抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置方法及系统

本发明涉及电力系统动态无功补偿装置配置，具体为抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置方法及系统。

背景技术：

1、推动能源清洁化转型，大力发展新能源，是解决能源短缺，缓解能源供应压力的有效方法，但我国整体新能源资源呈现西多东少、北多南少的分布规律，新能源资源与负荷中心分布不均衡，发展特高压直流输电技术可以实现电能的远距离传输，有效解决新能源的跨区域消纳。但是随着新能源并网比例的升高，新能源送出系统逐渐出现强度薄弱，动态无功支撑能力不足的问题，直流闭锁、换相失败等故障在送端系统引发的暂态过电压容易超过直流换流站的承受能力，并容易引发大量新能源脱网，导致新能源送出系统严重失稳。调相机瞬时无功调节速度快，调节能力基本不受系统电压影响等特点，在抑制暂态过电压方面有着巨大的优势，但如何选择调相机的配置位置，合理配置调相机容量及数量，保证效益最大化是难点所在。目前对于调相机的配置方法往往通过相关指标选择调相机候选配置节点集，再基于预先确定的调相机配置目标确定调相机的配置数量。此外，基于获取的特高压直流送端电网相关运行参数，结合智能算法，确定调相机的配置方案也是一类常用方法。

2、目前，针对调相机的配置方法，已有多种解决方案，例如：

3、1、郭铭群等人发表的“大规模新能源直流外送系统分布式调相机配置方法及系统”北京市：2021，cn113572191a，该专利基于节点综合暂态压升严重性指标选择调相机配置节点，结合调相机容量优化目标函数，确定调相机的配置容量。在选择调相机配置节点时，未考虑节点之间的电气耦合，忽略了电网节点之间的无功电压影响。

4、2、赵梦阳发表的“抑制直流扰动下风电场暂态过电压的调相机配置方法研究”，2021，南京师范大学，该文章详细分析了不同直流系统强度以及风电场不同出力下的直流送端电网的暂态过电压，基于构建的暂态过电压严重程度指标选择调相机的布点，以直流近区所有风电并网点暂态过电压严重程度最低，同时无功补偿最小为目标，输出调相机配置方案。在进行调相机配置时，同样未考虑节点之间的电气耦合，忽略了电网节点之间的无功电压影响。

5、3、刘炳辰发表的“高比例新能源送出系统动态无功补偿方案研究”，2021华北电力大学，该文章在进行调相机选址时考虑了电网稳态运行工况下不同节点之间的无功电压灵敏度，但直流故障的暂态过程中，电网线路的等效运行参数与稳态运行工况不同，各种动态无功调压资源的运行状态发生变化，电网稳态运行工况下的无功电压灵敏度不能准确反映调相机对其它节点暂态电压的影响能力。

6、综上，目前已有的调相机配置方法，忽略了调相机动态无功调节速度以及电网暂态运行参数发生变化后对暂态过电压调节能力的影响。进而导致新能源送出系统脱网风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对现有调相机配置方法，忽略了调相机动态无功调节速度以及电网运行状态发生变化后对暂态过电压调节能力的影响，进而导致交直流外送系统中新能源脱网风险的问题，提出抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置方法及系统。

2、本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

3、抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置方法，包括以下步骤：

4、步骤一：确定交直流外送系统中新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值以及特高压直流送端换流母线节点的暂态过电压安全阈值；

5、步骤二：获取特高压直流发生故障后，送端电网各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点的时序电压数据，在各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点的时序电压数据中选取最大值作为对应节点的暂态过电压；

6、步骤三：将各新能源汇集节点的暂态过电压分别与新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值进行比较，并将特高压直流换流母线节点的暂态过电压与特高压直流换流母线节点的暂态过电压安全阈值进行比较，若出现暂态过电压超过安全阈值时，则计算调相机配置在各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点时的综合调压能力指标，并在综合调压能力指标最大的节点增配1台调相机，所述综合调压能力指标表示为：

7、

8、其中，vsi为节点i的综合调压能力指标，vi0为节点i的初始稳态电压，vih为节点i的暂态过电压指标，为节点i的综合暂态过电压灵敏度指标，nnode为所有新能源汇集节点和特高压直流送端换流母线节点的总数量，为节点i对节点j的容性无功电压灵敏度指标，为配置在节点i的调相机的容性无功功率发生变化时，节点j的暂态过电压变化量，为配置在节点i的调相机的容性无功变化量；

9、步骤四：重复步骤二和步骤三，直至各新能源汇集节点的暂态过电压及特高压直流换流母线节点均不超过对应节点的暂态过电压安全阈值，进而得到调相机配置方案。

10、进一步的，所述节点i对节点j的容性无功电压灵敏度指标表示为：

11、

12、其中，表示配置在节点i的调相机的容性无功功率发生变化时，节点j的暂态过电压变化量。

13、进一步的，所述节点i的综合暂态过电压灵敏度指标表示为：

14、

15、进一步的，所述节点i的暂态过电压指标vih表示为：

16、vih＝max{vi(t)}-vi0

17、其中，vi(t)为电网受到扰动后节点i的时序电压。

18、进一步的，所述交直流外送系统中新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值为1.3p.u.，所述特高压直流送端换流母线节点的暂态过电压安全阈值为1.26p.u.。

19、抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置系统，包括：安全阈值确定模块、暂态过电压确定模块、综合调压能力指标确定模块以及调相机配置方案确定模块；

20、所述安全阈值确定模块用于确定交直流外送系统中新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值以及特高压直流送端换流母线节点的暂态过电压安全阈值；

21、所述暂态过电压确定模块用于获取特高压直流发生故障后，送端电网各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点的时序电压数据，在各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点的时序电压数据中选取最大值作为对应节点的暂态过电压；

22、所述综合调压能力指标确定模块用于将各新能源汇集节点的暂态过电压分别与新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值进行比较，并将特高压直流换流母线节点的暂态过电压与特高压直流换流母线节点的暂态过电压安全阈值进行比较，若出现暂态过电压超过安全阈值时，则计算调相机配置在各新能源汇集节点及特高压直流换流母线节点时的综合调压能力指标，并在综合调压能力指标最大的节点增配1台调相机，所述综合调压能力指标表示为：

23、

24、其中，vsi为节点i的综合调压能力指标，vi0为节点i的初始稳态电压，vih为节点i的暂态过电压指标，为节点i的综合暂态过电压灵敏度指标，nnode为所有新能源汇集节点和特高压直流送端换流母线节点的总数量，为节点i对节点j的容性无功电压灵敏度指标，为配置在节点i的调相机的容性无功功率发生变化时，节点j的暂态过电压变化量，为配置在节点i的调相机的容性无功变化量；

25、所述调相机配置方案确定模块用于重复暂态过电压确定模块以及综合调压能力指标确定模块，直至各新能源汇集节点的暂态过电压及特高压直流换流母线节点均不超过对应节点的暂态过电压安全阈值，进而得到调相机配置方案。

26、进一步的，所述节点i对节点j的容性无功电压灵敏度指标表示为：

27、

28、其中，表示配置在节点i的调相机的容性无功功率发生变化时，节点j的暂态过电压变化量。

29、进一步的，所述节点i的综合暂态过电压灵敏度指标表示为：

30、

31、进一步的，所述节点i的暂态过电压指标vih表示为：

32、vih＝max{vi(t)}-vi0

33、其中，vi(t)为电网受到扰动后节点i的时序电压。

34、进一步的，所述交直流外送系统中新能源汇集节点的暂态过电压安全阈值为1.3p.u.，所述特高压直流送端换流母线节点的暂态过电压安全阈值为1.26p.u.。

35、本发明的有益效果是：

36、本技术可以有效抑制由特高压直流故障引发交直流外送系统的暂态过电压，确保特高压直流送端换流站以及新能源汇集站的暂态过电压处在安全阈值以内，本技术通过“综合调压能力指标”充分考虑了调相机动态无功调节速度以及电网运行状态发生变化后对暂态过电压调节能力的影响，通过提升交直流外送系统的动态无功支撑能力，降低新能源的脱网风险。

37、本技术充分评估了调相机配置在高比例新能源送出系统不同节点时对暂态过电压的抑制能力，以配置后的调相机达到最佳的无功补偿效果为目标构建了调相机的配置方法；本技术提出了一种既能量化某一节点暂态过电压严重程度，又能兼顾该节点无功变化对全网各节点暂态过电压影响的综合调压能力指标，基于该指标提出了适用于交直流外送系统的调相机配置方法。本技术的调相机配置过程主要如下：

38、抑制交直流外送系统暂态过电压的调相机配置方法以配置后的调相机达到最佳的无功补偿效果为目标，在保证特高压直流送端换流母线以及新能源汇集母线的暂态过电压均处于安全阈值以内的同时，尽可能减少调相机配置数量和容量冗余。选择特高压直流送端换流母线节点和新能源汇集节点作为调相机的备选配置位置，以充分发挥调相机容量大，动态无功调节能力强的优势。