一种交直流互联电网关键线路辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种交直流互联电网关键线路辨识方法，属于电气工程领域。本发明专利技术方法首先收集所在交直流互联电网常规技术参数并获取电网初始潮流状态，然后通过电网初始潮流状态计算得到某条线路断开后的交直流系统的潮流状态，再根据断线后交直流系统的潮流状态计算静态安全裕度，最后比较各条线路断开后交直流系统的静态安全裕度，断线后静态安全裕度越小，断线后系统越不安全，因此推得交直流电网中各条线路的关键性排序。本发明专利技术方法能够更加准确的辨识出交直流电网中的关键线路，为电力系统的故障应对和运行规划提供参考依据，有助于减少交直流互联电力系统的故障风险，提高电力系统运行的安全可靠性。

A critical line identification method for AC / DC Interconnected Power Grid

The invention discloses a method for identifying critical lines of AC and DC interconnected power grids, which belongs to the field of electrical engineering. The method of the invention first collects the conventional technical parameters of the interconnected power network and obtains the initial state of the power flow of the power grid, and then calculates the current state of the AC and DC system after the disconnection of a line through the initial power flow state of the power grid, and then calculates the static security margin according to the flow state of the AC and DC system after the broken line, and the final ratio is compared. The static security margin of the AC and DC system after the broken lines is broken, the smaller the static security margin after the broken line, the more unsafe the system is after the broken line, so the key sequencing of each line in the AC and DC power grid is pushed. The method can identify the key lines in the AC and DC power grid more accurately, provide reference for the fault response and operation planning of the power system, help to reduce the fault risk of the AC and DC interconnected power system, and improve the safety and reliability of the power system operation.

【技术实现步骤摘要】
一种交直流互联电网关键线路辨识方法
本专利技术属于电气工程领域，更具体地，涉及一种交直流互联电网关键线路辨识方法。
技术介绍
在特高压直流输电的大力建设与发展的背景下，我国电网逐渐向交直流互联电力系统演变。然而，随着直流输电规模的扩大，部分地区的交流系统承载和调节能力相对不足，“强直弱交”问题日益突出，其带来的安全隐患也日益严峻：首先，特高压直流输电线路输送功率非常大，一旦线路故障或换流站闭锁，其送端和受端电网都会出现巨大的功率不平衡，严重危及电力系统的运行安全性；此外，由于恶劣天气、继电保护装置的拒动或误动等随机性原因，交流系统中故障多有发生，若发生在少数较为关键的线路上，这种随机性的局部故障可能会造成直流换流站交流侧电压下降到阈值以下，导致换流站闭锁，从而使局部的规模相对较小的故障扩散到整体电网，使故障规模急剧恶化，严重降低电网运行的安全可靠性。如果能够考虑交直流系统的耦合，预先辨识出交直流电网中较为关键的线路，从而给电网运行规划人员提供参考依据，在规划和调度时留足裕度或者备用以应对故障风险，能够显著的提高交直流互联电力系统运行的安全可靠性，降低故障规模，减少损失。目前尚未由简单有效的方法能够辨识电网中的所有关键线路。因此，交直流互联电网的关键线路辨识具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其目的在于通过基于交直流潮流模型的静态安全域分析计算，考虑到断线后系统静态安全裕度越小则断开的线路越关键，以断线后静态安全裕度为指标评判交直流互联电力系统中各条线路的关键性，由此为电力系统的故障应对和运行规划提供参考依据，有助于减少交直流互联电力系统的故障风险，提高电力系统运行的安全可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种交直流互联电网关键线路辨识方法，所述方法包括：(1)收集所在交直流互联电网常规技术参数，计算电网初始潮流状态；(2)设电网中某一条线路断开，根据电网初始潮流状态计算断线后交直流系统的潮流状态；(3)根据断线后交直流系统的潮流状态计算系统静态安全裕度；(4)重复步骤(2)～(3)，直到电网中所有线路都被断开过一次，得到电网中各条线路断开后系统静态安全裕度的大小，系统静态安全裕度越小，即所断线路越关键。进一步地，所述步骤(1)中交直流互联电网常规技术参数包括：交流系统节点个数NbAC，第i个交流节点处的有功负荷PLi和无功负荷QLi，第i个交流节点处的对地电纳bi，第i个交流节点处电压的上限VACimax和下限VACimin，第k台发电机有功出力的上下限PGkmin、PGkmax和无功出力的上下限QGkmin、QGkmax；交流系统线路总条数NlAC，第j条交流线路的电阻RlACj、电抗Xlj和电纳blj，第j条交流线路的额定容量fLACj；换流站个数Ncv，换流站的损耗系数β和无功耦合系数α，第m个换流站的容量fcvm；直流系统节点个数NbDC，第i个直流节点处电压的上限VDCimax和下限VDCimin；直流系统线路总条数NlDC，第j条直流线路的电阻RlDCj，第j条直流线路的容量fLDCj。进一步地，所述步骤(2)具体为：若断开的是交流线路，则固定直流线路传输功率为初始值不变，视为交流系统的固定负荷，由电网初始潮流状态计算交流线路断开后交直流系统的潮流；若断开的是直流线路，则相应换流站注入交流系统的功率为0，换流站处的无功补偿装置提供的无功功率注入仍存在，固定其他直流线路传输功率为初始值不变，视为交流系统的固定负荷，由电网初始潮流状态计算直流线路断开后交直流系统的潮流。进一步地，所述步骤(3)具体包括：(31)构建静态安全域模型，所述模型包括以下约束条件：(a)交流节点有功功率和无功功率的平衡约束，式(1)式(2)所示：其中，变量包括第k台发电机的有功出力PGk和无功出力QGk，第i个节点处的电压的平方WACi，第i个节点处的有功负荷切除量Pcuti和无功负荷切除量Qcuti，第j条线路末端传输的有功功率PrACj和无功功率QrACj，以及有功损耗PlsACj和无功损耗QlsACj，第m个换流器注入交流系统的有功功率Pcvm和无功功率Qcvm，以及该处的无功补偿功率Qcvcm；PGk、QGk、Pcvm和Qcvm均为节点i上所连接的发电机或换流器的有无功注入，若节点i上没有相应元件则用0替代，下标k、m为其在所有同类元件中的编号；第i个交流节点总对地电纳式中δ(i)代表所有与交流节点i相连的交流线路的集合；矩阵MPQAC和MlAC代表支路规定正方向和节点的关系，(b)交流线路损耗与输送功率的关系约束，式(3)式(4)所示：其中，WrACj为第j条线路末端节点处电压幅值的平方；(c)交流线路两端电压幅值的关系约束，式(5)所示：其中，矩阵为MPQAC的转置矩阵，为网络的节点关联矩阵，WACi为第i个节点处的电压的平方；(d)交流网络中每个独立回路的相角差关系约束，式(6)所示：其中，独立基本回路的个数NC＝NlAC-NbAC+1；矩阵C为基本回路矩阵，(e)流节点功率平衡约束，式(7)所示：其中，矩阵MPDC和MlDC代表支路规定正方向和节点的关系；Plscvm为换流器上的功率损耗；PrDCj为第j条直流线路末端输送的功率；PlsDCj为第j条直流线路上的有功损耗；(f)直流线路两端电压关系约束，式(8)所示：其中，矩阵为MPQDC的转置矩阵；WDCi为第i个直流节点处的电压的平方；(g)换流站处有无功功率耦合关系约束，式(9)所示：Pcvm＝|Qcvmtanα|(9)其中，式中绝对值可依据换流器运行方式来消去，角度α为一固定值，由实际运行方式决定；(h)换流站传输容量约束，式(10)所示：(i)模型中其他变量的上下限约束，式(11)-(15)所示：PGkmin≤PGk≤PGkmax,QGkmin≤QGk≤QGkmax(11)-fLACj≤PrACj≤fLACj(12)-fLDCj≤PrDCj≤fLDCj(13)其中，PGkmin表示中PGk最小值；PGkmax表示PGk中最大值；QGkmin表示QGk中最小值；QGkmax表示QGk中最大值；约束(a)约束(i)组合得到完整的静态安全域模型，反应交直流系统正常运行时潮流状态点所在的范围，其中所有变量都采用标幺值形式进行计算；(32)计算静态安全裕度，在静态安全裕度计算过程中，安全约束包括所有线路对应的式(16)和换流站交流侧节点对应的换相失败电压阈值；潮流运行点空间坐标考虑由所有线路传输的潮流变量和换流站交流侧电压变量综合组成，如式(16)所示：式中，WACcvi代表第i个换流站交流侧节点电压的平方；设系统原始潮流状态为式(17)所示：则优化问题目标函数为：通过数学变换目标函数可被替换为容易求解的式(19)形式且不影响优化目标，优化问题的变量与上述调度模型的变量相同，优化问题的约束即静态安全域的安全边界所包含的约束，如式(20)所示：WACcvi≥μ(20)其中，μ为换相失败阈值；将式(12)和(20)中任意一条约束取到边界，如式(21)所示：PrACj＝-fLACj或PrACj＝fLACj或WACcvi＝μ(21)其他约束不变即构成静态安全域的一个安全边界，所有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其特征在于，所述方法包括：(1)收集所在交直流互联电网常规技术参数，计算电网初始潮流状态；(2)设电网中某一条线路断开，根据电网初始潮流状态计算断线后交直流系统的潮流状态；(3)根据断线后交直流系统的潮流状态计算系统静态安全裕度；(4)重复步骤(2)～(3)，直到电网中所有线路都被断开过一次，得到电网中各条线路断开后系统静态安全裕度的大小，系统静态安全裕度越小，即所断线路越关键。

【技术特征摘要】
1.一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其特征在于，所述方法包括：(1)收集所在交直流互联电网常规技术参数，计算电网初始潮流状态；(2)设电网中某一条线路断开，根据电网初始潮流状态计算断线后交直流系统的潮流状态；(3)根据断线后交直流系统的潮流状态计算系统静态安全裕度；(4)重复步骤(2)～(3)，直到电网中所有线路都被断开过一次，得到电网中各条线路断开后系统静态安全裕度的大小，系统静态安全裕度越小，即所断线路越关键。2.根据权利要求1所述的一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其特征在于，所述步骤(1)中交直流互联电网常规技术参数包括：交流系统节点个数NbAC，第i个交流节点处的有功负荷PLi和无功负荷QLi，第i个交流节点处的对地电纳bi，第i个交流节点处电压的上限VACimax和下限VACimin，第k台发电机有功出力的上下限PGkmin、PGkmax和无功出力的上下限QGkmin、QGkmax；交流系统线路总条数NlAC，第j条交流线路的电阻RlACj、电抗Xlj和电纳blj，第j条交流线路的额定容量fLACj；换流站个数Ncv，换流站的损耗系数β和无功耦合系数α，第m个换流站的容量fcvm；直流系统节点个数NbDC，第i个直流节点处电压的上限VDCimax和下限VDCimin；直流系统线路总条数NlDC，第j条直流线路的电阻RlDCj，第j条直流线路的容量fLDCj。3.根据权利要求1所述的一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：若断开的是交流线路，则固定直流线路传输功率为初始值不变，视为交流系统的固定负荷，由电网初始潮流状态计算交流线路断开后交直流系统的潮流；若断开的是直流线路，则相应换流站注入交流系统的功率为0，换流站处的无功补偿装置提供的无功功率注入仍存在，固定其他直流线路传输功率为初始值不变，视为交流系统的固定负荷，由电网初始潮流状态计算直流线路断开后交直流系统的潮流。4.根据权利要求1或2所述的一种交直流互联电网关键线路辨识方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：(31)构建静态安全域模型，所述模型包括以下约束条件：(a)交流节点有功功率和无功功率的平衡约束，式(1)式(2)所示：其中，变量包括第k台发电机的有功出力PGk和无功出力QGk，第i个节点处的电压的平方WACi，第i个节点处的有功负荷切除量Pcuti和无功负荷切除量Qcuti，第j条线路末端传输的有功功率PrACj和无功功率QrACj，以及有功损耗PlsACj和无功损耗QlsACj，第m个换流器注入交流系统的有功功率Pcvm和无功功率Qcvm，以及该处的无功补偿功率Qcvcm；PGk、QGk、Pcvm和Qcvm均为节点i上所连接的发电机或换流器的有无功注入，若节点i上没有相应元件则用0替代，下标k、m为其在所有同类元件中的编号；第i个交流节点总对地电纳式中δ(i)代表所有与交流节点i相连的交流线路的集合；矩阵MPQAC和MlAC代表支路规定正方向和节点的关系，(b)交流线路损耗与输送功率的关系约束，式(3)式(4)所示：其中，WrACj为第j条线路末端节点处电压幅值的平方；(c)交流线路两端电压幅值的关系约束，式(5)所示：其中，矩阵为MPQAC的转置矩阵，为网络的节点关联矩阵，WACi为第i个节点处的电压的平方；(d)交流网络中每个独立回路的相角差关系约束，式(6)所示：其中，独立基本回路的个数NC＝NlAC-NbAC+1；矩阵C为基本回路矩阵，(e)流节点功率平衡约...

【专利技术属性】
技术研发人员：周博，姚伟，艾小猛，方家琨，文劲宇，张振安，李程昊，刘畅，谭阳琛，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网河南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42