一種交直流混聯(lián)多饋入直流受端電網(wǎng)強(qiáng)度獲得方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種受端電網(wǎng)強(qiáng)度獲得方法，尤其是涉及一種交直流混聯(lián)多饋入直流 受端電網(wǎng)強(qiáng)度獲得方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國(guó)能源和負(fù)荷分布的特點(diǎn)，遠(yuǎn)距離跨省跨地區(qū)的電力輸送已經(jīng)成為我國(guó)輸 電網(wǎng)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。而直流輸電憑借其在遠(yuǎn)距離、大容量、跨區(qū)域輸電的上的優(yōu)點(diǎn)， 已經(jīng)成為我國(guó)"西電東送，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)"的重要方式之一。截止到2020年，我國(guó)直流輸電線路 將到達(dá)38條，主要承擔(dān)將西南水電和西北火電送入東部負(fù)荷中心以及區(qū)域互聯(lián)的任務(wù)，多 回直流落點(diǎn)于同一地區(qū)受端交流電網(wǎng)是不可避免的。這些電氣距離較近的直流線路和交流 受端電網(wǎng)一起構(gòu)成多饋入直流系統(tǒng)。隨著直流輸電容量增加，受端交流系統(tǒng)強(qiáng)度將相對(duì)變 弱，該問(wèn)題在多條直流饋入同一區(qū)域時(shí)尤為突出。如何衡量交流系統(tǒng)的強(qiáng)度，使得多饋入系 統(tǒng)能很好的運(yùn)行至關(guān)重要。
[0003] 在交直流系統(tǒng)的理論研究和工程應(yīng)用中，通常使用短路比的概念來(lái)刻畫(huà)交流系統(tǒng) 和直流系統(tǒng)之間的相對(duì)強(qiáng)度，以此來(lái)說(shuō)明直流最大輸送功率、過(guò)電壓水平以及可能的諧振 等特性。在單饋入系統(tǒng)中，短路比能較好的刻畫(huà)交流系統(tǒng)的強(qiáng)度，在交直流系統(tǒng)的耦合分析 方面具有清晰的物理概念，如圖2所示。然而，由于多饋入系統(tǒng)中不僅存在交流和直流的相 互耦合，還存在不同直流線路換流站之間的相互作用，這些耦合及相互作用均使得多饋入 系統(tǒng)比起單饋入直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更加復(fù)雜和難于分析。
[0004]目前考慮直流間相互作用的多饋入評(píng)價(jià)指標(biāo)有多種，其中廣泛采用2008年CIGRE直流工作組提出的多饋入直流短路比定義，以及多饋入相互作用因子指標(biāo)。然而，多饋入直 流短路比的物理意義卻不如單饋入下明確，實(shí)際應(yīng)用時(shí)也會(huì)碰到很多問(wèn)題，如MIIF難以求 取，多饋入系統(tǒng)強(qiáng)弱區(qū)分不如單饋入明確等。
[0005] 為解決多饋入直流短路比所帶來(lái)的問(wèn)題，考慮交直流系統(tǒng)不同運(yùn)行方式和無(wú)功補(bǔ) 償特點(diǎn)的多饋入運(yùn)行短路比和有效短路比；解決多饋入短路比的物理意義不明確缺點(diǎn)的暫 態(tài)電壓支撐方法；解決相互影響因子難以求取的考慮直流外特性方法相繼被提出。采用這 些方法雖然能解決多饋入直流短路比所帶來(lái)的某些問(wèn)題，但是，沒(méi)有根本解決多饋入短路 比物理意義不明確的問(wèn)題，如，單饋入SCR概念與靜態(tài)電壓穩(wěn)定性有直接聯(lián)系，但多饋入短 路比定義沒(méi)有這方面的性質(zhì)，導(dǎo)致利用多饋入短路比指標(biāo)難以正確區(qū)分交流系統(tǒng)的強(qiáng)弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種交直流混聯(lián)多饋入直流受端電網(wǎng)強(qiáng)度獲得方 法，可使多饋入短路比的物理意義明確，即與多饋入交直流系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定直接聯(lián)系 起來(lái)，并能準(zhǔn)確判斷交直流混聯(lián)多饋入直流受端電網(wǎng)強(qiáng)度。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：
[0008] 通過(guò)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的極限點(diǎn)分岔方法，建立得到多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方 程，由電網(wǎng)檢測(cè)得到直流輸送功率對(duì)角矩陣并轉(zhuǎn)換為逆矩陣diag1 (Pi，. . .，Pn)，n表示交直 流系統(tǒng)中直流的總數(shù)，P表示功率，由受端交流電網(wǎng)通過(guò)戴維南等效得到等值導(dǎo)納矩陣B， 將逆矩陣diag1 (Pd. . .，Pn)與等值導(dǎo)納矩陣B代入系統(tǒng)特征方程中進(jìn)行求解得到多饋入直 流系統(tǒng)的虛擬短路比VSCR，根據(jù)多饋入直流系統(tǒng)虛擬短路比VSCR判斷得到多饋入直流受 端電網(wǎng)強(qiáng)度。
[0009] 所述的步驟1)中的多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程為以下公式1 :
[0010] det{T(U:,C) -(diag(P1; . . . ,Pn)B)^diag(P1; . . . ,Pn)B} = 0 (1)
[0011] 其中，TdU表示直流特性，B表示節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，diagh.^Pj表示 直流輸送功率對(duì)角矩陣，det表示矩陣的行列式。本發(fā)明的直流輸送功率對(duì)角矩陣 diag(Pi，...，Pn)和節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣B分別通過(guò)直流輸送功率檢測(cè)和受端交流電網(wǎng)潮流線性 化得到。
[0012] 所述的直流特性T他，U與虛擬短路比VSCR的關(guān)系采用以下公式表示：
[0013] T(U:,U=VSCR-VSCR1〇
[0014] 本發(fā)明的多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程通過(guò)考慮交直流系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定 問(wèn)題得到，在所關(guān)注的鞍點(diǎn)分岔或極限點(diǎn)分岔處，系統(tǒng)狀態(tài)方程的雅克比矩陣奇異即具有 一個(gè)零特征根。
[0015] 所述系統(tǒng)特征方程的求解具體采用以下方式：
[0016] 1)將所述逆矩陣diag1的，...上）與等值導(dǎo)納矩陣B通過(guò)矩陣相乘，得到交直流 系統(tǒng)的擴(kuò)展雅克比矩陣及其逆矩陣；
[0017] 2)通過(guò)對(duì)擴(kuò)展雅克比矩陣或擴(kuò)展雅克比矩陣的逆矩陣特征值分解，得到擴(kuò)展 雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{AA2，…，AJ或者擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq逆矩陣的特征矩陣 diag{A1;A2,???,An}；
[0018] 3)最后取擴(kuò)展雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{AA2，…，AJ的最小特征值入減 擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq逆矩陣的特征矩陣diag{AA2，…，An}的最大特征值的倒數(shù)1/Ap 作為多饋入直流系統(tǒng)虛擬短路比VSCR。
[0019] 由于直流同構(gòu)，即多饋入直流的控制方式、控制參數(shù)和運(yùn)行點(diǎn)相同，其中控制方式 都為定功率定熄弧角控制，因此本發(fā)明可通過(guò)該特征值分解進(jìn)行解耦。
[0020] 所述的根據(jù)多饋入直流系統(tǒng)虛擬短路比VSCR判斷得到多饋入直流受端電網(wǎng)強(qiáng)度 具體為：虛擬短路比VSCR= 2為臨界短路比，虛擬短路比VSCR= 3為邊界短路比；當(dāng)虛擬 短路比小于2時(shí)，多饋入直流系統(tǒng)是極弱系統(tǒng)；當(dāng)虛擬短路比大于3時(shí)，多饋入直流系統(tǒng)是 強(qiáng)系統(tǒng)；虛擬短路比在2和3之間，多饋入直流系統(tǒng)是弱系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)利用虛擬短路比對(duì) 交直流混聯(lián)多饋入直流受端電網(wǎng)強(qiáng)度進(jìn)行判斷。
[0021] 本發(fā)明所述的多饋入直流系統(tǒng)虛擬短路比VSCR與直流逆變側(cè)交流電壓U:和系統(tǒng) 參數(shù)I相關(guān)，系統(tǒng)參數(shù)I包括直流饋入直流電流、功率、熄弧角、換流器電壓變比和換相重 疊角，I表示直流的序數(shù)。
[0022] 本發(fā)明上述步驟的具體計(jì)算及其表示如下：
[0023]A、等值導(dǎo)納矩陣B及其逆矩陣：
[0024] 等值導(dǎo)納矩陣B采用以下公式表示：
[0025]
[0026] 其中，為等效導(dǎo)納矩陣元素。
[0027] 等值導(dǎo)納矩陣B的逆矩陣采用以下公式表示：
[0028]
[0029] 其中，Z是受端交流系統(tǒng)戴維南等效阻抗矩陣；Zu為等效阻抗矩陣元素。
[0030] B、擴(kuò)展雅克比矩陣及其逆矩陣：
[0031] 擴(kuò)展雅克比矩陣Lq采用以下公式表示：
[0032] Jeq=-diag1 的，…，Pn)XB
[0033] 其中，Pu...，匕分別為第1直流到第n直流的傳輸功率，B是等值導(dǎo)納矩陣。
[0034] 擴(kuò)展雅克比矩陣的逆矩陣Jz采用以下公式表示：
[0035] Jz=JJ,=Z-diag(P^....P!；)-
[0036] 其中，Pd. . .，Pn分別為第一直流到第n直流的傳輸功率，Z是受端交流系統(tǒng)戴維 南等效阻抗矩陣。
[0037] C、擴(kuò)展雅克比矩陣及其逆矩陣的特征值分解：
[0038] 擴(kuò)展雅克比矩陣的特征值分解采用以下公式表示：
[0039] WijeqW=diag{人i，入 2,…，入 n}
[0040] 其中，W為擴(kuò)展雅克比矩陣的右特征向量矩陣，diagl^i，A2，…，AJ為擴(kuò)展雅克 比矩陣的特征值矩陣。
[0041] 擴(kuò)展雅克比矩陣逆矩陣的特征值分解采用以下公式表示：
[0042] V=diag{A1;A2, ???,AJ
[0043] 其中，V為擴(kuò)展雅克比矩陣逆矩陣的右特征向量矩陣，diagtAi，A2，…，AJ為擴(kuò) 展雅克比矩陣逆矩陣的特征值矩陣，JZ表示擴(kuò)展雅克比矩陣的逆矩陣。
[0044] D、擴(kuò)展雅克比矩陣最小特征值和擴(kuò)展雅克比矩陣逆矩陣最大特征值的獲?。?br>[0045] 擴(kuò)展雅克比矩陣的特征值采用以下公式表示后，取最小值：
[0046] 人 …< 入n