[发明专利]一种判断网架结构对交直流系统影响的评估方法

摘要

本发明涉及交直流电力系统规划与运行控制领域，具体涉及一种判断交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响程度的评估方法。基于交直流系统短路比和有效短路比定义，本发明得到交直流并/混联短路比计算公式，在此基础上提出了并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率的指标概念及其安全域，给出了理论计算方法与实用计算方法，并进一步将该指标和方法推广至一般交直流系统和多馈入直流系统。本发明建立了一种交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响评估的理论体系，可用于交直流电网规划和运行控制，解决了现有方法缺乏指导性指标的缺陷。

主权项

一种判断交流网架变化对直流系统短路比和有效短路比影响程度的评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)交直流并/混联系统的短路比和有效短路比计算方法根据直流系统短路比SCR和有效短路比ESCR的定义，若取交流系统的基准电压U为换流站交流母线的电压额定值UN，基准功率PdN取额定直流功率Pd，短路比和有效短路比可以表示为： SCR = S SC P dN = U N 2 P dN × 1 | Z | = 1 | Z | / Z B = 1 | Z pu | ESCR = S SC - Q C P dN = U N 2 P dN × ( 1 | Z | - B ) = 1 | Z | / Z B - B 1 / Z B = 1 | Z pu | - B pu - - - ( 1 ) 式中，SSC为系统换流母线短路容量，QC为滤波器和电容器无功补偿设备的无功出力，Z为系统等值阻抗，B为滤波器和电容器无功补偿等值电纳，ZB为基准功率和基准电压下的阻抗基准值，Zpu为系统等值阻抗标么值，Bpu为滤波器和电容器无功补偿等值电纳标么值；由于交直流并联系统送受端存在交流联络线，因此逆变端换流母线处的短路容量不仅与受端系统网架结构相关，还与送端系统和并联交流线路的强度密切相关： Z I = Z inverter ( Z rectifier + Z parallel ) Z inverter + Z rectifier + Z parallel - - - ( 2 ) 式中，Zinverter，Zrectifer和Zparallel分别为受端系统等值阻抗标么值、送端系统等值阻抗标么值，以及并联交流通道等值阻抗标么值；联立式(1)与(2)可得交直流并联系统短路比计算公式为： SCR AC - DC = 1 | Z pu | = 1 | Z inverter ( Z rectifier + Z parallel ) Z inverter + Z rectifier + Z parallel | - - - ( 3 ) = | Z inverter + Z rectifier + Z parallel Z inverter ( Z rectifier + Z parallel ) | 式(3)可以进一步写为如下形式： SCR AC - DC = | 1 Z rectifier + Z parallel + 1 Z inverter | - - - ( 4 ) 同样可得到交直流并联系统有效短路比计算公式为： ESCR AC - DC = 1 | Z pu | - B pu = | Z inverter + Z rectifier + Z parallel Z inverter ( Z rectifier + Z parallel ) | - B pu - - - ( 5 ) 式(5)也可以表示为： ESCR AC - DC = | 1 Z rectifier + Z parallel + 1 Z inverter | - B pu - - - ( 6 ) 根据式(4)和(6)可知：若送受端系统通过并联交流通道连接较为紧密，且送端为强系统，则并联交流通道等值阻抗对直流受端的SCRAC‑DC和ESCRAC‑DC大小影响较大；若送受端系统通过并联交流通道连接较为薄弱，且送端电网薄弱，则对直流受端的SCRAC‑DC和ESCRAC‑DC大小影响相对较小；(2)并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率指标的定义为了说明并联交流通道对短路比和有效短路比影响程度，引入“并联交流通道对短路比和有效短路比贡献率”的概念来评估该类问题，分别采用CRSCR和CRESCR描述。其具体形式如下： CR SCR = | 1 Z rectifier + Z parallel 1 Z rectifier + Z parallel + 1 Z inverter | = 1 | 1 + Z rectifier + Z parallel Z inverter | - - - ( 7 ) CR ESCR = | 1 Z rectifier + Z parallel | | 1 Z rectifier + Z parallel + 1 Z inverter | - B pu - - - ( 8 ) = 1 | 1 + Z rectifier + Z parallel Z inverter | - B pu × | Z rectifier + Z parallel | 式(7)和(8)中，CRSCR的范围为0＜CRSCR＜1；CRESCR的范围为0＜CRESCR＜1，并联通道和送端系统等值阻抗越大，CRSCR和CRESCR越小，对直流短路比和有效短路比影响越小；与此同时，受端系统越弱，CRSCR和CRESCR越大，并联交流通道与送端系统强度对直流短路比和有效短路比影响也越大；(3)CRSCR和CRESCR指标实用计算方法在实用计算分析中，采用等值阻抗的计算方法较为繁琐，通常需要采用类似常规短路比计算的公式描述，因此可得到与式(7)和(8)等价的形式： CR SCR = 1 - SCR AC - DC ′ SCR AC - DC = 1 - S SC ′ P d S SC P d = 1 - S SC ′ S SC = S SC - S SC ′ S SC - - - ( 9 ) CR ESCR = 1 - ESCR AC - DC ′ ESCR AC - DC = 1 - S SC ′ - Q C P d S SC - Q C P d = 1 - S SC ′ - Q C S SC - Q C = S SC - S SC ′ S SC - Q C - - - ( 10 ) 式中，SCRAC‑DC′和ESCRAC‑DC′分别为断开并联交流通道或送、受端交流系统中任意线路或元件情况下直流系统短路比和有效短路比大小，SCRAC‑DC和ESCRAC‑DC分别为正常情况下的短路比和有效短路比；SSC′为断开并联交流通道或送、受端交流系统中任意线路或元件情况下换流母线处系统短路容量大小，SSC为正常情况下的换流母线处系统短路容量大小；(4)CRSCR和CRESCR的安全域通常认为直流系统短路比小于3或有效短路比小于2，交直流系统稳定水平较差，在规划设计与运行方式安排中予以避免，特别是当短路比小于2或有效短路比小于1.5～1.7，交直流系统将难以运行，因此交直流系统对应有临界短路比值CSCR和临界有效短路比值CESCR；在实际应用中，该值并没有统一的取值，因此在一定范围内根据需要或工程要求分别给临界短路比值CSCR和临界有效短路比值CESCR一个估算值即可，因此，根据式(9)和(10)，可求解出CRSCR和CRESCR指标推荐安全域，即为：SCRAC‑DC′＝(1‑CRSCR)×SCRAC‑DC＜CSCR                           (11)求解可得CRSCR指标推荐安全域： CR SCR < CCR SCR CCR SCR = SCR AC - DC - CSCR SCR AC - DC - - - ( 12 ) 式(12)中，CCRSCR为CRSCR的临界值；同理，可以求解出CRESCR指标推荐安全域，即为： CR ESCR < CCR ESCR CCR ESCR = ESCR AC - DC - CESCR ESCR AC - DC - - - ( 13 ) 式(13)中，CCRESCR为CRESCR的临界值；因此，式(12)和(13)表明：当CRSCR或CRESCR超过计算公式所表示的临界值时，即说明该交直流并联系统交流通道对短路比影响过大，电网安全稳定运行存在一定的隐患。