一种直流系统换相失败风险评估方法及系统与流程

本发明涉及电力系统，特别涉及一种直流系统换相失败风险评估方法及系统。

背景技术：

1、随着我国直流输电工程数量和容量的迅速增加，解决直流系统发生换相失败，防止故障影响系统稳定运行已刻不容缓。深入分析换相失败产生机理及其影响因素，提出有效的换相失败风险区域识别方法，对于减小换相失败发生几率具有重要意义。当前对于换相失败风险的研究大多集中在提炼换相失败的临界指标，较少部分文献从受端交流电网的视角划定引发直流系统换相失败的风险区域，且均基于基波电压幅值跌落程度进行评估，忽略了谐波电压的重要影响。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种直流系统换相失败风险评估方法及系统，以解决现有技术中的上述技术问题。

2、为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

3、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种直流系统换相失败风险评估方法。

4、在一个实施例中，所述直流系统换相失败风险评估方法，包括：

5、计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标；

6、计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标；

7、根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，对直流系统发生换相失败风险进行评估，并根据评估结果，生成直流系统换相失败风险区域。

8、在一个实施例中，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标包括：

9、基于幅值跌落引起换相失败的临界电压，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标。

10、在一个实施例中，基于幅值跌落引起换相失败的临界电压，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标时的计算公式为：

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、式中，ηik为幅值影响程度指标；δvi为换流母线节点i的电压幅值变化量；vi_cr为换流母线节点i所对应直流系统换相失败的临界电压；δvk为故障节点k的电压幅值变化量；xci为换流母线节点i所对应直流系统的逆变侧等效换相电抗；ui_dr0为整流侧和逆变侧理想空载直流电压；ri_l为直流电阻；ri_cr和rci分别为整流侧和逆变侧的换相电阻；req为等效换相电阻；αi_r为整流侧触发角；γmin为逆变侧极限关断角；n为换流器桥数；xc为换相电抗；γ为关断角；β为触发超前角；qi为换流母线节点i注入的无功功率；jik为交流系统潮流雅可比矩阵的子矩阵j的第i行、第k列元素；kik为交流系统潮流雅可比矩阵的子矩阵k的第i行、第k列元素；j′ii为子矩阵j修正后的第i行、第i列元素；为qi对vi求偏导数；分别为子矩阵j修正后的逆矩阵的第i行、第k列元素以及第i行，第i列的元素；t为变压器变比；vi为换流母线节点i额定电压；vk为故障节点k额定电压；bij为换流母线节点i和故障节点k阻抗矩阵的虚部；h和o分别为节点数目和pq节点数目；δp和δq分别为有功功率和无功功率的变化量；δθ和δv分别为节点电压相角和幅值的变化量。

18、在一个实施例中，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标包括：

19、根据换相电压时间面积理论，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标。

20、在一个实施例中，根据换相电压时间面积理论，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标时的计算公式为：

21、

22、

23、

24、式中，ξik表示故障节点k故障对换流母线节点i电压的谐波影响程度指标；γmin为极限关断角；aj为第j次谐波的换相系数；a1为基波换相系数；v1为基波电压幅值；vj为第j次谐波的电压幅值；n为谐波次数；为第j次谐波相位；γ为关断角；α为触发超前角sj表示第j次谐波电压的换相电压时间面积。

25、在一个实施例中，根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，对评估直流系统发生换相失败的风险包括：

26、根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，生成换相失败风险评估指标；

27、基于所述换相失败风险评估指标，以基波电压幅值下限、谐波电压上限为约束条件，计算换相失败临界值；

28、基于所述换相失败风险评估指标和所述换相失败临界值，对直流系统发生换相失败的风险进行评估。

29、在一个实施例中，所述换相失败风险评估指标的公式为：

30、icf_ik＝ηik+ξik

31、所述换相失败临界值的计算公式为：

32、

33、所述约束条件公式为：

34、vi_cr＝vi_1min≤vi_1≤vi_1n

35、

36、-π≤φn≤π

37、式中，icf_ik为换相失败风险评估指标；ηik为幅值影响程度指标；ξik为谐波影响程度指标；icritical_ik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的临界值；δvi为换流母线节点i的电压幅值变化量；vi为换流母线节点i的额定电压；vi_cr为换流母线节点i所对应直流系统换相失败的临界电压；aj表示第j次谐波的换相系数，vj表示第j次谐波的电压幅值；vi_1min，vi_1，vi_1n分别为基波电压允许的最小值，实际值以及额定值；γmin为极限关断角；为谐波相位。

38、在一个实施例中，在基于所述换相失败风险评估指标和所述换相失败临界值，对直流系统发生换相失败的风险进行评估时，评估公式为：

39、

40、式中，dik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的风险值；icritical_ik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的临界值；icf_ik为换相失败风险评估指标；

41、在评估时，当dik小于1时，则判断故障节点k发生的故障不会导致换流母线节点i所对应直流系统换相失败；当dik大于或等于1时，则判断故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统换相失败；当dik等于1时，则判断故障节点k发生的故障条件为引发换流母线节点i所对应直流系统换相失败的边界条件。

42、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种直流系统换相失败风险评估系统。

43、在一个实施例中，所述直流系统换相失败风险评估系统，包括：

44、幅值指标计算模块，用于计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标；

45、谐波指标计算模块，用于计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标；

46、换相风险评估模块，用于根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，对直流系统发生换相失败风险进行评估，并根据评估结果，生成直流系统换相失败风险区域。

47、在一个实施例中，所述幅值指标计算模块在计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标时，基于幅值跌落引起换相失败的临界电压，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标，得到幅值影响程度指标。

48、在一个实施例中，基于幅值跌落引起换相失败的临界电压，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标时的计算公式为：

49、

50、

51、

52、

53、

54、

55、式中，ηik为幅值影响程度指标；δvi为换流母线节点i的电压幅值变化量；vi_cr为换流母线节点i所对应直流系统换相失败的临界电压；δvk为故障节点k的电压幅值变化量；xci为换流母线节点i所对应直流系统的逆变侧等效换相电抗；ui_dr0为整流侧和逆变侧理想空载直流电压；ri_l为直流电阻；ri_cr和rci分别为整流侧和逆变侧的换相电阻；req为等效换相电阻；αi_r为整流侧触发角；γmin为逆变侧极限关断角；n为换流器桥数；xc为换相电抗；γ为关断角；β为触发超前角；qi为换流母线节点i注入的无功功率；jik为交流系统潮流雅可比矩阵的子矩阵j的第i行、第k列元素；kik为交流系统潮流雅可比矩阵的子矩阵k的第i行、第k列元素；j′ii为子矩阵j修正后的第i行、第i列元素；为qi对vi求偏导数；分别为子矩阵j修正后的逆矩阵的第i行、第k列元素以及第i行，第i列的元素；t为变压器变比；vi为换流母线节点i额定电压；vk为故障节点k额定电压；bij为换流母线节点i和故障节点k阻抗矩阵的虚部；h和o分别为节点数目和pq节点数目；δp和δq分别为有功功率和无功功率的变化量；δθ和δv分别为节点电压相角和幅值的变化量。

56、在一个实施例中，所述谐波指标计算模块在计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标时，根据换相电压时间面积理论，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标，得到谐波影响程度指标。

57、在一个实施例中，根据换相电压时间面积理论，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标时的计算公式为：

58、

59、

60、

61、式中，ξik表示故障节点k故障对换流母线节点i电压的谐波影响程度指标；γmin为极限关断角；aj为第j次谐波的换相系数；a1为基波换相系数；v1为基波电压幅值；vj为第j次谐波的电压幅值；n为谐波次数；为第j次谐波相位；γ为关断角；α为触发超前角sj表示第j次谐波电压的换相电压时间面积。

62、在一个实施例中，所述换相风险评估模块在根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，对评估直流系统发生换相失败的风险时，根据所述幅值影响程度指标和所述谐波影响程度指标，生成换相失败风险评估指标；基于所述换相失败风险评估指标，以基波电压幅值下限、谐波电压上限为约束条件，计算换相失败临界值；基于所述换相失败风险评估指标和所述换相失败临界值，对直流系统发生换相失败的风险进行评估。

63、在一个实施例中，所述换相失败风险评估指标的公式为：

64、icf_ik＝ηik+ξik

65、所述换相失败临界值的计算公式为：

66、

67、所述约束条件公式为：

68、vi_cr＝vi_1min≤vi_1≤vi_1n

69、

70、-π≤φn≤π

71、式中，icf_ik为换相失败风险评估指标；ηik为幅值影响程度指标；ξik为谐波影响程度指标；icritical_ik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的临界值；δvi为换流母线节点i的电压幅值变化量；vi为换流母线节点i的额定电压；vi_cr为换流母线节点i所对应直流系统换相失败的临界电压；aj表示第j次谐波的换相系数，vj表示第j次谐波的电压幅值；vi_1min，vi_1，vi_1n分别为基波电压允许的最小值，实际值以及额定值；γmin为极限关断角；为谐波相位。

72、在一个实施例中，在基于所述换相失败风险评估指标和所述换相失败临界值，对直流系统发生换相失败的风险进行评估时，评估公式为：

73、

74、式中，dik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的风险值；icritical_ik为故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统发生换相失败的临界值；icf_ik为换相失败风险评估指标；

75、在评估时，当dik小于1时，则判断故障节点k发生的故障不会导致换流母线节点i所对应直流系统换相失败；当dik大于或等于1时，则判断故障节点k发生的故障会导致换流母线节点i所对应直流系统换相失败；当dik等于1时，则判断故障节点k发生的故障条件为引发换流母线节点i所对应直流系统换相失败的边界条件。

76、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

77、本发明首先基于幅值跌落引起换相失败的临界电压，计算交流故障后电压幅值对直流系统换相的影响程度指标；然后根据换相电压时间面积理论，计算交流故障后电压谐波对直流系统换相的影响程度指标；最后综合电压幅值和谐波的影响程度评估换相失败风险，划定换相失败的风险区域。与现有方法相比，能够更加准确地对多馈入直流系统的换相失败风险区域进行划分。

78、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。