太阳城集团

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一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201510164904.2

申请日:

2015.04.08

公开号:

CN105048521A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 5/00申请日:20150408|||公开
IPC分类号: H02J5/00; G06F19/00(2011.01)I 主分类号: H02J5/00
申请人: 国电南瑞科技股份有限公司; 国家电网公司华东分部
发明人: 李兆伟; 翟海宝; 刘福锁; 李建华; 李威; 黄志龙; 李碧君; 周霞; 崔晓丹; 侯玉强
地址: 210061江苏省南京市高新技术产业开发区D10幢
优先权:
专利代理机构: 南京知识律师事务所32207 代理人: 汪旭东
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510164904.2

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2018.05.25|||2016.11.23|||2015.11.11

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法,属于电力系统及其自动化技术领域。本发明根据变电站站址条件、电力平衡等确定备选的直流落点集合,根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,确定新增直流接入落点,综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性等多约束条件,迭代给出受端电网的直流接入能力。本发明内容有利于指导电网规划部门合理规划受端电网直流落点,给出受端电网接入直流能力的合理水平,减少直流建设的盲目性,提高电网运行控制水平。

权利要求书

1.一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:基于某一确定网架,记其中已接入M条直流,每条直流的容量分别为Pd,i,其中,
i=1,2,…,M,形成典型运行方式,其中接入的M条直流均满容量送电,根据变电站站址条件、
电力平衡等确定备选的直流落点集合,假设共有N个可供选择的直流落点;
步骤二:根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,确定新
增直流接入落点,新接入直流的初始容量记为Pnew。
步骤三:利用步骤二中得到有直流落点,建立新的电网运行方式数据,原有直流输送功率
保持不变,新增直流容量Pnew;
步骤四:计算所有M+1条直流的多馈入有效短路比MESCRi,其中,i=1,2,…,M+1,若所
有直流的多馈入有效短路比均大于某一阈值Rref,进行步骤五,否则进行步骤六;
步骤五:校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若全部满足条件则
令M=M+1,返回步骤一,否则进行步骤八;
步骤六:降低新接入的直流输送功率Pad,Pad为根据可接受的误差设定的直流功率调整步
长,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的运行方式,计算所有直流的多馈入有效短路比,若仍存
在直流的多馈入有效短路比小于Rref,返回步骤六,否则进行步骤七;
步骤七:校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若满足所有约束,
则进行步骤九,否则进行步骤八;
步骤八:降低新接入的直流输送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的运行方式,校核电
网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若满足所有约束,进行步骤九,否
则返回步骤八;
步骤九:计算受端电网的直流接入能力为
2.根据权利要求1所述的一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法,其特征在
于,所述步骤二中根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,
确定新增直流接入落点,其具体方法及步骤如下:
步骤2-1:计算典型方式下已接入的M条直流的多馈入有效短路比MESCRi,其中,
i=1,2,…,M,记多馈入有效短路比最小的直流编号为NUM;
步骤2-2:计算典型方式下N个备选直流落点的短路容量Sac,j,其中,j=1,2,…,N,记其中
短路容量最大值为Sacmax,短路容量最小值为Sacmin,得到第j个备选直流落点的短路容量
指标Sj,
S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , ( j = 1,2 , . . . , N ) - - - ( 1 ) ; ]]>
步骤2-3:对第j个备选直流落点,计算其与原有接入直流的落点间的等值阻抗Zeq,mn,其
中,m,n=1,2,…,M,M+1,M+1表示在第j个直流落点新接入的直流编号,根据等值阻抗及直
流接入容量计算新接入直流对所有已接入直流的影响程度指标Aj,新接入直流对最薄弱直
流的影响程度指标Bj,所有已接入直流对新接入直流的影响程度指标Cj,其计算如下所示,
A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>
对所有N个备选直流落点,记
Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}
Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}
Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}
对指标进行标幺化可得,
A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>
步骤2-4:计算获得选择第j个备选直流落点时,新接入直流与原有接入各直流间相互影响
程度指标
I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>
步骤2-5:采用线性加权求和方法获得第j个备选直流落点下的直流落点选择指标,
LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)
其中加权系数满足λ1+λ2=1的约束,可以采用相对比较法、排序法等方法获取,选择
指标值最大的落点作为新增直流落点。
3.根据权利要求1所述的一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法,其特征在
于,所述步骤五中校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标,其具体方法如下:
步骤5-1:校核电网低谷调峰能力采用如下指标,
ηtr=PLtr-PGmin-PGfc+PGps-PDtr-PGrn(6)
其中ηtr为电网低谷调峰裕度,若ηtr≥0说明电网低谷调峰能力满足约束,ηtr<0说明
电网低谷调峰能力不满足约束,PLtr为电网的低谷负荷,PGmin为全网常规火电、水电考虑
调峰能力的最小开机出力,PGfc为全网的强迫出力情况,PGps为抽水蓄能电站能提供的调峰
支撑,PDtr为低谷方式下直流的送电功率;
步骤5-2:校核相对转动惯量指标如下,
H dc = H actotal P dctotal - - - ( 7 ) ]]>
其中Hactotal表示交流系统的总转动惯量,Pdctotal表示所有直流的总的传输容量,即
当Hdc≥CH认为相对转动惯量满足约束,Hdc<CH认为相对转动
惯量不满足约束,CH是根据系统频率安全给出的阈值。

说明书

一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域,更准确地说,本发明涉及一种考
虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。

背景技术

高压直流(HVDC)输电以其独特的优点已成为国内大区互联和远距离大容量
输电的重要形式,为我国大范围的资源优化配置发挥了重要作用。随着电网的不
断发展建设,多回直流输电线路落点同一交流受端电网不可避免,南方电网和华
东电网均已发展成为典型的直流多馈入受端电网,直流馈入容量不断增长。

为了更好地指导电网建设和维护受端电网安全稳定,必须研究解决一个关键
问题,即如何评估受端电网接受直流馈入功率的能力,包括电网允许馈入的功率
总量和允许的最大单回馈入容量如何确定,应遵循什么原则选择直流落点才能有
效提高受端电网的直流受电能力等。这些问题已经成为大电网规划和设计中亟待
解决的关键技术问题。影响电网直流受电能力的因素很多,在实际电力的生产运
行中,电网的低谷调峰能力、直流近区的潮流疏散能力、局部电网的电压稳定、
系统频率安全、电网的暂态动态稳定特性、多直流交直流交互影响特性等等,均
会对电网的直流接入能力造成限制。

目前有关受端电网直流最大受电规模的研究较少,相关专利多是太阳城集团直流落
点的优化选择,且考虑约束因素相对较少。专利《一种受端电网直流落点的选择
方法》(申请号CN201410239756.1)公开了一种直流落点选择方法,主要考虑短
路比和暂稳特性两个稳定性指标及电网建设成本和网络损耗成本两个经济性指
标。专利《一种优化直流集中馈入受端系统直流落点的方法》(申请号
CN201310545965.4)提出的优化直流落点方法中考虑了不同直流接入方案对直流
换相失败区域的影响。专利《一种基于多馈入短路比的多直流落点选择方法》(已
授权,CN201210081310.1)通过对不同直流落点方案多馈入短路比的计算、处理、
分析选择较优的直流落点方案。专利《一种交流受端电网直流受电规模的计算方
法》(申请号CN201410104305.7)提出了一种交流受端电网直流受电规模的计
算方法,该方法仅考虑直流多馈入短路比约束,不能完全满足电网运行控制要求。

发明内容

本发明的目的是:为了评估受端电网接受直流馈入的能力,提高交直流混联
大电网运行管理水平,给出一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。
该方法根据变电站站址条件、电力平衡等确定备选的直流落点集合,根据典型方
式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,确定新增直流接入
落点,综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1
暂态稳定性等多约束条件,迭代给出受端电网的直流接入能力。

具体地说,本发明是采用以下的技术方案来实现的,包括下列步骤:

1、一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法,包括如下步骤:

1-1)基于某一确定网架,记其中已接入M条直流,每条直流的容量分别为Pd,i
(i=1,2,…,M),形成典型运行方式,其中接入的M条直流均满容量送电,根据
变电站站址条件、电力平衡等确定备选的直流落点集合,假设共有N个可供选择
的直流落点;

1-2)根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程
度,确定新增直流接入落点,新接入直流的初始容量记为Pnew(Pnew与直流电压
等级有关,±500kV一般为3000MW,±800kV一般为8000MW,±1000kV一般为
10000MW,本步骤中默认初始接入容量为8000MW)。

1-3)利用1-2)中得到有直流落点,建立新的电网运行方式数据,原有接
入直流输送功率保持不变,新增直流容量Pnew;

1-4)计算所有M+1条直流的多馈入有效短路比MESCRi(i=1,2,…,M+1),
若所有直流的多馈入有效短路比均大于某一阈值Rref(根据相关文献,Rref一般
取2-2.5),进行1-5),否则进行1-6);

1-5)校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若全
部满足条件则令M=M+1,返回1-1),否则进行1-8);

1-6)降低新接入的直流输送功率Pad(Pad为根据可接受的误差设定的直流
功率调整步长,如可取100MW),令Pnew=Pnew-Pad,形成新的运行方式,计算
所有直流的多馈入有效短路比,若仍存在直流的多馈入有效短路比小于Rref,返
回1-6),否则进行1-7);

1-7)校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若满
足所有约束,则进行1-9),否则进行1-8)

1-8)降低新接入的直流输送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,形成新的运行
方式,校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,若满足所
有约束,进行1-9),否则返回1-8);

1-9)计算受端电网的直流接入能力为

上述技术方案的进一步特征在于,所述步骤1-2)中根据典型方式下各备选
直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,确定新增直流接入落点,其具
体方法及步骤如下:

2-1)计算典型方式下已接入的M条直流的多馈入有效短路比MSCRi
(i=1,2,…,M),记多馈入有效短路比最小的直流编号为NUM;

2-2)计算典型方式下N个备选直流落点的短路容量Sac,j(j=1,2,…,N),
记其中短路容量最大值为Sacmax,短路容量最小值为Sacmin,得到第j个备选直
流落点的短路容量指标Sj,

S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , j = 1,2 , . . . , N - - - ( 1 ) ; ]]>

2-3)对第j个备选直流落点,计算其与原有接入直流的落点间的等值阻抗
Zeq,mn(m,n=1,2,…,M,M+1;M+1表示在第j个直流落点新接入的直流编号),
根据等值阻抗及直流接入容量计算新接入直流对原有接入直流的影响程度指标
Aj,新接入直流对最薄弱直流的影响程度指标Bj,所有已接入直流对新接入直
流的影响程度指标Cj,其计算如下所示,

A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>

对所有N个备选直流落点,记

Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}

Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}

Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}

对指标进行标幺化可得,

A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>

2-4)计算获得选择第j个备选直流落点时,新接入直流与原有接入各直流
间相互影响程度指标

I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>

2-5)采用线性加权求和方法获得第j个备选直流落点下的直流落点选择指
标,

LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)

其中加权系数满足λ1+λ2=1的约束,可以采用相对比较法、排序法等方法
获取,简单起见,可以令λ1=λ2=0.5,选择指标值最大的落点作为新增直流落
点。

上述技术方案的进一步特征在于,所述步骤1-5)中校核电网低谷调峰能力、
相对转动惯量指标、N-1暂态稳定性,其具体方法及步骤如下:

5-1)校核电网低谷调峰能力采用如下指标,

ηtr=PLtr-PGmin-PGfc+PGps-PDtr-PGrn(6)

其中ηtr为电网低谷调峰裕度,若ηtr≥0说明电网低谷调峰能力满足约束,
ηtr<0说明电网低谷调峰能力不满足约束,PLtr为电网的低谷负荷,PGmin为全
网常规火电、水电考虑调峰能力的最小开机出力,PGfc为全网的强迫出力情况(主
要包括不参与调峰的核电、水电等出力),PGps为抽水蓄能电站能提供的调峰支
撑,PDtr为低谷方式下直流的送电功率(考虑目前电网直流的实际运行情况,可
P Dtr = P new + Σ i = 1 M P Di ]]>)。

5-2)校核相对转动惯量指标如下,

H dc = H actotal P dctotal - - - ( 7 ) ]]>

其中Hactotal表示交流系统的总转动惯量,Pdctotal表示所有直流的总的传输容
量,即当Hdc≥CH认为相对转动惯量满足约束,
Hdc<CH认为相对转动惯量不满足约束,CH是根据系统频率安全给出的阈值,
一般取2-3s。

本发明的有益效果如下:随着电网规模的不断发展,受端电网馈入直流的容
量越来越大,直流在为电网输送电力、解决用电紧张局面的同时,也给电网运行
控制带来的新的挑战。电力生产运行单位越来越关注电网最大能接纳直流的能力
有多大,电网接纳多少直流运行较为经济,本发明综合考虑电网运行中的多个约
束,为该问题的解决提供了一种方法,有助于充分认识直流接入对电网造成的影
响,合理规划,减少直流盲目建设,提高电网运行经济效益,降低运行风险。

附图说明

图1是本发明方法的流程图;

图2是图1中步骤2选择直流落点的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是基于某一确定网架,记其中已接入M条直流,每条直
流的容量分别为Pd,i(i=1,2,…,M),形成典型运行方式,其中接入的M条直流
均满容量送电,根据变电站站址条件、电力平衡等确定备选的直流落点集合,假
设共有N个可供选择的直流落点;

图1中步骤2描述的是根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流
间的交互作用程度,确定新增直流接入落点,新接入直流的初始容量记为Pnew
(Pnew与直流电压等级有关,±500kV一般为3000MW,±800kV一般为8000MW,
±1000kV一般为10000MW,本步骤中默认初始接入容量为8000MW)。

图1中步骤3描述的是利用步骤2中得到有直流落点,建立新的电网运行方
式数据,已接入直流输送功率保持不变,新增直流容量Pnew;

图1中步骤4描述的是计算所有M+1条直流的多馈入有效短路比MESCRi
(i=1,2,…,M+1),若所有直流的多馈入有效短路比均大于某一阈值Rref(根据
相关文献,Rref一般取2-2.5),进行步骤5,否则进行步骤6;

图1中步骤5描述的是校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂
态稳定性,若全部满足条件则令M=M+1,返回步骤1,否则进行步骤8;

图1中步骤6描述的是降低新接入的直流输送功率Pad(Pad为根据可接受
的误差设定的直流功率调整步长,如可取100MW),令Pnew=Pnew-Pad,形成新
的运行方式,计算所有直流的多馈入有效短路比,若仍存在直流的多馈入有效短
路比小于Rref,返回步骤6,否则进行步骤7;

图1中步骤7描述的是校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂
态稳定性,若满足所有约束,则进行步骤9,否则进行步骤8;

图1中步骤8描述的是降低新接入的直流输送功率Pad,令Pnew=Pnew-Pad,
形成新的运行方式,校核电网低谷调峰能力、相对转动惯量指标、N-1暂态稳定
性,若满足所有约束,进行步骤9,否则返回步骤8;

图1中步骤9描述的是计算受端电网的直流接入能力为
P inGrid = P new + Σ i = 1 M P Di . ]]>

图1中步骤2根据典型方式下各备选直流落点的短路容量及各直流间的交互
作用程度,确定新增直流接入落点,其具体方法及步骤结合图2进行说明:

图2中步骤2-1描述的是计算典型方式下已接入的M条直流的多馈入有效短
路比MSCRi(i=1,2,…,M),记多馈入有效短路比最小的直流编号为NUM;

图2中步骤2-2描述的是计算典型方式下N个备选直流落点的短路容量Sac,j
(j=1,2,…,N),记其中短路容量最大值为Sacmax,短路容量最小值为Sacmin,得
到第j个备选直流落点的短路容量指标Sj,

S j = S ac , j - S ac min S ac max - S ac min , j = 1,2 , . . . , N - - - ( 1 ) ; ]]>

图2中步骤2-3描述的是对第j个备选直流落点,计算其与已接入直流的落
点间的等值阻抗Zeq,mn(m,n=1,2,…,M,M+1;M+1表示在第j个直流落点新接入
的直流编号),根据等值阻抗及直流接入容量计算新接入直流对所有已接入直流
的影响程度指标Aj,新接入直流对最薄弱直流的影响程度指标Bj,所有已接入
直流对新接入直流的影响程度指标Cj,其计算如下所示,

A j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , i ( M + 1 ) | P new | Z eq , ii | P d , i B j , eq = | Z eq , ( NUM ) ( M + 1 ) | P new | Z eq , ( NUM ) ( NUM ) | P d , i C j , eq = Σ i = 1 M | Z eq , ( M + 1 ) i | P d , i | Z eq , ( M + 1 ) ( M + 1 ) | P new - - - ( 2 ) ]]>

对所有N个备选直流落点,记

Amax=max{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,},Amin=min{A1,eq,A2,eq,...,AN,eq,}

Bmax=max{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,},Bmin=min{B1,eq,B2,eq,...,BN,eq,}

Cmax=max{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,},Cmin=min{C1,eq,C2,eq,...,CN,eq,}

对指标进行标幺化可得,

A j = A max - A j , eq A max - A j , min B j = B max - B j , eq B max - B j , min C j = C max - C j , eq C max - C j , min - - - ( 3 ) ]]>

图2中步骤2-4描述的是计算获得选择第j个备选直流落点时,新接入直流
与已接入各直流间相互影响程度指标

I j = 1 3 ( A j + B j + C j ) - - - ( 4 ) ]]>

图2中步骤2-5描述的是采用线性加权求和方法获得第j个备选直流落点下
的直流落点选择指标,

LDj=λ1Sj+λ2Ij(5)

其中加权系数满足λ1+λ2=1的约束,可以采用相对比较法、排序法等方法
获取,简单起见,可以令λ1=λ2=0.5,选择指标值最大的落点作为新增直流落
点。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但实施例并不是用来限定本发明的。
在不脱离本发明之精神和范围内,所做的任何等效变化或润饰,同样属于本发明
之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标
准。

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一种 考虑 约束 电网 直流 接入 能力 计算方法
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