[发明专利]一种含VSC-HVDC电力系统静态电压稳定极限的计算方法

摘要

本发明涉及一种含VSC‑HVDC电力系统静态电压稳定极限的计算方法，针对电压稳定性问题，考虑VSC‑HVDC电流限制等约束条件，通过戴维南等值求取交流系统等值支路参数，建立了含VSC‑HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定计算模型，研究VSC‑HVDC输电容量、控制策略等对系统电压稳定的影响。本发明为研究含VSC‑HVDC的交直流混合系统的静态电压稳定性提供了一种简捷、快速的计算方法，该计算方法能够全面反映VSC‑HVDC系统参数、控制策略及有功、无功出力与电压稳定极限等指标之间的关系，计算简便，物理概念清晰，便于工程应用。

主权项

1.一种含VSC‑HVDC电力系统静态电压稳定极限的计算方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：输入交流电网的参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：输入直流网络参数以及VSC‑HVDC换流器控制方式；步骤S3：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S4：计算VSC‑HVDC有功和无功运行范围；步骤S5：计算含VSC‑HVDC的交直流系统的PV曲线以及VQ曲线；步骤S6：计算最大传输功率；步骤S7：计算电压稳定指标；步骤S8：判断计算是否完成，否则转至所述步骤S3；在所述步骤S3中，获取交流系统与VSC‑HVDC等值电路，记VSC‑HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流电网的第i个节点之间的等值连接阻抗为Z₁∠θ₁＝R₁+jX₁，且根据该第i个节点确定的系统等值阻抗Z₂∠θ₂＝R₂+jX₂，通过PSD‑BPA计算软件获取交流系统戴维南等值阻抗中的R₂和X₂；在所述步骤S4中，获取交流系统与VSC‑HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC‑HVDC系统等值电路，计算直流侧功率：其中：δ_ik＝δ_i‑δ_k＝δ‑δ_k为节点i与节点k的电压相角差；M为换流器调制比，U_d为换流器直流侧电压，μ是PWM直流电压利用率，U_i表示节点i的电压幅值、U_k表示节点k的电压幅值；由上述两式可推得：其中，θ₁＝arctan(X₁/R₁)，VSC向交流系统输出无功时，Q_dc为正，其中，Z₁、R₁和X₁分别表示换流器与节点i之间的等值连接阻抗模、等值连接电阻和等值连接电抗；VSC‑HVDC运行时最大允许电流限制：对于受端系统，在VSC向系统输出无功情况下，有：其中，I_max为VSC‑HVDC最大允许电流；其中，在所述步骤S5中，获取交流系统与VSC‑HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC‑HVDC系统等值电路中的交流支路，计算交流侧功率：其中，P_ac表示交流支路注入节点i的有功功率，Q_ac表示交流支路注入节点i的无功功率，和分别为交流支路两端电压，Z₂表示根据该第i个节点确定的系统等值阻抗模，δ_ij＝δ_i‑δ_j＝δ；则可得：其中，θ₂＝arctan(X₂/R₂)；再根据：P_ac+P_dc＝P，Q_ac+Q_dc＝Q，获取电压解，其中，P表示交直流混联系统有功传输功率，Q表示交直流混联系统无功传输功率，U表示节点i的交流母线电压实际值，R₂和X₂分别表示根据该第i个节点确定的系统等值电阻和等值电抗，P_dc表示VSC‑HVDC注入节点i的有功功率，Q_dc表示VSC‑HVDC注入节点i的无功功率；且由于：则：通过上述两式获取含VSC‑HVDC的电力系统PV曲线，进而可以得到最大传输功率；无功电压关系式：通过上式获取含VSC‑HVDC的电力系统VQ曲线；其中，在所述步骤S6中，令：则：有唯一解，此时电压为临界电压；临界点的功率即为静态电压稳定的最大传输功率，为PV曲线上电压崩溃点处的有功功率；且含有VSC接入的交直流混联系统有功传输功率P为：其中，+表示VSC向交流系统注入有功功率，－表示交流系统向VSC注入有功功率；则静态电压稳定的最大传输功率P_max为：当忽略电阻R₂时，则有：当时，P_max为曲线P＝f(Q)与直线交点的P轴坐标值。