一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含VSC‑HVDC电力系统静态电压稳定极限的计算方法，针对电压稳定性问题，考虑VSC‑HVDC电流限制等约束条件，通过戴维南等值求取交流系统等值支路参数，建立了含VSC‑HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定计算模型，研究VSC‑HVDC输电容量、控制策略等对系统电压稳定的影响。本发明专利技术为研究含VSC‑HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定性提供了一种简捷、快速的计算方法，该计算方法能够全面反映VSC‑HVDC系统参数、控制策略及有功、无功出力与电压稳定极限等指标之间的关系，计算简便，物理概念清晰，便于工程应用。

A fast calculation method of static voltage stability of power system containing VSC HVDC limit

Fast calculation method of the present invention relates to a static voltage stability of power system containing VSC HVDC limit, the voltage stability problem, consider VSC HVDC current constraints, the Thevenin equivalent for AC system equivalence branch parameter calculation model of static voltage stability of AC / DC hybrid system with VSC HVDC set study on VSC HVDC transmission capacity, effect of control strategies on system voltage stability. The static voltage stability of AC / DC hybrid system of the invention of VSC containing HVDC provides a simple and fast calculation method, the calculation method can comprehensively reflect the VSC HVDC system parameters, control strategy and the active and reactive power and voltage stability limit indicators such as the relationship between, simple computation and physical concepts clearly, convenient for engineering applications.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统分析和控制
，特别是一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法。
技术介绍
VSC-HVDC(VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrent，VSC-HVDC)是自20世纪90年代发展起来的一种高压直流输电技术，其具有可对交流电网进行动态无功补偿，为受端系统提供电压支撑的优点。因此，VSC-HVDC成为一种改善交流系统电压稳定性的较有潜力的方案。然而，VSC-HVDC接入交流系统后，其输电容量、控制策略、有功及无功出力与交直流混联系统的电压稳定性之间的关系，现有的技术未能完全揭示，如目前交直流混联系统的静态电压稳定计算一般采用连续潮流法、延拓法等方法求解含VSC-HVDC混联系统静态电压稳定性，计算复杂、计算量大，并且模型中往往未计及VSC-HVDC容量限制，难以直观反映VSC-HVDC容量限制等约束条件对静态电压稳定影响以及VSC-HVDC输电容量、控制策略等对系统电压稳定造成的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，按照如下步骤实现：步骤S1：输入交流电网的参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：输入直流网络参数以及VSC-HVDC换流器控制方式；步骤S3：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S4：计算VSC-HVDC有功和无功运行范围；步骤S5：计算含VSC-HVDC的交直流系统的PV曲线以及VQ曲线；步骤S6：计算最大传输功率；步骤S7：计算电压稳定指标；步骤S8：判断计算是否完成，否则转至所述步骤S3。进一步的，在所述步骤S1中，所述参数数据包括：输电线路的首端、末端节点编号，变压器变比、阻抗，串联电阻、电抗以及并联电导、电纳。进一步的，在所述步骤S2中，所述直流网络参数包括：VSC-HVDC桥臂电抗器阻抗，换流变容量、阻抗，换流器调制比以及最大允许电流Imax；所述VSC-HVDC换流器控制方式包括：定直流电压Ud、交流无功功率Q控制；定直流电压Ud、交流母线电压U控制；定有功功率P、交流无功功率Q控制；定有功功率P、交流母线电压U控制。进一步的，所述步骤S3中，获取交流系统与VSC-HVDC等值电路，记VSC-HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流母线i之间的等值连接阻抗为Z1∠θ1＝R1+jX1，且根据该第i节点确定的系统等值阻抗Z2∠θ2＝R2+jX2，通过PSD-BPA等计算软件获取交流系统戴维南等值阻抗R2和X2。进一步的，在所述步骤S4中，获取交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，计算直流侧功率：其中：Pdc、Qdc分别为VSC-HVDC注入节点i的有功与无功功率，δik＝δi-δk＝δ-δk为节点i与节点k的电压相角差；M为换流器调制比，Ud为换流器直流侧电压，μ是PWM直流电压利用率；由上述两式可推得：其中，θ1＝arctan(X1/R1)，VSC向交流系统输出无功时，Qdc为正；VSC-HVDC运行时最大允许电流限制：对于受端系统，在VSC向系统输出无功情况下，有：其中，Imax为VSC-HVDC最大允许电流。进一步的，在所述步骤S5中，获取交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路中的交流支路，计算交流侧功率：其中，Pac、Qac分别为交流支路注入节点i的有功与无功功率，和分别为交流支路两端电压，δij＝δi-δj＝δ。则可得：其中，θ2＝arctan(X2/R2)；再根据：Pac+Pdc＝P，Qac+Qdc＝Q，获取电压解：且由于：则：通过上述两式获取含VSC-HVDC的电力系统PV曲线，进而可以得到最大传输功率；无功电压关系式：通过上式获取含VSC-HVDC的电力系统VQ曲线。进一步的，在所述步骤S6中，令：则：有唯一解，此时电压为临界电压；临界点的功率即为电压稳定最大传输功率，为PV曲线上电压崩溃点处的有功功率；且含有VSC接入的交直流混联系统有功传输功率P为：其中，+表示VSC向交流系统注入有功功率，－表示交流系统向VSC注入有功功率；则静态电压稳定的最大传输功率Pmax为：当忽略电阻R2时，则有：当时，Pmax为曲线P＝f(Q)与直线交点的P轴坐标值。进一步的，在所述步骤S7中，有功裕度指标KP为：其中，P0为电力系统初始运行点的有功功率。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：考虑了VSC-HVDC电流限制等约束条件，通过戴维南等值求取交流系统等值支路参数，建立了含VSC-HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定计算模型，揭示了VSC-HVDC输电容量、控制策略等对系统电压稳定的影响。本专利技术为研究含VSC-HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定性提供了一种简捷、快速的计算方法，能够全面反映交直流系统参数对电压稳定性的影响，全面反映VSC-HVDC系统参数、控制策略及有功、无功出力与电压稳定极限等指标之间的关系，计算简便，物理概念清晰，便于工程应用。附图说明图1为本专利技术中含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定的快速计算方法流程图。图2为本专利技术中含VSC-HVDC交直流混联系统的等值电路。图3为本专利技术一实施例中含VSC-HVDC交直流混联系统示意图。图4为本专利技术一实施例中的VSC-HVDC功率运行范围图。图5为本专利技术一实施例中的PV曲线(Pdc＝300MW，Qdc＝200Mvar)。图6为本专利技术一实施例中Pmax的求解方法示意图。图7为本专利技术一实施例中的PV曲线(Pdc＝700MW，Qdc＝400Mvar)。图8为本专利技术一实施例中的VQ曲线(Pdc＝500MW，Qdc＝0Mvar)。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提出的一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，如图1所示，包括以下步骤：(1)输入交流电网的参数数据，形成节点导纳矩阵，包括：输电线路的首端、末端节点编号，变压器变比、阻抗，串联电阻、电抗以及并联电导、电纳；(2)输入直流网络参数，包括：VSC-HVDC桥臂电抗器阻抗，换流变容量、阻抗，换流器调制比以及最大允许电流Imax；所述VSC-HVDC换流器控制方式包括：定直流电压Ud、交流无功功率Q控制；定直流电压Ud、交流母线电压U控制；定有功功率P、交流无功功率Q控制；定有功功率P、交流母线电压U控制。(3)计算交流系统戴维南等值模型。获取交流系统与VSC-HVDC等值电路，记VSC-HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流母线i之间的等值连接阻抗为Z1∠θ1＝R1+jX1，且根据该第i节点确定的系统等值阻抗Z2∠θ2＝R2+jX2，通过PSD-BPA等计算软件获取交流系统戴维南等值阻抗R2和X2。(4)计算VSC-HVDC有功和无功运行范围根据附图2，可得直流侧功率方程式：其中：Pdc、Qdc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含VSC‑HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：输入交流电网的参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：输入直流网络参数以及VSC‑HVDC换流器控制方式；步骤S3：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S4：计算VSC‑HVDC有功和无功运行范围；步骤S5：计算含VSC‑HVDC的交直流系统的PV曲线以及VQ曲线；步骤S6：计算最大传输功率；步骤S7：计算电压稳定指标；步骤S8：判断计算是否完成，否则转至所述步骤S3。

【技术特征摘要】
1.一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：输入交流电网的参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：输入直流网络参数以及VSC-HVDC换流器控制方式；步骤S3：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S4：计算VSC-HVDC有功和无功运行范围；步骤S5：计算含VSC-HVDC的交直流系统的PV曲线以及VQ曲线；步骤S6：计算最大传输功率；步骤S7：计算电压稳定指标；步骤S8：判断计算是否完成，否则转至所述步骤S3。2.根据权利要求1所述的一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述参数数据包括：输电线路的首端、末端节点编号，变压器变比、阻抗，串联电阻、电抗以及并联电导、电纳。3.根据权利要求1所述的一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述直流网络参数包括：VSC-HVDC桥臂电抗器阻抗，换流变容量、阻抗，换流器调制比以及最大允许电流Imax；所述VSC-HVDC换流器控制方式包括：定直流电压Ud、交流无功功率Q控制；定直流电压Ud、交流母线电压U控制；定有功功率P、交流无功功率Q控制；定有功功率P、交流母线电压U控制。4.根据权利要求1所述的一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，获取交流系统与VSC-HVDC等值电路，记VSC-HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流母线i之间的等值连接阻抗为Z1∠θ1＝R1+jX1，且根据该第i节点确定的系统等值阻抗Z2∠θ2＝R2+jX2，通过PSD-BPA计算软件获取交流系统戴维南等值阻抗R2和X2。5.根据权利要求1所述的一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的快速计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，获取交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，计算直流侧功率：Pdc=UkUiZ1cos(θ1+δik)-Ui2Z1cosθ1=UkUZ1cos(θ1+δik)-U2Z1cosθ1;]]>Qdc=UkUiZ1sin(θ1+δik)-Ui2Z1sinθ1=UkUZ1sin(θ1+δik)-U2Z1sinθ1;]]>其中：Pdc、Qdc分别为VSC-HVDC注入节点i的有功与无功功率，δik＝δi-δk＝δ-δk为节点i与节点k的电压相角差；M为换流器调制比，Ud为换流器直流侧电压，μ是PWM直流电压利用率；由上述两式可推得：(Pdc+U2G1)2+(Qdc-U2B1)2=Y12Uk2U2;]]>Pdc=-U2G1±Y12Uk2U2-(Qdc-U2B1)2;]]>Qdc=U2B1±Y12Uk2U2-(Pdc+U2G1)2;]]>其中，θ1＝arctan(X1/R1)，VSC向交流系统输出无功时，Qdc为正；VSC-HVDC运行时最大允许电流限制：Pdc2+Qdc2≤(3UImax)2;...

【专利技术属性】
技术研发人员：林章岁，胡臻达，林毅，杜翼，叶荣，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35