始状态发出的无功功率模型建立：
其中qtxj0为调相机初始状态发出的无功功率值，δul为母线电压增量，xd为调相机定子感抗。
进一步的，所述安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型δqac为：
δqac＝pqjcotφjz(5)
其中，pqj为安稳装置收到的直流闭锁切机指令值，φjz为交流系统机组运行的功角大小；
不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型δq为：
δq＝(δul+1)2bc+qac+δqtxj(6)
其中，δul为母线电压增量，bc为整流侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；qac为交直流系统间交换无功，δqtxj为调相机提供的无功变化量；
直流双极闭锁后换流母线压升δul和无功剩余量δq之间的关联模型为：
其中，
一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算装置，包括：
故障类型判断模块，用于根据直流控制保护信息，判断电网故障为受端交流系统故障或直流系统故障；
第一过电压计算模型确定模块，用于在故障类型判断模块判断电网故障为受端交流系统故障时，根据安稳装置机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型；
第二过电压计算模型确定模块，用于在故障类型判断模块判断电网故障为受端交流系统故障时，根据安稳装置机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型。
进一步的，所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
进一步的，直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
本发明的实施例提出的考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法，针对当前直流送端电网过电压没有考虑调相机接入的影响，以及没有考虑安全稳定装置切机影响的问题，导致计算结果与实际偏差较大的问题，提出一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法，不仅考虑了调相机接入对过电压的影响，同时考虑了安稳装置切机对过电压的影响，实现了直流闭锁工况下不同时间阶段的送端过电压准确计算。
附图说明
图1是本发明实施例提供的调相机接入直流送端的电网结构示意图；
图2是本发明实施例中考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法流程图。
图3是本发明实施例中电网故障时安稳装置不切机条件下直流送端电网过电压仿真值与计算值对比示意图，其中，黑色曲线为仿真值，虚线为计算值；
图4是本发明实施例中电网故障时安稳装置切机条件下直流送端电网过电压仿真值与计算值对比示意图，其中，黑色曲线为仿真值，虚线为计算值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
本发明考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法实施例一，包括如下步骤：
步骤一、根据直流控制保护信息，判断电网故障为受端交流系统故障还是直流系统故障，若是受端交流系统故障则执行步骤二，若是直流系统故障则执行步骤三；其中，所述直流控制保护信息可以是直流控制收到故障信息到闭锁时间，受端交流系统故障导致直流闭锁时间为s级，直流系统故障导致直流闭锁时间约为100ms。
步骤二、根据安稳装置切机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型。
其中，所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
步骤三、根据安稳装置切机时间确定安稳装置是否切机，并确定直流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型。
其中直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
请参阅图1及图2，本发明还提供一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法实施例二，包括如下步骤：
步骤(1):建立调相机强励条件下发出的最大无功功率值qtxjcx_max模型。
其中u为直流母线电压，xd为调相机定子感抗，e0为正常工况下机端电势，sn为调相机额定容量，kfm为调相机强励倍数，kc为调相机短路比。
步骤(2):根据步骤(1)中调相机强励条件下发出的最大无功功率模型，以及调相机初始状态发出的无功功率值，分别建立受端交流系统故障以及直流系统故障导致送端母线电压过电压情况下调相机提供的无功功率增量δqtxj，即受端交流系统故障调相机无功功率增量模型和直流系统故障调相机无功功率增量模型。具体说明如下：
(a)在受端交流系统故障情况下，送端电网母线电压将下降，再直流闭锁后母线电压上升。于是，调相机将强励发出最大值qtxjcx_max，再进入低励状态。因此，受端交流系统故障调相机提供的无功功率增量δqtxj(受端交流系统故障调相机无功功率增量模型)为：
(b)在直流系统故障导致直流闭锁过程中，由于直流故障将很快导致直流闭锁，因此送端母线电压将短暂降低后将升高。于是，直流系统故障调相机提供的无功功率增量δqtxj(直流系统故障调相机无功功率增量模型)为：
其中qtxj0为调相机初始状态发出的无功功率值，δul为母线电压增量，xd为调相机定子感抗。
步骤(3):建立安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型δqac。
δqac＝pqjcotφjz(5)
其中，pqj为安稳装置收到的直流闭锁切机指令值，φjz为交流系统机组运行的功角大小。
步骤(4):建立不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型δq。
δq＝(δul+1)2bc+qac+δqtxj(6)
其中，δul为母线电压增量，bc为整流侧交流滤波器和无功补偿电容的等值导纳；qac为交直流系统间交换无功，δqtxj为调相机提供的无功变化量。
步骤(5):根据换流站交直流电网结构，建立直流双极闭锁后换流母线压升δul和无功剩余量δq之间的关联模型。
其中，
步骤(6):根据直流控制保护信息(例如直流控制收到故障信息到闭锁时间)，判断电网故障为受端交流系统故障还是直流系统故障，如果是受端交流系统故障，则进入(7)；如果是直流系统故障，则进入(10)。其中，受端交流系统故障导致直流闭锁时间为s级，直流系统故障导致直流闭锁时间约为100ms。
步骤(7):判断安稳装置是否切机，具体的，可根据安稳装置切机时间确定直流闭锁后安稳装置是否切机：判断直流闭锁时间t是否小于taw，其中taw为安稳装置收到直流闭锁指令后切除机组时间，其典型值为160ms。如果t＜taw，则判断安稳装置未切机，进入步骤(8)，计算送端电网过电压水平；如果t＞taw，则判断安稳装置已切机，进入步骤(9)，计算送端过电压水平。
步骤(8):根据步骤(2)的受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、步骤(4)的不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和步骤(5)中直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型，亦即根据式(3)、式(6)和式(7)计算受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型。
其中，
步骤(9):根据步骤(2)的受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、步骤(3)的安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、步骤(4)的不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和步骤(5)中直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型，亦即根据式(3)、式(5)、式(6)和式(7)计算受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型。
其中，
步骤(10):判断安稳装置是否切机，具体的，根据安稳装置切机时间确定直流闭锁后安稳装置是否切机：判断直流闭锁时间t是否小于taw，如果t＜taw，则进入步骤(11)，计算安稳装置切机前送端电网过电压水平；如果t＞taw，则进入步骤(12)，计算安稳装置切机后送端过电压水平。
步骤(11):根据步骤(2)的直流系统故障调相机无功功率增量模型、步骤(4)的不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和步骤(5)中直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型，亦即根据式(4)、式(6)和式(7)计算直流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型。
其中，
步骤(12):根据步骤(2)的直流系统故障调相机无功功率增量模型、步骤(3)的安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、步骤(4)的不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和步骤(5)中直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型，亦即根据式(4)、式(5)、式(6)和式(7)计算直流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型。
其中，
本发明实施例还提供一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算装置，包括故障类型判断模块、第一过电压计算模型确定模块、第二过电压计算模型确定模块；
故障类型判断模块，用于根据直流控制保护信息，判断电网故障为受端交流系统故障或直流系统故障；所述直流控制保护信息可以是直流控制收到故障信息到闭锁时间，受端交流系统故障导致直流闭锁时间为s级，直流系统故障导致直流闭锁时间约为100ms；
第一过电压计算模型确定模块，用于在故障类型判断模块判断电网故障为受端交流系统故障时，根据安稳装置机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型；
其中，所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
所述受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机后过电压计算模型，根据受端交流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
第二过电压计算模型确定模块，用于在故障类型判断模块判断电网故障为受端交流系统故障时，根据安稳装置机时间确定安稳装置是否切机，并确定受端交流系统故障导致直流闭锁后安稳装置切机前过电压计算模型和切机后过电压计算模型。
其中直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机前送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得；
直流系统故障导致直流闭锁前安稳装置切机后送端母线过电压的计算模型，根据直流系统故障调相机无功功率增量模型、安稳装置切机导致交流系统减小的无功功率计算模型、不考虑换流阀的送端电网无功变化量计算模型和直流双极闭锁后换流母线压升和无功剩余量之间的关联模型计算获得。
本发明的实施例提出的考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法，针对当前直流送端电网过电压没有考虑调相机接入的影响，以及没有考虑安全稳定装置切机影响的问题，导致计算结果与实际偏差较大的问题，提出一种考虑调相机影响的直流闭锁送端电网过电压阶段计算方法，不仅考虑了调相机接入对过电压的影响，同时考虑了安稳装置切机对过电压的影响，实现了直流闭锁工况下不同时间阶段的送端过电压准确计算。图3仿真值与计算值对比表明，本发明实施例所提过电压计算方法计算准确，验证了电网故障时安稳装置不切机条件下直流送端电网过电压计算方法的有效性。图4值仿真值与计算值对比表明，本发明实施例所提过电压计算方法计算准确，验证了电网故障时安稳装置切机条件下直流送端电网过电压计算方法的有效性。
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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