降低多回直流换相失败风险的无功补偿配置综合评估方法

本发明属于电网无功优化配置技术领域，具体涉及一种降低多回直流换相失败风险的无功补偿配置综合评估方法。

背景技术：

随着我国南方电网和华东电网投运的直流输电线路日益增多，多回直流馈入交流电网形成了复杂的多馈入交直流混联系统，交流系统故障常常引起直流系统换流母线电压跌落，进而导致直流系统换相失败。若多回直流同时发生换相失败，将对受端系统产生较大的功率冲击，严重威胁多馈入直流系统的安全稳定运行。

提升受端系统的无功电压支撑能力是减小换相失败风险的重要手段。除调整网架结构、优化系统运行方式等系统自身手段外，通常考虑配置额外的无功补偿设备，从而提升故障后的动态无功支撑能力。因此针对交流电网中的无功补偿装置展开了大量研究，主要包括无功补偿装置的布点选址和优化配置两方面关键问题。

现有研究大多集中在无功补偿装置的布点选址。由于电网规模较大，以整个电网作为研究对象效率不高且没有必要，因此通常需要确定相应的电压稳定薄弱区域以减小搜索空间，从而确定最优的安装地点。大多数研究依赖于电气距离快速确定薄弱区域，但准确度不高，因此有关研究基于仿真分析来寻找薄弱区域，但故障集的选取不够典型。在确定无功补偿装置最佳安装站点的研究中，现有研究基于电压灵敏度的无功补偿安装效果评估指标来确定安装站点，未能体现对系统其它节点影响。

针对无功补偿装置容量优化配置的研究相对较少，现有研究采用循环布点法确定安装容量，未能对安装容量进行细致的优化，现有研究在确定无功补偿容量的换相失败风险降低效果指标中以直流功率衡量受端电网对直流系统的支撑能力，未能考虑交直流混联系统之间的交互影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有研究中的不足，提出一种降低多回直流换相失败风险的无功补偿配置综合评估方法。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。

降低多回直流换相失败风险的无功补偿配置综合评估方法，包括如下步骤：

步骤1，通过对影响系统电压稳定的典型故障仿真分析，挖掘多直流集中馈入地区故障时的电压跌落最严重区域，找出电网中电压稳定的薄弱区域，进而根据rtvdai指标在电压薄弱区域内确定最佳无功补偿站点；

步骤2，从各补偿站点分别定容和同时定容两个角度出发，以降低换相失败风险效果和经济性为评价指标；

步骤3，利用基于vikor方法的混合多属性决策方法评价各补偿站点分别定容和同时定容两种方案的优劣，对不同情况下的多馈直流换相失败风险指标及投资成本进行评估决策，用最小-最大规范化处理得到贴近度综合分析指标，利用插值函数对贴近度综合分析指标进行拟合连续化来确定最佳安装容量配置方案。

进一步地，所述步骤2中，在多回直流馈入的交直流混联系统中，当直流逆变站发生换相失败时会造成大量的有功功率缺失以及增大无功功率的需求，换相失败持续时间越长，对受端系统影响程度越严重；从风险的定义和换相失败造成的影响出发提出了换相失败风险的定义：

pk表示典型故障k发生的概率；sk表示典型故障k的后果，即该故障下直流t是否发生换相失败；δt表示换相失败持续的时间；ηt表示直流t的权重系数；

其中，即sk＝1，表示故障k下直流t发生换相失败，反之，sk＝0表示故障k下直流t发生换相失败，umin,t,k为直流t在典型故障k下换相电压最低值umin，uc,t为直流t发生换相失败的临界电压幅值；

其中ξt为直流功率冲击和无功功率两方面对受端系统的影响程度，ηt值越大换相失败后造成的功率损失越大，直流权重系数越大。

进一步地，所述步骤2中，经济性评价指标主要考虑动态无功补偿装置投资成本c，可用式(4)表示：

式中：ci表示statcom无功补偿单价(万元/mvar)；qct表示补偿容量；m候选节点集合。据已投运的的statcom典型参数：statcom:ci＝84.8万元/mvar。

进一步地，所述步骤3中，对于投资成本和换相失败风险降低效果指标进行评价时存在量纲的差异，为了消除不同指标间量纲的差异，给决策人员提供决策依据，采用一种基于vikor的混合多属性决策方法，该方法在只有判断矩阵而没有专家权重的情况下，对多个合理方案进行优选评估，得出了可信度高的优选方案；基于vikor方法的混合多属性决策方法的步骤如下：

步骤3-1，，基于最小-最大规范化方法，对各补偿站点分别定容和同时定容两个方案数据进行规范化，即，对非模糊评价矩阵a＝[aij]2×t规范化得到决策矩阵b＝[bij]2×t；规范化后的指标值为：

式中aij为计算得到的指标值；

步骤3-2，确定正理想方案与负理想方案：

记为正理想方案，为负理想方案；

步骤3-3，计算si和ri：

由于方案越接近正理想方案，方案越优，据此构造优化模型：

步骤3-4，各方案在决策中处于平等地位，因此有：

计算qi：

其中λ为准则策略的决策机制系数，λ值体现准则的重要程度或决策者的偏好，λ＝0.5，

求解式(10)得最优解w＝(w1,w2,···,wn)，将其带入式(7)、(8)和(11)得到si、ri和qi；

步骤3-5，确定排序序列：对si，ri，qi的值进行排序，得到三个方案的排序，每个序列排在前面的方案好于排在后面的方案，最后确定方案的最优折衷解。

进一步地，所述步骤3中，针对于以投资成本和降低换相失败风险为目标的容量配置步骤如下：

步骤3a，在一定投资成本情况下，根据换相失败风险降低效果的优劣程度，确定最优安装方案；

步骤3b，确定最佳安装方案后，从多站点同时定容和每个站点分别定容两种情况下进行定容；

步骤3c，在这两种情况下，设定statcom不同补偿容量并在典型故障集下进行故障扫描，记录各支流的换相失败持续时间；

步骤3d，计算statcom不同无功补偿容量情况下降低换相失败风险效果及无功补偿投资成本；

步骤3e，利用最小-最大规范化对两个不同指标规范化处理得到贴近度综合分析指标，并使用cftool曲线拟合工具箱进行拟合得到相应曲线，根据曲线确定最佳补偿容量。

本发明达到的有益效果为：本方法能考虑交直流混联系统之间的交互影响，能对安装容量进行细致的优化，提高无功补偿配置的综合评估效果，得到最佳的补偿容量，具有一定的工程实用性。

附图说明

图1为本发明实施例中所述综合评估方法的无功容量配置流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

降低多回直流换相失败风险的无功补偿配置综合评估方法，其特包括如下步骤：

步骤1，通过对影响系统电压稳定的典型故障仿真分析，挖掘多直流集中馈入地区故障时的电压跌落最严重区域，找出电网中电压稳定的薄弱区域，进而根据rtvdai指标在电压薄弱区域内确定最佳无功补偿站点。

其中rtvdai的值为：

式中：irtvdai,i为节点i出线发生故障后其余各节点相对节点i的rtvdai值；n为除节点i以外的节点个数；tstart为节点j第1次电压跌落到额定值70％的时刻；tend为节点j电压跌落至到额定值70％及其以下后，再次回到额定值70％且之后一直维持在其以上的时刻；uj,0为未发生故障时系统稳定运行的节点j电压；uj,min为系统发生故障后节点j电压最低值；uj,n为节点j电压额定值。

步骤2，从各补偿站点分别定容和同时定容两个角度出发，以降低换相失败风险效果和经济性为评价指标；

步骤3，利用基于vikor方法的混合多属性决策方法评价两种方案的优劣，对不同情况下的多馈直流换相失败风险指标及投资成本进行评估决策，用最小-最大规范化处理得到贴近度综合分析指标，利用插值函数对贴近度综合分析指标进行拟合连续化来确定最佳安装容量配置方案。

步骤2中，在多回直流馈入的交直流混联系统中，当直流逆变站发生换相失败时会造成大量的有功功率缺失以及增大无功功率的需求，换相失败持续时间越长，对受端系统影响程度越严重；从风险的定义和换相失败造成的影响出发提出了换相失败风险的定义：

pk表示典型故障k发生的概率；sk表示典型故障k的后果，即该故障下直流t是否发生换相失败；δt表示换相失败持续的时间；ηt表示直流t的权重系数；

其中，即sk＝1，表示故障k下直流t发生换相失败，反之，sk＝0表示故障k下直流t发生换相失败，umin,t,k为直流t在典型故障k下换相电压最低值umin，uc,t为直流t发生换相失败的临界电压幅值；

其中ξt为直流功率冲击和无功功率两方面对受端系统的影响程度，ηt值越大换相失败后造成的功率损失越大，直流权重系数越大。

进一步地，所述步骤2中，经济性评价指标主要考虑动态无功补偿装置投资成本c，可用式(4)表示：

式中：ci表示statcom无功补偿单价(万元/mvar)；qct表示补偿容量；m候选节点集合。据已投运的的statcom典型参数：statcom:ci＝84.8万元/mvar。

步骤3中，对于投资成本和换相失败风险降低效果指标进行评价时存在量纲的差异，为了消除不同指标间量纲的差异，给决策人员提供决策依据，采用一种基于vikor的混合多属性决策方法，该方法在只有判断矩阵而没有专家权重的情况下，对多个合理方案进行优选评估，得出了可信度高的优选方案；基于vikor方法的混合多属性决策方法的步骤如下：

步骤3-1，基于最小-最大规范化方法，对各补偿站点分别定容和同时定容两个方案数据进行规范化，即，对非模糊评价矩阵a＝[aij]2×t规范化得到决策矩阵b＝[bij]2×t；规范化后的指标值为：

式中aij为计算得到的指标值；

步骤3-2，确定正理想方案与负理想方案：

记为正理想方案，为负理想方案；

步骤3-3，计算si和ri：

由于方案越接近正理想方案，方案越优，据此构造优化模型：

步骤3-4，各方案在决策中处于平等地位，因此有：

计算qi：

其中λ为准则策略的决策机制系数，λ值体现准则的重要程度或决策者的偏好，λ＝0.5，

求解式(10)得最优解w＝(w1,w2,···,wn)，将其带入式(7)、(8)和(11)得到si、ri和qi；

步骤3-5，确定排序序列：对si，ri，qi的值进行排序，得到三个方案的排序，每个序列排在前面的方案好于排在后面的方案，最后确定方案的最优折衷解。

步骤3中，针对于以投资成本和降低换相失败风险为目标的容量配置步骤如下：

步骤3a，在一定投资成本情况下，根据换相失败风险降低效果的优劣程度，确定最优安装方案；

步骤3b，确定最佳安装方案后，从多站点同时定容和每个站点分别定容两种情况下进行定容；

步骤3c，在这两种情况下，设定statcom不同补偿容量并在典型故障集下进行故障扫描，记录各支流的换相失败持续时间；

步骤3d，计算statcom不同无功补偿容量情况下降低换相失败风险效果及无功补偿投资成本；

步骤3e，利用最小-最大规范化对两个不同指标标准化处理得到贴近度综合分析指标，并使用cftool曲线拟合工具箱进行拟合得到相应曲线，根据曲线确定最佳补偿容量。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。