[发明专利]直流输电系统换流母线电压稳定性评估的模型和评估方法

权利要求书

1、一种直流输电系统换流母线电压稳定性评估的模型，其特征在于至少包括有第一直流输电系统(1)及第二直流输电系统(2)两个直流输电系统，在直流输电系统(1)中，第一换流母线(3)通过第一换流变压器(4)与第一直流系统(5)连接，第一换流母线(3)通过第一等值导纳(6)和第一等值母线(7)与第一交流等值系统(8)连接；在直流输电系统(2)中，第二换流母线(15)通过第二换流变压器(16)与第二直流系统(17)连接，第二换流母线(15)通过第二等值导纳(18)和第二等值母线(19)与第二交流等值系统(20)连接；第一直流输电系统(1)通过联络线(9)与第二直流输电系统(2)连接，第一换流母线(3)及第二换流母线(15)分别与负荷连接。

2、根据权利要求1所述的直流输电系统换流母线电压稳定性评估的模型，其特征在于上述直流输电系统(1)中，第一换流母线(3)与五个负荷连接，分别为第一直流负荷(10)、第一交流负荷(11)、第一综合负荷(12)、第一并联电容负荷(13)和第一联络线负荷(14)。

3、根据权利要求1所述的直流输电系统换流母线电压稳定性评估的模型，其特征在于上述第二直流输电系统(2)中，第二换流母线(15)与五个负荷连接，分别为第二直流负荷(21)、第二交流负荷(22)、第二综合负荷(23)、第二并联电容负荷(24)和第二联络线负荷(25)。

4、一种根据权利要求1所述的直流输电系统换流母线电压稳定性的评估方法。其特征在于包括如下步骤：

1)确定电压稳定性因子(VSF)

设第一换流母线(3)上的总无功功率为Q₁，则其电压稳定性因子(VSF)为：

VSF=dV/VbdQ1/Qb|Pd0=Qb/VbdQ1/dV]]>

=Qb/VbdQa1/dV+dQ12/dV+dQL1/dV+dQd1/dV-dQC1/dV---(1)]]>

式中Q_b和V_b分别为基准容量和基准电压，分母各项为各部分的电压调节系数；如果VSF为正，则第一换流母线(3)电压是静态稳定的，VSF越小第一换流母线(3)的电压越稳定；如果VSF为负，则第一换流母线(3)电压是静态不稳定的，VSF绝对值越大换流母线电压越不稳定；

2)确定交流系统和联络线的电压调节系数

由第一换流母线(3)流入交流系统的视在功率为：

S_a1＝V{[(V-E_1d)-jE_1q]*(Y_1d+jY_1q)}^*

   ＝V(V-E_1d)Y_1d+VE_1qY_1q+j[VE_1qY_1d-V(V-E_1d)Y_1q]   (2)

式中的下标d和q分别表示该物理量的实部和虚部，它们可以根据该物理量的模和相角求得，由式(2)可得交流系统的电压调节系数为：

dQa1dV=d[VE1qY1d-V(V-E1d)Y1q]dV=Y1dE1q-2Y1qV+Y1qE1d---(3)]]>

同理可得联络线的电压调节系数为：

dQ12dV=Y12dV2q-2Y12qV+Y12qV2d---(4)]]>

3)确定综合负荷的电压调节系数

综合负荷的电压调节系统依具体情况而定，通常可取为：

dQL1dV=-1.6~-2.3---(5)]]>

4)确定并联电容和其他无功补偿装置的电压调节系数

并联电容提供的无功功率为Q_C1＝V²ωC，故其电压调节系数为：

dQC1dV=2VωC---(6)]]>

5)确定逆变器的电压调节系数

逆变器的电压调节系数与直流输电系统的控制方式有很大的关系，针对直流输电系统以下三种常见的控制方式，逆变器电压调节系数的计算方法分别如下：

(a)整流器定电流控制，逆变器定关断角控制

根据直流输电系统换流器运行的基本原理可得：

其中V为折算到换流变压器阀侧的交流母线线电压有效值，I_d0和γ₀分别为整流器电流和逆变器关断角的整定值，为逆变器的功率因数角，X_C为换相电抗，由式(7)和式(8)可得逆变器的电压调节系数dQ_d1/dV；

(b)整流器定功率控制，逆变器定关断角控制

根据直流输电系统换流器运行的基本原理可得：

V_dI_d+I_d²R＝P_d0    (11)

其中V_d为逆变侧直流电压，R为直流电阻，P_d0为整流侧直流功率的整定值，由式(9)至式(12)可得逆变器的电压调节系数dQ_d1/dV；

(c)整流器定电流控制，逆变器定直流电压控制

根据直流输电系统换流器运行的基本原理可得：

其中V_d0为逆变侧直流电压的整定值，由式(13)和式(14)可得逆变器的电压调节系数dQ_d1/dV；

6)确定多馈入直流输电系统电压调节系数耦合度

由式(1)，在多馈入直流输电系统中，某一直流输电子系统逆变侧换流母线电压会受到与其相连的另一直流输电子系统的影响，为了衡量其影响，定义多馈入直流输电系统中一个直流输电子系统对另一子系统的电压调节系数耦合度：

K=dQ12/dVdQ1/dV=dQ12/dVdQa1/dV+dQ12/dV+dQL1/dV+dQd1/dV-dQC1/dV---(20)]]>

上式中，电压调节系数耦合度K越大，表示两直流输电子系统间耦合越强，由式(20)和式(4)可知，两直流输电子系统之间的连接导纳(即电气距离)对其电压调节系数耦合度有很大的影响。