[发明专利]一种多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败的评估方法

说明书

本发明公开了一种多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败的评估方法。现有的评估方法，其在推导临界换相失败电压时未考虑直流电流的变化，准确性有待商榷。本发明采用的技术方案为：首先，分别基于系统的结构参数和运行状态推导出各回直流换相失败的临界换流母线电压；其次，依据换流母线的自阻抗、故障点的电气距离和多馈入短路比确定各回直流的支撑能力；最后，基于临界电压和支撑能力评估各回直流的换相失败情况。本发明在评估支撑能力时，同时考虑了多馈入短路比、故障点的电气距离等因素，且从系统结构和运行状态两方面综合确定换相失败临界电压，与现有的评估方法相比能更加准确地反映直流支撑能力及换相失败情况。

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定分析领域，尤其是一种多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败的评估方法。

背景技术

为有效解决能源结构和电力需求之间日益突出的矛盾，保障电网经济可靠的稳定运行，大规模区域电网的互联应运而生，我国的电网结构已经基本形成了“西电东送、南北互供、全国联网”的总体格局，覆盖了全国大部分地区，成为世界上最大的电网之一。然而我国煤炭资源保有储量的四分之三以上分布在西北部地区，水能资源的五分之四分布在西部，四川、云南、西藏三省区水电技术可开发容量超过三亿千瓦，而中东部地区的国民生产总值占全国的五分之四以上。由此可见，一次能源与主要负荷分布之间的不平衡性必然引起我国电能大量的长距离、跨区域流动。与交流输电方式相比，直流输电方式具有众多明显优点。直流输电线路造价低、寿命长、输送容量大、损耗小且不需要装设抵消电容效应的并联电容器，能够通过控制系统实现线路输送的有功和换流器消耗无功的快速调节，从而提高交流系统频率和电压的稳定性，在大容量、远距离输电中具有很强的经济性。因此，高压直流输电工程成为解决我国长距离、大容量输电及区域联网问题的主要方式，基于晶闸管的传统直流输电以其在大容量远距离输电的优势得到了广泛应用，直流密集接入同一交流电网形成了复杂的多馈入直流系统，给电力系统的安全稳定带来了新的挑战。

换相失败是直流输电系统中最常见的故障之一，其是指在换相过程中退出导通的阀在反向电压的作用下未能及时恢复阻断能力，或者在反向电压作用期间换相过程未能结束，使本该关断的阀在正向电压作用下重新导通的现象。阀运行中的熄弧角过小是造成换相失败的根本原因，当其低于阀固有极限熄弧角将导致换相失败。华东、华南等典型的多馈入直流系统多次出现换相失败，仅2017年1-9月，华东地区因交流故障导致直流发生换相失败20次，严重威胁系统的安全稳定运行。直流逆变侧若发生换相失败，则可能在功率传输、无功电压、保护装置、暂态稳定等多方面影响交流系统的安全稳定运行。

因此准确评估直流支撑能力及换相失败风险具有重要的意义。相关研究分别基于直流换流母线短路阻抗和交流系统网架结构角度，提出换相失败免疫因子和多馈入短路比等指标评估直流支撑能力，但关注面单一、未能将二者有效结合，且忽略了故障点与换流母线间电气距离对直流支撑能力的影响。对于换相失败的评估，现有研究大多从交流系统层面以换流母线电压作为换相失败的判断指标，以极限熄弧角推导换相失败的临界换流母线电压，但在推导临界换相失败电压时未考虑直流电流的变化，其准确性有待商榷。

发明内容

针对上述问题，为有效结合多方面因素，准确评估多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败，本发明提供一种多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败的评估方法。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种多馈入直流系统直流支撑能力及换相失败的评估方法，其包括步骤：

A、分别依据直流系统结构参数和运行状态计算各回直流的换相失败临界电压U_cr1、U_cr2；

B、建立交流系统的等值阻抗矩阵，依据换流母线的自阻抗、离故障点的电气距离和多馈入短路比评估故障后各回直流的支撑能力；

C、基于临界电压和支撑能力评估各回直流的换相失败情况。

作为上述评估方法的补充，步骤A中：