基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置製造方法
2023-09-18 03:38:20
基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置，其特點是利用電壓控制敏感因子來衡量多饋入直流輸電裝置中各受端交流系統的強弱及各條直流輸電裝置間的相互作用，然後將無功補償裝置安裝在能夠最大限度地提升整個系統的電壓穩定水平的位置，從而得到基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置。利用電壓控制敏感因子來進行無功補償裝置的布點，不僅考慮到了對本地逆變側換流母線電壓穩定性的影響，而且還考慮到了無功補償裝置對多饋入直流輸電系統中其他節點處影響，從而使整體上對電壓穩定性的改善最優，經濟效益最大化。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝 置，屬於高壓直流輸電領域。 基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝
【背景技術】
[0002] 與交流輸電相比，基於晶閘管換流技術的高壓直流輸電沒有功角穩定問題，功率 調節迅速靈活而且能夠限制短路容量，故在遠距離大容量輸電和區域電網互聯兩方面得到 了廣泛應用。但是，直流輸電裝置在提供電能的同時要從交流系統吸收大量的無功，這給交 流系統的電壓支撐能力帶來了巨大壓力。與單饋入直流輸電裝置相比，多饋入直流輸電裝 置輸送容量更大、運行方式更為靈活，系統結構及相互作用也更為複雜。由於多條線路落點 於同一交流電網，受端系統接受的功率更大，交直流系統間的相互作用將更強。這使得多饋 入系統的電壓穩定問題變得更為突出和複雜。
[0003] 在各種提高電壓穩定性的措施中，在直流逆變站裝設無功補償裝置能有效提升系 統的電壓穩定性，避免直流系統控制方式不必要的切換，是一種效果顯著且得到廣泛使用 的方法。對於多饋入交直流輸電裝置，安裝無功補償裝置時不僅要考慮節點自身的電壓穩 定性，同時也要考慮節點間的相互影響。常用的確定無功補償裝置安裝位置的方法是尋找 電壓穩定性較弱的節點。通常，大都選擇電壓穩定因子（Voltage Stability Factor，VSF) 來作為衡量系統弱節點的標準。這種方法只考慮了節點自身的電壓穩定性，沒有考慮對其 他節點的電壓支撐作用。而在多饋入交直流輸電裝置中，各條直流輸電線路間的相互作用 很強，對系統整體特性影響很大，安裝無功補償裝置時必須各條直流輸電線路間的相互作 用，才能使系統整體性能達到最優。在衡量系統間相互作用的指標中，多饋入相互作用因子 (Multi-infeed Interaction Factor，MIIF)物理意義明確，能有效反應各系統間的相互影 響，是一種得到廣泛認可和使用的指標。因此，考慮將VSF與MIIF進行合理的結合，得到既 能體現節點本身的強弱，又能反映其對多饋入系統中其他節點作用的指標，然後利用該指 標的來指導多饋入直流輸電裝置的設計。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的是針對現有技術不足而提供一種基於電壓控制敏感因子 (Voltage Control Sensitive Factor, VCSF)的最優無功補償多饋入直流輸電裝置，其特 點是利用電壓控制敏感因子（VCSF)來衡量多饋入直流輸電裝置中各受端交流系統的強弱 及各條直流輸電裝置間的相互作用，然後將無功補償裝置安裝在能夠最大限度地提升整個 系統的電壓穩定水平的位置，從而得到基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流 輸電裝置。
[0005] 本實用新型的目的由以下技術措施實現：
[0006] 基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置由各條高壓直流輸 電系統、受端交流系統和無功補償裝置三大部分組成：其中，各條高壓直流輸電系統將直流 電送入到換流器，通過換流變壓器與受端交流系統連接，同時無功補償裝置對受端交流系 統進行無功補償；
[0007] 1)高壓直流輸電系統
[0008] 換流器將接收到的直流電逆變為交流電，再通過換流變壓器將交流電轉換為合適 的電壓等級饋入到換流母線節點處；
[0009] 2)受端交流系統
[0010] 按照戴維南等值原理，電能傳輸到受端交流系統後，將各條直流的受端交流系統 等值為電壓源與等值阻抗串聯的形式，其等值電壓分別為Upu 2、……、un，等值阻抗分別為 ZpZ2、……、zn，各條直流輸電線路之間的輸電網絡，等值為耦合阻抗z12、z nl、……、z2n;
[0011] 3)無功補償裝置
[0012] 確定無功補償裝置的安裝位置，首先計算多饋入直流輸電系統逆變站換流母線節 點i處的電壓穩定因子VSFi，計算公式如下 ： KTT
[0013] ^=-7 ⑴ Δ(?
[0014] 其中，Λ Q表示無功補償裝置在節點i處所提供無功的變化量，Λ 1^表示節點i在 無功變化量為Λ Q時節點電壓的改變量；
[0015] 然後，計算節點i處的電壓變化對其他節點j的影響，即計算多饋入作用因子 MIIFji，計算公式如下： AU. 乂
[0016] MllFi；=-^- (2) AUj
[0017] 其中，Λ %表示當節點i處的電壓變化量為Λ Ui時節點j處電壓的改變量；
[0018] 電壓穩定因子VSFi和多饋入作用因子MIIF#通過在相應的節點處施加無功和電 壓擾動，通過仿真的方法按上述公式計算得到；
[0019] 最後，計算多饋入交直流系統中節點i處的電壓控制敏感因子VCSFi，計算公式如 下：
[0020] VCSF^VSr^MUFy, Π ) j=l
[0021] 按上述方法計算其他節點處的電壓控制敏感因子，並將其按照從大到小的順利依 次排列，然後將無功補償裝置安裝在電壓控制敏感因子最大點處。
[0022] 本實用新型具有如下優點：
[0023] 基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置利用電壓控制敏感 因子來進行無功補償裝置的布點，不僅考慮到了對本地逆變側換流母線電壓穩定性的影 響，而且還考慮到了無功補償裝置對多饋入直流輸電系統中其他節點處影響，使整體上對 電壓穩定性的改善最優，經濟效益最大化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為多饋入直流系統結構框圖。
[0025] 其中，1為換流器，2為換流變壓器，3為受端交流系統，4為無功補償裝置。Ζρ Z2、……、Z n分別為各交流側等值系統的等值阻抗；Z12、Znl、……、Z2n分別為各直流系統之 間的耦合阻抗。
[0026] 圖2為節點1處安裝無功補償裝置時各母線電壓波形。
[0027] 其中，UpU2、U3分別為節點1處安裝無功補償裝置時節點1、節點2、節點3處的電 壓波形。
[0028] 圖3為節點2處安裝無功補償裝置時各母線電壓波形。
[0029] 其中，UpU2、U3分別為節點2處安裝無功補償裝置時節點1、節點2、節點3處的電 壓波形。
[0030] 圖4為節點3處安裝無功補償裝置時各母線電壓波形。
[0031] 其中，UpU2、U3分別為節點3處安裝無功補償裝置時節點1、節點2、節點3處的電 壓波形。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例對本實用新型進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只 用於對本實用新型進行進一步說明，不能理解為對本實用新型保護範圍的限制，該領域的 技術熟練人員可以根據上述實用新型的內容作出一些非本質的改進和調整。
[0033] 實施例：
[0034] 如圖1所示，各條高壓直流輸電系統將直流電送入到換流器1，通過換流變壓器2 與受端交流系統3連接，同時無功補償裝置4對受端交流系統進行無功補償。
[0035] 在PSCAD/EMTDC電磁暫態仿真程序中建立多饋入直流輸電系統仿真模型。PSCAD/ EMTDC電磁暫態仿真軟體是一種電力系統仿真軟體，PSCAD是其用戶界面，EMTDC即直流系 統電磁暫態（Electro-Magnetic Transient in DC System)。EMTDC 的主要功能是分析電 力系統中的各種暫態過程。所搭建的多饋入直流系統模型中，各條直流輸電系統的額定直 流功率為1000MW，額定直流電壓為500kV，採用基於晶閘管技術的單極12脈動換流器。直 流系統整流測採用定電流控制方式，逆變側採用定熄弧角控制。各直流輸電子系統間的耦 合阻抗為：Z 12 = 3. 7927+j47. 124 Ω，Z13 = 1. 2642+jl5. 708 Ω，z23 = 0· 25285+j3. 1416 Ω， 各交流系統等值阻抗為 4 = 5. 4909+j20. 435 Ω，Z2 = 4. 7335+jl7. 617 Ω，Z3 = 5. 0841+jl8. 921 Ω。
[0036] 各節點的電壓穩定因子為：VSFi = 0· 0658, VSF2 = 0· 0579, VSF3 = 0· 0594。換流 站間的相互作用因子如表1所示。
[0037] 表1換流站間的相互作用因子 換流站/ 1 2 3
[0038] 1 1 06256 06331 2 0.5405 1 0.8734 3 0.5685 0.8968 1
[0039] 由此可以計算得到各節點的電壓控制敏感因子為：VCSFi = 0. 1388, VCSF2 = 0· 1460, VCSF3 = 0· 1489。
[0040] 根據電壓穩定因子從大到小對節點進行排序，依次為：1，3,2。根據電壓控制敏感 因子從大到小排序，依次為：3,2，1。在這三個節點中，節點1最弱，節點2最強。但是節點 1對其他節點的影響相對較小，因此從整個系統性能提升的角度來說反而不是無功補償裝 置的最佳安裝位置。分別在三個節點處安裝無功補償裝置，相應的電壓波形如圖2-圖4所 /_J、1 〇
[0041] 當無功補償裝置安裝於換流站1時：母線1電壓提升3. 29kV，母線2提升1. 48kV， 母線3提升1. 98kV，系統電壓共提升6. 75kV ;安裝於換流站2時：母線1電壓提升2. 08kV， 母線2提升2. 5kV，母線3提升2. 31kV，系統電壓共提升6. 89kV ;安裝於換流站3時：母線 1電壓提升2. 2kV，母線2提升2. 35kV，母線3提升2. 7kV，系統電壓共提升7. 25kV。
[0042] 由此可見，如果只考慮無功補償裝置安裝節點處的電壓穩定性，則安裝最佳位置 依次為：1，3, 2,這與電壓穩定因子VSF的排序結果一致。但是，若從系統電壓穩定性整體效 果來看，則安裝最佳位置依次為：3,2，1，這與電壓控制敏感因子VCSF的排序結果相同。因 此，仿真結果充分說明了 VCSF的合理性和有效性。相比電壓穩定因子VSF，由基於電壓控制 敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置更有利於系統整體電壓穩定性能的改善。 [0043] 本實用新型提出了一種基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電 裝置。然後在PSCAD/EMTDC電磁暫態仿真程序中建立了仿真模型對所提出的直流輸電裝置 的有效性進行了驗證。實施例表明，基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸 電裝置能夠從整體上提高電壓穩定水平，是有效且經濟的。
【權利要求】
1.基於電壓控制敏感因子的最優無功補償多饋入直流輸電裝置，其特徵在於該裝置由 各條高壓直流輸電系統、受端交流系統和無功補償裝置三大部分組成：其中，各條高壓直流 輸電系統將直流電送入到換流器（1)，通過換流變壓器（2)與受端交流系統（3)連接，同時 無功補償裝置（4)對受端交流系統進行無功補償； 1) 高壓直流輸電系統 換流器將接收到的直流電逆變為交流電，再通過換流變壓器將交流電轉換為合適的電 壓等級饋入到換流母線節點處； 2) 受端交流系統 按照戴維南等值原理，電能傳輸到受端交流系統後，將各條直流的受端交流系統等值 為電壓源與等值阻抗串聯的形式，其等值電壓分別為從、U2、……、Un，等值阻抗分別為Ζρ Z 2、……、Zn，各條直流輸電線路之間的輸電網絡，等值為耦合阻抗Z12、Z nl、……、Z2n; 3) 無功補償裝置 確定無功補償裝置的安裝位置，首先計算多饋入直流輸電系統逆變站換流母線節點i 處的電壓穩定因子VSFp計算公式如下： VSF = U 1 Δρ 其中，Λ Q表示無功補償裝置在節點i處所提供無功的變化量，Λ Ui表示節點i在無 功變化量為Λ Q時節點電壓的改變量； 然後，計算節點i處的電壓變化對其他節點j的影響，即計算多饋入作用因子MIIFp 計算公式如下： , 、 M//F,. =-^ (2) 1 AU, 其中，Λ %表示當節點i處的電壓變化量為Λ A時節點j處電壓的改變量； 電壓穩定因子VSFi和多饋入作用因子MIIFm通過在相應的節點處施加無功和電壓擾 動，通過仿真的方法按上述公式計算得到； 最後，計算多饋入交直流系統中節點i處的電壓控制敏感因子VCSFy計算公式如下： η VCSFi = VSFrYjMIIFji (3) 7=1 按上述方法計算其他節點處的電壓控制敏感因子，並將其按照從大到小的順利依次排 列，然後將無功補償裝置安裝在電壓控制敏感因子最大點處。
【文檔編號】H02J3/36GK203911484SQ201420262193
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】洪潮, 李興源, 馮明, 趙勇, 周保榮, 姚文峰, 張東輝, 熊卿, 張帆, 樊麗娟 申請人:中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心, 四川大學