确定多馈入交直流系统逆变站间相互影响的风险度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种确定多馈入交直流系统中逆变站间相互影响的风险度的方法，包括以下步骤：(1)构建对应于多馈入交直流系统的模型；(2)在该模型中对某一逆变站i施加扰动，使得该逆变站i的换流母线i的电压Ui下降1％；(3)基于该多馈入交直流系统中其他逆变站j的电压变化量△Uj，计算该逆变站i和逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFij(4)基于该多馈入交互因子MIIF分值，计算某一逆变站k的第一风险度Ra和/或第二风险度Rb；(5)将该第一风险度Ra和/或Rb与参考值(或标准值)进行比较，从而确定该多馈入交直流系统中一个或多个逆变站的风险度。本发明的方法对发现直流站换相失败的潜在风险及制定相应的预防措施具有指导作用，也可为直流站址选择提供参考指标。
【专利说明】
确定多馈入交直流系统逆变站间相互影响的风险度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种确定多馈入交直流系统中逆变站间相互 影响的风险度的方法。
【背景技术】
[0002] 随着"西电东送、南北互供、全国联网"战略的全面实施，我国正逐步建成世界上罕 见的跨区域和远距离传输巨大功率的特高压交、直流混合输电系统，其运行的复杂性和难 度在国际上也是罕见的。对于多馈入交直流混合受电系统，由于电网结构的加强和系统容 量的增大，电网安全稳定特性发生了一定的变化，多直流落点地区不易直接发生攻角失稳 的稳定破坏事故，但在缺少足够的动态无功电源支撑及其他措施的情况下，扰动发生时可 能导致电压恶性下降，引发直流换相失败，严重情况下最终导致系统失稳。
[0003] 在大规模多馈入交直流受电系统中，由于直流逆变站之间电气距离近，直流系统 相互耦合，其直流与直流、直流与交流之间的相互作用更强，使得直流系统的响应恶化。一 个换流站的换相失败故障，可能会导致其他换流站换相失败；在交流系统故障下，各直流换 流站有可能同时或相继发生换相失败，若各直流系统不能得以顺利恢复，将造成大范围停 电。因而，通过分析直流换流站间的耦合关系和交直流系统间的相互影响关系，找出多馈入 换相失败的基本规律，发现系统中的薄弱环节，并研究改善薄弱环节的技术措施，对于保证 电力系统的安全稳定运行是十分重要的。
[0004] 现有技术中有通过单相多馈入交互作用因子SMIIF来判断各直流换流站之间的 相互作用强弱关系，试图通过该单相多馈入交互作用因子SMIIF来找出换相失败的规律， 然而由于单相多馈入交互作用因子SMIIF只考虑了不同直流落点之间的单相电压的相互 作用强弱关系，不能满足实际工程中的需要，此外，根据《电力工程电气设计手册》，电力系 统短路电流计算中：导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验 算。同时，在直流输电系统准稳态模型的仿真分析中，假定三相电压对称，为工频正弦波。所 以对于有多直流落点的电网中，一般只考虑三相故障仿真分析。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种确定多馈入交直流系统中逆变站间相互影响的风险度 的方法，以保证电力系统的安全稳定运行。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种确定多馈入交直流系统中逆变站间相互影响 的风险度的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)构建对应于所述多馈入交直流系统的模型，其中所述多馈入交直流系统包括 相互电连接的η个逆变站，并且η为多3的正整数；
[0008] (2)在所述多馈入交直流系统的模型中，对某一逆变站i施加扰动，i = 1, 2, 3, 4,......n，使得该逆变站i的换流母线i的电压Ui下降1% ;
[0009] (3)基于所述多馈入交直流系统中其他逆变站j的电压变化量Λ U,，计算所述逆 变站i和逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFlj，其中j = 1，2,3, "·，η，并且j乒i ;
[0010] ⑷基于所述多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的第一风险 度Ra和/或第二风险度Rb，其中第一风险度Ra为所述逆变站受其他逆变站扰动干扰而发 生故障的风险度；而第二风险度Rb为所述逆变站发生扰动时导致其他逆变站发生故障的 风险度，其中k = 1，2,3，···，!!；和
[0011] (5)将所述的第一风险度Ra和/或Rb与参考值（或标准值）进行比较，从而确定 所述多馈入交直流系统中一个或多个逆变站的风险度，
[0012] 其中当所述Ra大于或等于所述参考值Rastand"d，则表示该逆变站的风险度高于一 般逆变站；或。
[0013] 其中当所述Rb大于或等于所述参考值Rbstand"d，则表示该逆变站的风险度高于一 般逆变站。
[0014] 在另一优选例中，对于所述逆变站i和逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFlj 按以下公式进行计算，其中以i = 1和j = 2为例：
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 式中，Λ E2表示换流母线2的交流系统等效电动势，Λ U JPA U 3分别表示换流母 线1、3的电压，Xn2表示换流母线2对应的交流系统的等效阻抗，X 12S换流站1、2之间的耦 合阻抗，&3为换流站2、3之间的耦合阻抗。
[0019] 在另一优选例中，所述的η彡5，彡10,彡20,更佳地η为5-100或10-50。
[0020] 在另一优选例中，对于某一逆变站k而言，所述的第一风险度Ra按下式I或II进 行计算和判断：
[0021] Ra =Σ MIIFlk，其中1为小于等于η的正整数，且1乒k。
[0022] 在另一优选例中，I = n，或1 = 5或1 = 10。
[0023] 在另一优选例中，所述的Σ MIIFlk为对于所述逆变站k而言所有MIIF的分值中最 高前ml位的多馈入交互因子分值，其中ml为3-10的任一正整数。
[0024] 在另一优选例中，ml为3、5、10。
[0025] 在另一优选例中，所述的参考值Rastandal^J 0. 6、1. 0、或1. 5。
[0026] 在另一优选例中，当ml为2，Rastan^为0.3;或当ml为5, Ra stan^为0. 5 ;当ml 为 10，RastandardA L 0。
[0027] 在另一优选例中，对于一逆变站k而言，所述的第二风险度Rb按下式I或II进行 计算和判断：
[0028] Rb =Σ MIIFkl，其中1为小于或等于η的正整数，且1乒k。
[0029] 在另一优选例中，I = n，或1 = 5或110。
[0030] 在另一优选例中，所述的Σ MIIFkl为对于所述逆变站k而言所有MIIF的分值中最 高前m2位的多馈入交互因子分值，其中m2为3-15的任一正整数。
[0031] 在另一优选例中，m2为5、10、或15。
[0032] 在另一优选例中，所述的参考值Rbstandal^J 0. 3、0. 5、或1. 0。
[0033] 在另一优选例中，当m2为2, Rbstan^为0. 3 ;或当m2为5, Rb stan^为0. 5 ;当m2 为 10, Rbstandard为 L 0。
[0034] 在另一优选例中，在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于所述逆变站k，将单个 MIIFkjP /或单个MIIF lk与多馈入交互因子参考值MIIF standaJi行比较，
[0035] 其中当所述单个MIIFkJP /或单个MIIF 114大于或等于所述参考值MIIF stand"d，则表 示该逆变站的风险度高于一般逆变站。
[0036] 在另一优选例中，所述的参考值MIIFstandardS 0. 4。
[0037] 在另一优选例中，对于所述逆变站k，有2-5个MIIFkJP /或2-5个MIIF lk大于或 等于所述参考值MIIFstandalJt，则表示该逆变站的风险度为极高风险。
[0038] 在另一优选例中，所述的故障包括换相失败，所述的风险度包括所述逆变站发生 换相失败的风险。
[0039] 本发明提出的采用多馈入交互因子指标（MIIF)确定多馈入交直流系统中逆变站 间相互影响的风险度的方法，基于实际电网模型，采用时域仿真计算，较好地考虑了系统动 态特性，其所表现出来的电压耦合实质上综合考虑了逆变站间电气距离、各换流母线的有 效短路比、实际直流传输功率等影响换相失败的因素，通过量化指标，能直观地得出各直流 站之间的交互作用大小关系，判断系统各逆变站发生同时/相继换相失败的几率大小及可 能存在的组合，对发现直流站换相失败的潜在风险及制定相应的预防措施具有一定的指导 作用，也可为直流站址选择提供一个参考指标。
【附图说明】
[0040] 图1是二馈入直流输电系统简化不意图。
【具体实施方式】
[0041] 以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的 目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为 了说明本发明技术方案的实质精神。
[0042] 术语：
[0043] 一般风险：换相失败概率为20%。
[0044] 极高风险：换相失败概率为80%。
[0045] 换相失败：是直流输电系统常见故障。换相电压下降及其导致的逆变侧直流电压 下降和直流电流升高、不对称故障时换流电压过零点漂移都会影响到换相失败的发生，其 中换相电压下降是导致换相失败的主要原因。若一旦某个换流站发生换相失败，将会导致 直流输电短时中断，连续换相失败时还会发生直流系统闭锁等后果，在严重的情况下可能 会出现多个换流站同时发生连续换相失败，甚至导致电网崩溃。因此判断和避免换相失败 的发生是非常重要的。
[0046] 多馈入交互因子MIIF是由CIGRE WG B4工作组提出的工程规划阶段用于衡量多 馈入直流系统中换流站之间电压交互作用的指标，其定义如下：
[0047] 即假设系统中存在编号分别为1和2的两个直流换流站，当换流母线1投入对称 三相电抗器伸得该母线卜的电压隆恰好为〗％时，换流母线2的电压变化。即：
[0048]
[0049] 多馈入直流系统落点集中于同一个交流网络，对某一个换流站施加扰动后，另一 换流站的动态响应必然包含了此间交流系统与其他换流站对它的共同作用。以图1的三馈 入直流输电系统为例来说明多馈入交互因子MIIF在多馈入交直流系统中的应用。
[0050] 如图1所示：
[0051]
[0052] 其中，1^~U 3分别为换流母线1~3的电压；E E3分别为与换流母线1~3对 应的交流系统等效电动势；XN1~Xn3分别为与换流母线1~3对应的交流系统等效阻抗；X 12 为换流站1、2之间的耦合阻抗，X13S换流站1、3之间的耦合阻抗，X 23为换流站2、3之间的 耦合阻抗；Idl~I d3分别为3条直流输电线路对应的直流电流。
[0053] 在电网结构及运行方式确定的情况下，换流站之间耦合阻抗和交流系统戴维南等 效阻抗是一定的，BP
[0054]
[0055] 因此可改写如下：
[0056]
[0057] 工程上判断换相失败一般是采用经验电压判据，即当换相电压降落到某阈值就认 为发生换相失败。假设换相电压刚好跌落到换相失败阈值，对应的电压跌落幅值为Λ U2,利 用叠加定理可有：
[0058]
[0059] -般直流电流在换相失败发生后才会显著上升，因此这里忽略了直流电流的变 化。由该式可见，逆变站的换相失败除了受直接与之相连的交流系统等效电势源影响外，还 受与之耦合的逆变站电压的影响，而它们之间的耦合系数从公式上看取决于各换流站之 间的耦合阻抗及X e。
[0060] MIIF作为衡量两个逆变站之间的电压交互作用的指标，它基于实际电网模型，综 合考虑了逆变站间电气距离、各换流母线的有效短路比、实际直流传输功率等因素，采用时 域仿真计算，所得到的结果较单独由交流戴维南等效阻扰和逆变站间耦合阻抗决定的电压 耦合系数更为合理。
[0061] 本发明创造性的运用了 MIIF指标来衡量多馈入交直流系统中逆变站出现故障的 风险度，该故障包括换相失败等，该风险度包括逆变站发生换相失败的风险。
[0062] 下面详细介绍使用多馈入交互因子MIIF来衡量多馈入交直流系统中逆变站出现 故障的风险度的方法。
[0063] 采用多馈入交互因子MIIF来判断交直流系统各逆变站之间交互作用强弱的方法 包括以下步骤：
[0064] (1)构建对应于所述多馈入交直流系统的模型，其中所述多馈入交直流系统包括 相互电连接的η个逆变站，并且η为多3的正整数；
[0065] (2)在所述多馈入交直流系统的模型中，对某一逆变站i施加扰动，i = 1, 2, 3, 4,......n，使得该逆变站i的换流母线i的电压Ui下降1% ;
[0066] (3)基于所述多馈入交直流系统中其他逆变站j的电压变化量Λ U,，计算所述逆 变站i和逆变站j之间的三相多馈入交互因子MIIFlj，其中j = 1，2,3, "·，η，并且j乒i ;
[0067] (4)基于所述多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的第一风险 度Ra和/或第二风险度Rb，其中第一风险度Ra为所述逆变站受其他逆变站扰动干扰而发 生故障的风险度；而第二风险度Rb为所述逆变站发生扰动时导致其他逆变站发生故障的 风险度，其中k = 1，2,3，···，!!；和
[0068] (5)将所述的第一风险度Ra和/或Rb与参考值（或标准值）进行比较，从而确定 所述多馈入交直流系统中一个或多个逆变站的风险度，
[0069] 其中当所述Ra大于或等于所述参考值Rastand"d，则表示该逆变站的风险度高于一 般逆变站；或。
[0070] 其中当所述Rb大于或等于所述参考值Rbstand"d，则表示该逆变站的风险度高于一 般逆变站。
[0071] 其中，对于某一逆变站k而言，第一风险度Ra按下式进行计算和判断：
[0072] Ra =Σ MIIFlk，其中1为小于等于η的正整数，且1乒k。
[0073] 较佳地，I = n，或 1 = 5 或 1 = 10。
[0074] 当 I = η 时，Ra =Σ MIIFlk= MIIFlk+MIIF2k+MIIF3k+…+MIIFnko
[0075] 当1 = 1或1 = 5或1 = 10时，与上述计算方法相同。
[0076] 较佳地，Σ MIIFlk为对于逆变站k而言所有MIIF的分值中最高前ml位的多馈入 交互因子分值，其中ml为3-10的任一正整数。
[0077] 其中，当 ml 为 2, Rastandal^jO. 4 ;或当 ml 为 5, Rastandal^jO. 5 ;当 ml 为 10, Rastandani 为 1. 0〇
[0078] 对于一逆变站k而言，第二风险度Rb按下式进行计算和判断：
[0079] Rb =Σ MIIFkl，其中1为小于等于η的正整数，且1辛k。
[0080] 在另一优选例中，I = n，或1为5或10。
[0081] 当 I = η 时，Ra =Σ MIIFkl= MIIFkl+MIIFk2+MIIFk3+…+MIIFkn。
[0082] 当1 = 1或1 = 5或1 = 10时，与上述计算方法相同。
[0083] 较佳地，Σ MIIFkl为对于所述逆变站k而言所有MIIF的分值中最高前m2位的多 馈入交互因子分值，其中m2为3-15的任一正整数。
[0084] 较佳地，m2 为 5、10、或 15。
[0085] 当 m2 为 2, Rbstandard为 0· 3 ;或当 m2 为 5, Rb standard为 0· 5 ;当 m2 为 10, Rb standard为 1. 0〇
[0086] 在本实施例中，在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于所述逆变站k，将单个MIIFkl 和/或单个MIIFlk与多馈入交互因子参考值MIIF stanfcd进行比较，
[0087] 其中当所述单个MIIFkJP /或单个MIIF 114大于或等于所述参考值MIIF stand"d，则表 示该逆变站的风险度高于一般逆变站。
[0088] 较佳地，对于逆变站k，有2-5个MIIFk^ /或2-5个MIIF lk大于或等于所述参考 值MIIFstandalJt，则表示该逆变站的风险度为极高风险。
[0089] 较佳地，所述的参考值MIIFstandardS 0· 4〇
[0090] 通过MIIF可以了解一个换流站（或其他交流枢纽站）母线电压下降时其他换流 站电压对它的参与度；当某换流站（或其他交流枢纽站）电压遭受大扰动时，通过MIIF可 以估计其他换流站电压受扰程度，可以得出多个逆变站同时或相继经历换相失败的可能的 组合及风险大小，MIIF越大，发生同时换相失败的风险性越高。
[0091] 下面以江苏电网多馈入交直流系统的逆变站为例，来说明使用多馈入交互因子 MIIF衡量多馈入交直流系统中逆变站出现故障的风险度的方法。
[0092] (1)构建对应于江苏电网多馈入交直流系统的多馈入交直流系统模型，包括10个 逆变站；
[0093] (2)对某一逆变站i施加扰动，i = 1，2, 3, 4,……10,使得该逆变站i的换流母线 i的电压U1下降1% ;
[0094] (3)基于其他逆变站j的电压变化量Λ Uj，计算逆变站i和逆变站j之间的三相 多馈入交互因子MIIFlj，其中j = 1，2, 3，·.·，!!，并且j乒i ;
[0095] (4)基于多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的第一风险度Ra 和/或第二风险度Rb，其中第一风险度Ra为逆变站受其他逆变站扰动干扰而发生故障的风 险度；而第二风险度Rb为逆变站发生扰动时导致其他逆变站发生故障的风险度，其中k = 1，2,3，…10 ;和
[0096] (5)将第一风险度Ra和/或Rb与参考值（或标准值）进行比较，从而确定逆变 站i的风险度，其中当Ra大于或等于参考值Ra stand"d，则表示该逆变站的风险度高于一般逆 变站；或其中当Rb大于或等于参考值Rb stand"d，则表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。 在该实施例中，参考值 Rastandard= 2. 5, Rb standard= 2. 5。
[0097] 表1为江苏电网多馈入交直流系统的多馈入交直流系统模型中的各逆变站之间 的MIIF值，其中，第一列表示施加扰动的逆变站，第一行表示受到扰动的各逆变站。
[0098] 表 1
[0099]
[0100] 由表1可以看出，南桥、华新、沪西逆变站的第一风险度Ra高于一般逆变站，泰州 1000、华新、沪西、奉贤的第二风险度Rb高于一般逆变站。
[0101] 在步骤（5)中，还包括以下步骤：对于逆变站k，将单个MIIFkjP/或单个MIIF lk 与多馈入交互因子参考值MIIFstandaJi行比较，其中当所述单个MIIF /或单个MIIF lk 大于或等于所述参考值MIIFstand"d，则表示该逆变站的风险度高于一般逆变站。此外，对于 逆变站k，有2-5个MIIFk^ /或2-5个MIIF 114大于或等于所述参考值MIIF standal#t，则表 示该逆变站的风险度为极高风险。在本实施例中，交互因子参考值MIIFstandaJ^ 0. 4。
[0102] 由表1可以看出：
[0103] 泰州500、南京的风险度高于一般逆变站，存在一般风险；
[0104] 泰州1000、南桥、华新、沪西、奉贤存在极高风险。
[0105] 以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲 授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本 申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种确定多馈入交直流系统中逆变站间相互影响的风险度的方法，其特征在于，包 括W下步骤： (1) 构建对应于所述多馈入交直流系统的模型，其中所述多馈入交直流系统包括相互 电连接的n个逆变站，并且n为> 3的正整数； (2) 在所述多馈入交直流系统的模型中，对某一逆变站i施加扰动，i = 1，2, 3, 4,…… n，使得该逆变站i的换流母线i的电压Ui下降1% ; (3) 基于所述多馈入交直流系统中其他逆变站j的电压变化量A U，，计算所述逆变站i 和逆变站j之间的S相多馈入交互因子MIIFw其中J = 1，2, 3，…，n，并且j声i; (4) 基于所述多馈入交互因子MIIF分值（score)，计算某一逆变站k的第一风险度Ra 和/或第二风险度化，其中第一风险度Ra为所述逆变站受其他逆变站扰动干扰而发生故障 的风险度；而第二风险度化为所述逆变站发生扰动时导致其他逆变站发生故障的风险度， 其中k = 1，2,3，…，n ;和 (5) 将所述的第一风险度Ra和/或化与参考值（或标准值）进行比较，从而确定所述 多馈入交直流系统中一个或多个逆变站的风险度， 其中当所述Ra大于或等于所述参考值Rastecdefd,则表示该逆变站的风险度高于一般逆 变站；或 其中当所述化大于或等于所述参考值化51。。4。^4，则表示该逆变站的风险度高于一般逆 变站。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述逆变站i和逆变站j之间的=相多 馈入交互因子MIIFi,按W下公式进行计算，其中W i = 1和j = 2为例：式中，A Ez表示换流母线2的交流系统等效电动势，A Ui和A Us分别表示换流母线1、 3的电压，\康示换流母线2对应的交流系统的等效阻抗，X 12为换流站1、2之间的禪合阻 抗，X23为换流站2、3之间的禪合阻抗。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于某一逆变站k而言，所述的第一风险度 Ra按下式进行计算和判断： Ra = E MIIFik,其中1为小于等于n的正整数，且1声k。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的Ra为对于所述逆变站k而言所有 MIIF的分值中最高前ml位的多馈入交互因子分值，其中ml为3-10的任一正整数。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于一逆变站k而言，所述的第二风险度化 按下式进行计算和判断： 化=E MHFki,其中1为小于等于n的正整数，且1声k。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的化为对于所述逆变站k而言所有 MIIF的分值中最高前m2位的多馈入交互因子分值，其中m2为3-10的任一正整数。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤巧）中，还包括W下步骤：对于所述 逆变站k，将单个MHFk郝/或单个MIIF Ik与多馈入交互因子参考值MIIF Standar进行比较， 其中当所述单个MIIFki和/或单个MIIF Ik大于或等于所述参考值MIIF 则表示该 逆变站的风险度高于一般逆变站。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的参考值MIIF ,为0. 4。9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于所述逆变站k，有2-5个MIIF ki和/或 2-5个MHFik大于或等于所述参考值MIIF ,tandard时，则表示该逆变站的风险度为极高风险。10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的故障包括换相失败，所述的风险度 包括所述逆变站发生换相失败的风险。
【文档编号】H02J3/00GK106033889SQ201510126330
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月20日
【发明人】杨林, 曹敏敏, 汪惟源, 史慧杰, 高斌, 史大军, 祁万春
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力经济技术研究院, 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司