CN107578118B - 一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法及其装置，其包括：统计电力系统分区的信息；检查搭建的数据合理性；统计直流输电系统滤波器参数；从制定的投切策略中选取备选投切策略；分析备选方案的合理性，确定最优投切策略。本发明提供的技术方案减小了因滤波器投切策略不合理而导致的直流近区电压波动幅度，减少了不必要的分析，计算简单，适应性广泛。

Description

一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电力系统的模拟与计算领域的判定方法，具体涉及一种一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法及其装置。

背景技术

特高压直流系统的大量投运给电网安全稳定运行带来了严峻挑战，随着大规模交直流互联电网的形成，直流系统逐渐成为影响电网安全稳定的关键因素之一。

高压直流输电(HVDC)系统在运行过程中，直流侧不可避免地要产生大量谐波，使直流线路邻近的通信线路受到干扰，故必须通过滤波装置加以抑制。

直流的投运提高了其近区的静态电压稳定性，缓解了近区联络线潮流较重的压力，提高了近区负荷接纳能力。但直流满功率运行发生闭锁故障后，由于特高压直流系统不再消耗无功，特高压直流系统无功补偿的滤波器装置切除有滞后，从而短时产生大量无功富余，使近区站点电压大幅提高，当滤波器切除后，近区站点电压迅速下降，电压波动幅度较大,同时导致近区机组无功功率和励磁电流增加。所以直流输电系统滤波器投切策略的优劣将直接影响到直流系统、甚至整个电网的稳定运行。

为此需要针对直流闭锁故障后滤波器对系统电压稳定性的影响提供一种确定优化投切策略的技术方案。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，该方法可通过调节VSC-HVDC输出功率，使得供电分区潮流实现最优分布，并可在系统故障后消除线路过载和母线电压越限等现象，大幅提高了电网稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:

步骤1：统计电力系统分区的信息；

步骤2：统计直流输电系统滤波器参数；

步骤3：制定备选投切策略；和

步骤4：确定最优投切策略。

优选地，所述步骤1包括：所述电力系统分区的信息包括：负荷节点有功功率、无功功率值和负荷类型；发电厂参数；变电站变压器容量和台数；柔性直流系统参数；和电力系统拓扑结构。

优选地，所述步骤2的所述直流输电系统滤波器参数包括直流输电系统滤波器接入的电压等级、总容量和所述滤波器的分组数量。

优选地，所述步骤3包括：

步骤3-1：利用潮流计算软件进行潮流初步计算，保证潮流的收敛性；

步骤3-2：检查下述元件的参数包括：检查节点电压水平、检查线路潮流水平和检查变压器下注功率；

步骤3-3：确定定滤波器的投入组数；

步骤3-4：确定在小扰动或单一故障情况下电力系统能够保持稳定运行。

优选地，所述滤波器的分组数量包括滤波器的大组总数和小组总数；每一大组和小组滤波器总容量，及每一大组滤波器包含的小组滤波器数量。

优选地，所述滤波器根据直流故障采取的投切策略：

双极闭锁，依据滤波器大组数k和每大组包含的小组滤波器组数l设定一次性切除和逐级切除策略；和单极闭锁，取滤波器组数的一半设定投切策略。

优选地，针对双极闭锁故障，一次性投切策略D_i为一次性切除i大组滤波器(1≤i≤k)，和针对单极闭锁故障，一次性投切策略D_i为一次性切除i大组滤波器(1≤i≤k/2)。

优选地，针对双极闭锁故障，逐级投切策略G_i为逐级切除i大组滤波器(1≤i≤k)，每次切除l/2小组，间隔时间0.3秒；和针对单极闭锁故障一次性投切策略D_i为一次性切除i大组滤波器(1≤i≤k/2)。

优选地，所述步骤4包括：

根据直流双极闭锁采取传统滤波器切除策略情况下的与直流换流站电气距离较近且电压等级相同的变电站母线电压变化参数，选取电压波动较大的变电站和换流站作为参考站点；和/或根据直流双极闭锁采取传统滤波器切除策略情况下的与直流换流站电气距离较近的发电站励磁电流变化参数，选取励磁电流变化较大的机组作为参考机组。

优选地，统计不同投切策略下参考站点电压的变化参数、参考发电机组励磁电流的变化；选取波动较小、稳态值与初值差值较小的方案作为初步确定备选方案。

优选地，根据本领域现有的电力系统电压和无功电力技术导则标准判断备选方案中的变电站母线电压最大值和最小值是否符合规定，若不符合则去除该方案；将各备选方案中滤波器切除前后电压波动的最大值ΔU和母线电压、机组励磁电流稳态值与初值间的差值ΔU′、ΔI′总和最小的方案作为最终方案。

本发明还提出一种直流输电系统滤波器投切策略的优化装置，所述装置包括：

数据采集模块，用于统计电力系统分区的信息，和统计直流输电系统滤波器参数；

数据处理模块，用于制定备选投切策略；

数据判断模块，用于确定最优投切策略。

与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的技术方案可以准确选定适合于电网实际运行情况的优化投切技术方案，保证了电网的安全稳定，对于直流近区系统的安全稳定运行具有重大意义。

本发明提供的技术方案可对直流系统滤波器的投切策略进行优化调整，减小因投切策略不合理而造成的直流系统近区电压和发电机组励磁电流波动幅度，降低电网发生电压崩溃事故的风险，提高了电网电压稳定性和电网运行方式安排的灵活性，分析、计算简单，适应性广泛。

附图说明

图1是本发明提供的一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法方法流程图；

图2是本发明提供的计算系统接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

以下描述和结合附图提供的本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实施。技术人员在本发明的实施例的启示下可以提出其他包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变的技术方案。另有明确要求除外，本发明提供的组件和功能是可选的，操作的顺序是可以变化的。一些实施例中的部分方案和特征可以被其他实施方案的技术方案和特征所替换。由本发明的实施概括的范围包括于权利要求的整范围之内，或权利要求技术方案的等同物。本说明书中，本发明的实施例可以单独地或总地用术语“发明”表示，仅仅是为了表述方便，如果本申请说明书公开的内容事实上公开了超过一个发明的构思，显然应将术语“发明”理解为技术人员在此启发下无需付出创造性劳动所能得出的任何发明或构思。

本发明提供一种确定抑制电压波动的直流输电系统滤波器优化投切策略的方法，所述方法包括：

步骤1：采集电力系统分区的信息；

步骤2：统计所需计算直流输电系统滤波器参数；

步骤4：制定备选投切策略；

步骤5：确定最优投切策略。

实施例一

下面结合程如图1对本发明的提供的一种确定抑制电压波动的直流输电系统滤波器优化投切策略的方法作具体详细说明。

步骤1：统计电力系统分区的信息，搭建计算所需的潮流和稳定数据。

包括下述步骤：

步骤1-1：统计系统分区的信息，所述信息包括：

负荷节点有功、无功功率值及负荷类型；

发电厂参数，变电站变压器容量、台数，柔性直流系统参数和电力系统拓扑结构。

步骤1-2：根据步骤1-1的结果，确定计算用潮流和稳定数据文件。

步骤2：检查搭建的数据合理性，包括下述步骤：

步骤2-1包括：

利用潮流计算软件进行潮流初步计算，保证潮流的收敛性；

按《电力系统电压和无功电力技术导则》中的规定检查节点电压水平是否合符要求；

检查线路潮流水平，保证线路潮流不超过线路自身的热稳极限；

检查变压器下注功率，保证下注功率不超过变压器的额定容量；

设定直流系统输送功率，并根据直流实际输送功率占额定输送功率的百分比设定滤波器投入组数，具体组数为滤波器小组总数*百分比的向上取整值。

步骤2-2包括：利用稳定计算软件进行稳定初步计算，保证电力系统在小扰动或单一故障情况下能够保持稳定。

步骤3：统计所需计算直流输电系统滤波器参数，所述参数包括滤波器总量、分组情况及每组滤波器容量。

步骤4：从制定的投切策略中选取备选投切策略，包括：

步骤4-1：根据确定的直流故障：

双极闭锁依据步骤3统计的滤波器大组数k和每大组包含小组滤波器组数l设定一次性切除和逐级切除策略；或

单极闭锁则取滤波器组数的一半设定投切策略。

步骤4-2：

针对双极闭锁故障，一次性投切策略D_i为一次性切除i大组滤波器(1≤i≤k)；

针对单极闭锁故障，一次性投切策略D_i为一次性切除i大组滤波器(1≤i≤k/2)。

步骤4-3：

针对双极闭锁故障，逐级投切策略G_i为逐级切除i大组滤波器(1≤i≤k)，每次切除l/2小组，间隔时间0.3秒；

针对单极闭锁故障，逐级投切策略G_i为逐级切除i大组滤波器(1≤i≤k/2)，每次切除l/2小组，间隔时间0.3秒。

然后，在直流双极闭锁采取传统滤波器切除策略情况下：

统计与直流换流站电气距离较近且电压等级相同的变电站母线电压变化参数，选取电压波动较大的变电站和换流站作为参考站点；或

统计与直流换流站电气距离较近的发电站励磁电流变化参数，选取励磁电流变化较大的机组作为参考机组。

统计不同投切策略下所述参考站点电压、参考发电机组励磁电流或特殊关注元件相关指标的变化，直至所有投切策略下参考站点电压、参考发电机组励磁电流或特殊关注元件相关指标的变化统计完毕。

比较不同方案电压和励磁电流，选取波动较小、稳态值与初值差值较小的方案作为初步确定备选投切方案。

步骤5：分析备选方案的合理性，确定最优投切策略包括

步骤5-1：分析各备选方案的合理性，如果变电站母线电压最大值和最小值不符合《电力系统电压和无功电力技术导则》中的规定，则去除该方案；

步骤5-2：选取滤波器切除前后电压波动的最大值ΔU和母线电压、机组励磁电流稳态值与初值差值ΔU′、ΔI′总和最小的方案为最优投切策略。

实施例二

下面以锦苏直流输电系统滤波器投切策略为例对本发明的技术方案做进一步详细说明：

该直流换流站换流容量7200MW，双极，每极2个12脉动换流器串联接线，±800kV直流出线1回(双极)，交流滤波器(电容器)按4320Mvar配置，分4个大组，共16小组，每小组容量270Mvar。

根据以上情况，可供备选的直流输电系统滤波器投切策略有：

1.一次性切除所有滤波器；

2.一次性切除3大组滤波器3240MVar，保留剩余滤波器；

3.一次性切除2大组滤波器2160MVar，保留剩余滤波器；

4.一次性切除1大组滤波器1080MVar，保留剩余滤波器；

5.逐级切除所有滤波器，每次切除2小组540MVar；

6.逐级切除3大组滤波器3240MVar，每次切除2小组540MVar，保留剩余滤波器；

7.逐级切除2大组滤波器2160MVar，每次切除2小组540MVar，保留剩余滤波器；或

8.逐级切除1大组滤波器1080MVar，每次切除2小组540MVar，保留剩余滤波器。

如图2所示，以统计的直流近区a(1)、b(2)、c(3)、d(4)和e(5)五个电站电压及f(I)、g(II)、h(III)、i(IV)、j(V)和k(VI)六个电厂机组励磁电流作为参考指标。

基于策略1的计算结果列于下表1：

表1近区站点母线电压及相关机组励磁电流变化情况(投切策略1)

依次记录8个直流输电系统滤波器投切策略的数据，计算得到不同滤波器投切策略下近区五个站点母线电压及相关六机组励磁电流变化对比情况，如表2所示：

表2不同滤波器投切策略下近区站点母线电压及相关机组励磁电流变化对比情况表

从上表计算结果可以看出，按本发明提供的技术方案，采取滤波器投切策略6即逐级切除3大组滤波器3240MVar，每次切除2小组540MVar，保留剩余滤波器的策略可以使锦苏直流故障电压波动后，电压的恢复值及机组励磁电流的升高值达到最优效果，故推荐采取此策略。

上述事实说明，本发明提供的一种抑制电压波动的直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，减小了因滤波器投切策略不合理而导致的直流近区电压波动幅度，分析、计算简单，适应性广泛。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤:

步骤1：统计电力系统分区的信息；

步骤2：统计直流输电系统滤波器参数；

步骤3：制定备选投切策略；

步骤4：确定最优投切策略；

所述步骤1包括：所述电力系统分区的信息包括：负荷节点有功功率、无功功率和负荷类型；发电厂参数；变电站变压器容量和台数；柔性直流系统参数；电力系统拓扑结构；

所述步骤2的所述直流输电系统滤波器参数包括直流输电系统滤波器接入的电压等级、总容量和所述滤波器的分组数量；

所述步骤3包括：

步骤3-1：利用潮流计算软件进行潮流初步计算，保证潮流的收敛性；

步骤3-2：检查下述元件的参数包括：检查节点电压水平、检查线路潮流水平和检查变压器下注功率；

步骤3-3：确定滤波器的投入组数；

步骤3-4：确定在小扰动或单一故障情况下电力系统能够保持稳定运行；

所述滤波器的分组数量包括滤波器的大组总数和小组总数；每一大组和小组滤波器总容量，及每一大组滤波器包含的小组滤波器数量；

所述步骤4包括：

根据直流双极闭锁采取传统滤波器切除策略情况下的与直流换流站电气距离较近且电压等级相同的变电站母线电压变化参数，选取电压波动较大的变电站和换流站作为参考站点；和/或根据直流双极闭锁采取传统滤波器切除策略情况下的与直流换流站电气距离较近的发电站励磁电流变化参数，选取励磁电流变化较大的机组作为参考机组；

统计不同投切策略下参考站点电压的变化参数、参考发电机组励磁电流的变化；选取波动较小、稳态值与初值差值较小的方案；

根据电压和无功电力技术导则标准判断备选方案中的变电站母线电压最大值和最小值是否符合规定，若不符合则去除该方案；将各备选方案中滤波器切除前后电压波动的最大值ΔU和母线电压、机组励磁电流稳态值与初值间的差值ΔU＇、ΔI＇总和最小的方案作为最终方案；

滤波器根据直流故障采取的投切策略：

针对双极闭锁故障，依据滤波器大组数k和每大组包含的小组滤波器组数l设定一次性切除和逐级切除策略；

或针对单极闭锁故障，取滤波器组数的一半设定投切策略。

2.根据权利要求1的直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，其特征在于，

针对双极闭锁故障，一次性投切策略D _i 为一次性切除i大组滤波器，1≤i≤k；

或针对单极闭锁故障，一次性投切策略D _i 为一次性切除i大组滤波器，1≤i≤k/2。

3.根据权利要求1的直流输电系统滤波器投切策略的优化方法，其特征在于，

针对双极闭锁故障，逐级投切策略G _i 为逐级切除i大组滤波器，1≤i≤k，每次切除l/2小组，间隔时间0.3秒；

或针对单极闭锁故障一次性投切策略D _i 为一次性切除i大组滤波器，1≤i≤k/2。

4.一种直流输电系统滤波器投切策略的优化装置，采用如权利要求1-3中任一项所述的直流输电系统滤波器投切策略的优化方法；所述装置包括：

数据采集模块，用于统计电力系统分区的信息，和统计直流输电系统滤波器参数；

数据处理模块，用于制定备选投切策略；

数据判断模块，用于确定最优投切策略。

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