本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體講涉及一種降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)能源消費(fèi)與資源稟賦之間存在嚴(yán)重的空間異質(zhì)性，大規(guī)模及遠(yuǎn)距離的輸電要求促進(jìn)了超\特高壓直流工程的不斷建設(shè)和發(fā)展，目前華東和華南已經(jīng)形成了多饋入直流系統(tǒng)。隨著特高壓直流輸送功率越來(lái)越大，現(xiàn)有單層接入方式可能會(huì)在潮流疏散和電壓穩(wěn)定等方面引發(fā)一系列問(wèn)題，規(guī)劃中1000萬(wàn)千瓦及以上的特高壓直流輸電工程將廣泛使用分層接入技術(shù)，即直流系統(tǒng)逆變站的高端換流器和低端換流器通過(guò)換流變壓器接入不同電壓等級(jí)的受端電網(wǎng)。

與單層入接入方式直流輸電系統(tǒng)相比，分層接入方式直流輸電在增加系統(tǒng)運(yùn)行方式的靈活性和擴(kuò)大輸送容量的同時(shí)，也增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制的復(fù)雜性。我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行中的分層接入直流輸電存在如下問(wèn)題：

(1)無(wú)功補(bǔ)償不夠靈活,以固定電容器組補(bǔ)償為主。正常運(yùn)行情況下,換流裝置在工作過(guò)程中交流側(cè)需安裝大量的無(wú)功功率補(bǔ)償及濾波設(shè)備。固定式電容器組投切速度慢,在失負(fù)荷時(shí)換流站易發(fā)生無(wú)功過(guò)剩,造成換流母線過(guò)電壓；

(2)受端電網(wǎng)強(qiáng)度較弱。我國(guó)華東地區(qū)運(yùn)行電網(wǎng)非常復(fù)雜,部分直流落點(diǎn)附近交流系統(tǒng)電氣距離較遠(yuǎn),受端系統(tǒng)非常薄弱,而弱受端系統(tǒng)容易發(fā)生換相失敗,進(jìn)而對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊造成系統(tǒng)振蕩,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)解列。

龐大的分層接入直流輸電工程對(duì)高壓直流輸電的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及交直流系統(tǒng)的共同穩(wěn)定提出了更高的要求。因此尋找某種方法來(lái)提高與弱受端相連的分層接入直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析均表明動(dòng)態(tài)無(wú)功備用與電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,考慮通過(guò)優(yōu)化分層接入直流受端電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功源的備用容量，提高分層接入直流受端電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓支撐能力,從而降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。

因此，需要提供一種技術(shù)方案來(lái)滿(mǎn)足現(xiàn)有的技術(shù)需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的方法及系統(tǒng)，其方法包括：確定影響分層接入直流逆變側(cè)換流站的關(guān)鍵故障集合；調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力，對(duì)關(guān)鍵故障集合進(jìn)行時(shí)域仿真，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的無(wú)功電壓控制靈敏度；對(duì)m個(gè)無(wú)功電壓控制靈敏度進(jìn)行排序，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)；基于權(quán)重系數(shù)計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源無(wú)功備用容量后，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，利用內(nèi)點(diǎn)法求解動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

確定影響分層接入直流逆變側(cè)換流站的關(guān)鍵故障集合，具體包括：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行掃描故障后，根據(jù)故障嚴(yán)重情況確定影響分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站換相安全水平的關(guān)鍵故障集合。

調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力，對(duì)關(guān)鍵故障集合進(jìn)行時(shí)域仿真，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的無(wú)功電壓控制靈敏度，具體包括：對(duì)第j個(gè)故障fj分別計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i,j和tsil,i,j；對(duì)全部故障分別計(jì)算所述動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入所述直流逆變側(cè)高端換流站和所述低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i和tsil,i；對(duì)全部故障計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)的無(wú)功電壓控制靈敏度tsii。

對(duì)m個(gè)無(wú)功電壓控制靈敏度進(jìn)行排序，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)，具體包括：基于無(wú)功電壓控制靈敏度tsii對(duì)m個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功源進(jìn)行排序；以無(wú)功電壓控制靈敏度tsii的最大值tsimax為基準(zhǔn)，進(jìn)行歸一化處理后，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)pi。

權(quán)重系數(shù)pi的計(jì)算公式如下所示：

pi＝tsii/tsimax。

基于權(quán)重系數(shù)計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源無(wú)功備用容量后，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，利用內(nèi)點(diǎn)法求解所述動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，具體包括：動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量的計(jì)算公式如下所示：

其中，qgimax為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力上限，qgi為所述動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的當(dāng)前無(wú)功出力；

將動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量qrt作為動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

建立所述動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，具體包括：動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下所示：

動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的約束條件包括：潮流方程約束條件和變量約束條件；變量約束條件包括：控制變量約束條件和狀態(tài)變量約束條件。

潮流方程約束條件包括：

式中pgl和qgl分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；pll和qll分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；qcl為節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量；pdl和qdl分別為直流節(jié)點(diǎn)的有功輸入和無(wú)功輸入；glr和blr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電導(dǎo)和電納；vl和vr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r的電壓；δlr為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電壓相角差。

控制變量約束條件如下所示：

其中，ng為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)，nsvc為svg節(jié)點(diǎn)數(shù)、nsvg為statcom節(jié)點(diǎn)數(shù)、nc為并聯(lián)電容器節(jié)點(diǎn)數(shù)、nt為變壓器可調(diào)分接頭數(shù)和ndc為直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，vgimin和vgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)端電壓vgi的下限值和上限值，vsvcgmin和vsvcgmax分別為svc節(jié)點(diǎn)端電壓vsvcg的下限值和上限值，vsvghmin和vsvghmax分別為statcom節(jié)點(diǎn)端電壓vsvgh下限值和上限值，qcjmin和qcjmax分別為并聯(lián)電容器組補(bǔ)償容量qcj下限值和上限值，tkmin和tkmax分別為變壓器可調(diào)分接頭tk下限值和上限值，udlmin和udlmax分別為換流器控制電壓udl的下限值和上限值，idmmin和idmmax分別為控制電流idm的下限值和上限值、pdnmin和pdnmax分別為控制功率pdn的下限值和上限值，θdrmin和θdrmax分別為控制角θdr的下限值和上限值。

狀態(tài)變量約束條件如下所示：

其中，nl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)，qgimin和qgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)功出力qgi的下限值和上限值；bsvcgmin和bsvcgmax分別為svc電納bsvcg的下限值和上限值；isvghmin和isvghmax分別為statcom電流幅值isvgh的下限值和上限值，vlpmin和vlpmax分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓vlp的下限值和上限值。

其系統(tǒng)包括：確定模塊，用于確定影響分層接入直流逆變側(cè)換流站的關(guān)鍵故障集合；第一計(jì)算模塊，用于調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力，對(duì)關(guān)鍵故障集合進(jìn)行時(shí)域仿真，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的無(wú)功電壓控制靈敏度；第二計(jì)算模塊，用于對(duì)m個(gè)無(wú)功電壓控制靈敏度進(jìn)行排序，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)；優(yōu)化模型模塊，基于權(quán)重系數(shù)計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源無(wú)功備用容量后，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，利用內(nèi)點(diǎn)法求解動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

確定模塊，具體用于：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行掃描故障后，根據(jù)故障嚴(yán)重情況確定影響分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站換相安全水平的所述關(guān)鍵故障集合。

第一計(jì)算模塊，具體用于：對(duì)第j個(gè)故障fj分別計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i,j和tsil,i,j；

對(duì)全部故障分別計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i和tsil,i；

對(duì)全部故障計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)的無(wú)功電壓控制靈敏度tsii。

第二計(jì)算模塊，具體用于：基于無(wú)功電壓控制靈敏度tsii對(duì)m個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功源進(jìn)行排序；

以無(wú)功電壓控制靈敏度tsii的最大值tsimax為基準(zhǔn)，進(jìn)行歸一化處理后，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)pi。

權(quán)重系數(shù)pi的計(jì)算公式如下所示：

pi＝tsii/tsimax。

優(yōu)化模型模塊，具體用于：動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量的計(jì)算公式如下所示：

其中，qgimax為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力上限，qgi為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的當(dāng)前無(wú)功出力；將動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量qrt作為動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，具體包括：動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下所示：

動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的約束條件包括：潮流方程約束條件和變量約束條件；變量約束條件包括：控制變量約束條件和狀態(tài)變量約束條件。

潮流方程約束條件包括：

式中pgl和qgl分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；pll和qll分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；qcl為節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量；pdl和qdl分別為直流節(jié)點(diǎn)的有功輸入和無(wú)功輸入；glr和blr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電導(dǎo)和電納；vl和vr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r的電壓；δlr為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電壓相角差。

控制變量約束條件如下所示：

其中，ng為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)，nsvc為svg節(jié)點(diǎn)數(shù)、nsvg為statcom節(jié)點(diǎn)數(shù)、nc為并聯(lián)電容器節(jié)點(diǎn)數(shù)、nt為變壓器可調(diào)分接頭數(shù)和ndc為直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，vgimin和vgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)端電壓vgi的下限值和上限值，vsvcgmin和vsvcgmax分別為svc節(jié)點(diǎn)端電壓vsvcg的下限值和上限值，vsvghmin和vsvghmax分別為statcom節(jié)點(diǎn)端電壓vsvgh下限值和上限值，qcjmin和qcjmax分別為并聯(lián)電容器組補(bǔ)償容量qcj下限值和上限值，tkmin和tkmax分別為變壓器可調(diào)分接頭tk下限值和上限值，udlmin和udlmax分別為換流器控制電壓udl的下限值和上限值，idmmin和idmmax分別為控制電流idm的下限值和上限值、pdnmin和pdnmax分別為控制功率pdn的下限值和上限值，θdrmin和θdrmax分別為控制角θdr的下限值和上限值。

狀態(tài)變量約束條件如下所示：

其中，nl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)，qgimin和qgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)功出力qgi的下限值和上限值；bsvcgmin和bsvcgmax分別為svc電納bsvcg的下限值和上限值；isvghmin和isvghmax分別為statcom電流幅值isvgh的下限值和上限值，vlpmin和vlpmax分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓vlp的下限值和上限值。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明提出的方法，合理安排了動(dòng)態(tài)無(wú)功設(shè)備的備用容量，可用于電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行計(jì)算，為系統(tǒng)分析人員提供技術(shù)支撐，并有效降低分層接入直流換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)；

2、本發(fā)明通過(guò)時(shí)域仿真分析，可方便準(zhǔn)確地確定各動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的權(quán)重系數(shù)，并應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化的算法只能應(yīng)用于小系統(tǒng)的缺點(diǎn)；

3、本發(fā)明為降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)提供了優(yōu)化模型，提升交直流輸電通道輸送能力，改善電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有重大意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明分層接入方式下的直流單極等值電路圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施前后上海廟-山東直流逆變側(cè)熄弧角的對(duì)比曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析可知，動(dòng)態(tài)無(wú)功備用與電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,考慮通過(guò)優(yōu)化分層接入直流受端電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功源的備用容量，提高分層接入直流受端電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓支撐能力,從而降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。

如圖1所示，本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟1：確定影響分層接入直流逆變側(cè)高、低端換流站換相安全水平的關(guān)鍵故障集合；

其具體包括：采用電力系統(tǒng)分析軟件(psdpowertools)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行故障掃描，根據(jù)故障嚴(yán)重情況確定，影響分層接入直流逆變側(cè)高端及低端換流站換相安全水平的關(guān)鍵故障集合。

步驟2：調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源的無(wú)功出力，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源相對(duì)于分層接入直流逆變側(cè)高端及低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度；

其具體包括以下步驟：

步驟2-1：分別調(diào)整各動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力，并對(duì)關(guān)鍵故障再次進(jìn)行時(shí)域仿真；

步驟2-2：針對(duì)某故障fj，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i,j；

tsih,i,j計(jì)算公式如下所示：

其中，i＝1,2,…,m；nk為采樣點(diǎn)總數(shù)；tk為采樣時(shí)間；qi0為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的初始無(wú)功出力；δqi為調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力變化量；δqri為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功備用變化量；vh,j(tk,qi0+δqi)為調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力后，在故障fj下，分層接入直流逆變側(cè)高端換流站母線電壓在采樣時(shí)刻tk時(shí)的值；vh,j(tk,qi0)為調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力前，在故障fj下，分層接入直流逆變側(cè)高端換流站母線電壓在采樣時(shí)刻tk時(shí)的值。

步驟2-3：針對(duì)故障fj，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsil,i,j；

tsil,i,j計(jì)算公式如下所示：

其中，vl,j(tk,qi0+δqi)為調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力后，在故障fj下，分層接入直流逆變側(cè)低端換流站母線電壓在采樣時(shí)刻tk時(shí)的值；vl,j(tk,qi0)為調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力前，在故障fj下，分層接入直流逆變側(cè)低端換流站母線電壓在采樣時(shí)刻tk時(shí)的值。

步驟2-4：針對(duì)全部故障，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i；

tsih,i計(jì)算公式如下所示：

其中，nj為關(guān)鍵故障總數(shù)。

步驟2-5：針對(duì)全部故障，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsil,i；

tsil,i計(jì)算公式如下所示：

步驟2-6：針對(duì)全部故障，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsii；

tsii計(jì)算公式如下所示：

tsii＝tsih,i+tsil,i(5)

動(dòng)態(tài)無(wú)功源包括：發(fā)電機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器svc和靜止同步補(bǔ)償器statcom。

步驟3：對(duì)m個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功源進(jìn)行排序，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)；

具體包括以下步驟：

步驟3-1：根據(jù)無(wú)功電壓控制靈敏度指標(biāo)tsii對(duì)m個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功源進(jìn)行排序，tsii最大值表征該動(dòng)態(tài)無(wú)功源對(duì)降低分層接入直流換相失敗的貢獻(xiàn)程度最大，貢獻(xiàn)程度大的動(dòng)態(tài)無(wú)功源留出無(wú)功備用量；

步驟3-2：以tsii最大值tsimax為基準(zhǔn)，歸一化處理tsii，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)pi，有：

pi＝tsii/tsimax(6)

步驟4：計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源無(wú)功備用容量，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，并求解該動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，具體包括以下步驟：

步驟4-1：計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量；

動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量qrt的表達(dá)式如下所示：

其中，qgimax為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力上限，qgi為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的當(dāng)前無(wú)功出力；

步驟4-2：以提高動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量qrt作為動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型；

步驟4-3：采用內(nèi)點(diǎn)法求解該動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下所示；

動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的約束條件包括潮流方程約束和變量約束；變量約束為控制變量約束和狀態(tài)變量約束；

在動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力都滿(mǎn)足以下潮流方程：

其中，pgl和qgl分別為電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；pll和qll分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；qcl為節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量；pdl和qdl分別為直流節(jié)點(diǎn)的有功輸入和無(wú)功輸入；glr和blr分別為節(jié)點(diǎn)l和r之間的電導(dǎo)和電納；vl和vr分別為節(jié)點(diǎn)l和r的電壓；δlr為節(jié)點(diǎn)l和r之間的電壓相角差；

1)節(jié)點(diǎn)l在整流側(cè)換流母線上，pdl和qdl的計(jì)算公式如下所示：

其中，kp為換流器的極數(shù)；udr為整流側(cè)直流電壓；id為直流線路電流；kdr為整流側(cè)換流變壓器變比；b為每極的6脈波串聯(lián)橋數(shù)；vr為整流側(cè)的交流母線電壓幅值；

2)節(jié)點(diǎn)l在逆變側(cè)換流母線上，pdl和qdl的計(jì)算公式如下所示：

其中，udi為逆變側(cè)直流電壓；kdi為逆變側(cè)換流變壓器變比；vi為逆變側(cè)的交流母線電壓幅值；

如圖2所示分層接入方式下的等值電路圖,換流器的運(yùn)行特性可以由下面9個(gè)方程描述：

其中，下標(biāo)k表示逆變側(cè)單極各換流器編號(hào)；pdk和qdk為各換流器輸送的有功和無(wú)功，udk和idk為各換流器直流電壓和電流，γk和μk分別為相應(yīng)熄弧角和重疊角，uk和δk為逆變側(cè)各換流器所連交流母線的電圧和相角，bck為相應(yīng)交流濾波器和無(wú)功補(bǔ)償電容的等效電納，qck為相應(yīng)無(wú)功補(bǔ)償容量，zk和θk分別為各換流器所連交流系統(tǒng)等效阻抗的幅值和相角，ek和ψk分別為交流系統(tǒng)等效電動(dòng)勢(shì)的幅值和相角，ck和kk分別為與換流變壓器參數(shù)及直流系統(tǒng)相關(guān)的常數(shù)，其中ck＝π/(24xr2)，kk＝π/(6xr2)，xr2為等值換相電抗。

對(duì)于每個(gè)換流器，共有γk、μk、udk、idk、pdk、qdk、uk、δk、pack、qack和ek等11個(gè)變量。在分層接入方式下，直流單極逆變側(cè)兩個(gè)換流器(換流器i和換流器ii)共有18個(gè)方程，含有22個(gè)變量。

由于換流器i和換流器ii串聯(lián)，因此有：

idi＝id(13)

如果整流側(cè)采用定功率控制，忽略線路損耗，則有：

∑pdk＝pdr(14)

其中，pdr為整流側(cè)有功功率；如果整流側(cè)采用定電流控制，則有：

idi＝idr

idii＝idr(15)

分層接入方式下的直流電流可由式(2-1)擴(kuò)展為如下表示：

其中，udor是整流側(cè)單極直流空載電壓，α是整流側(cè)換流器觸發(fā)角，udoii和udoiii分別是逆變側(cè)正極兩個(gè)換流器的空載直流電壓，γi和γii分別是各自的熄弧角，rcr、rl和rci包含了換流器的換相電抗和直流線路電阻。

第m臺(tái)換流器的控制變量約束如下：

其中，ng、nsvc、nsvg、nc、nt和ndc分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)、svg節(jié)點(diǎn)數(shù)、statcom節(jié)點(diǎn)數(shù)、并聯(lián)電容器節(jié)點(diǎn)數(shù)、變壓器可調(diào)分接頭數(shù)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；vgi為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的端電壓，vgimin和vgimax分別為vgi的下限值和上限值；vsvcg為svc節(jié)點(diǎn)的端電壓，vsvcgmin和vsvcgmax分別為vsvcg的下限值和上限值；vsvgh為statcom節(jié)點(diǎn)的端電壓，vsvghmin和vsvghmax分別為vsvgh下限值和上限值；qcj為并聯(lián)電容器組的補(bǔ)償容量，qcjmin和qcjmax分別為qcj下限值和上限值；tk為變壓器可調(diào)分接頭，tkmin和tkmax分別為tk下限值和上限值；udl、idm、pdn和θdr分別為換流器控制電壓、控制電流、控制功率以及控制角，udlmin和udlmax、idmmin和idmmax、pdnmin和pdnmax、θdrmin和θdrmax分別表示相應(yīng)的下限值和上限值；

狀態(tài)變量約束如下：

其中，nl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)；qgi為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)功出力，bsvcg為svc電納，isvgh為statcom電流幅值，qgimin和qgimax分別為qgi的下限值和上限值；bsvcgmin和bsvcgmax分別為bsvcg的下限值和上限值；isvghmin和isvghmax分別為isvgh的下限值和上限值；vlp為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓幅值，vlpmin和vlpmax分別為vlp的下限值和上限值。

采用內(nèi)點(diǎn)法求解該動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型后，得到各無(wú)功源的優(yōu)化無(wú)功備用容量，即各無(wú)功源的優(yōu)化無(wú)功出力。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種降低分層接入直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)，下面進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明提供的系統(tǒng)可以包括：

確定模塊，用于確定影響分層接入直流逆變側(cè)換流站的關(guān)鍵故障集合；

第一計(jì)算模塊，用于調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力，對(duì)關(guān)鍵故障集合進(jìn)行時(shí)域仿真，并計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的無(wú)功電壓控制靈敏度；

第二計(jì)算模塊，用于對(duì)m個(gè)無(wú)功電壓控制靈敏度進(jìn)行排序，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)；

優(yōu)化模型模塊，基于權(quán)重系數(shù)計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源無(wú)功備用容量后，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，利用內(nèi)點(diǎn)法求解動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

實(shí)施中，所述確定模塊具體可以用于：利用電力系統(tǒng)分析軟件(psdpowertools)進(jìn)行故障掃描，根據(jù)故障嚴(yán)重情況確定影響分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站換相安全水平的所述關(guān)鍵故障集合。

第一計(jì)算模塊，具體用于：對(duì)第j個(gè)故障fj分別計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i,j和tsil,i,j；

對(duì)全部故障分別計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)高端換流站和低端換流站母線的無(wú)功電壓控制靈敏度tsih,i和tsil,i；

對(duì)全部故障計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源i相對(duì)分層接入直流逆變側(cè)的無(wú)功電壓控制靈敏度tsii。

第二計(jì)算模塊，具體用于：基于無(wú)功電壓控制靈敏度tsii對(duì)m個(gè)動(dòng)態(tài)無(wú)功源進(jìn)行排序；

以無(wú)功電壓控制靈敏度tsii的最大值tsimax為基準(zhǔn)，進(jìn)行歸一化處理后，計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功源的權(quán)重系數(shù)pi。

權(quán)重系數(shù)pi的計(jì)算公式如下所示：

pi＝tsii/tsimax。

優(yōu)化模型模塊，具體用于：動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量的計(jì)算公式如下所示：

其中，qgimax為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的無(wú)功出力上限，qgi為動(dòng)態(tài)無(wú)功源i的當(dāng)前無(wú)功出力；將動(dòng)態(tài)無(wú)功源備用容量qrt作為動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型。

建立動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型，具體包括：動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下所示：

動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型的約束條件包括：潮流方程約束條件和變量約束條件；變量約束條件包括：控制變量約束條件和狀態(tài)變量約束條件。

潮流方程約束條件包括：

式中pgl和qgl分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；pll和qll分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功出力和無(wú)功出力；qcl為節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量；pdl和qdl分別為直流節(jié)點(diǎn)的有功輸入和無(wú)功輸入；glr和blr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電導(dǎo)和電納；vl和vr分別為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r的電壓；δlr為節(jié)點(diǎn)l和節(jié)點(diǎn)r之間的電壓相角差。

控制變量約束條件如下所示：

其中，ng為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)，nsvc為svg節(jié)點(diǎn)數(shù)、nsvg為statcom節(jié)點(diǎn)數(shù)、nc為并聯(lián)電容器節(jié)點(diǎn)數(shù)、nt為變壓器可調(diào)分接頭數(shù)和ndc為直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，vgimin和vgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)端電壓vgi的下限值和上限值，vsvcgmin和vsvcgmax分別為svc節(jié)點(diǎn)端電壓vsvcg的下限值和上限值，vsvghmin和vsvghmax分別為statcom節(jié)點(diǎn)端電壓vsvgh下限值和上限值，qcjmin和qcjmax分別為并聯(lián)電容器組補(bǔ)償容量qcj下限值和上限值，tkmin和tkmax分別為變壓器可調(diào)分接頭tk下限值和上限值，udlmin和udlmax分別為換流器控制電壓udl的下限值和上限值，idmmin和idmmax分別為控制電流idm的下限值和上限值、pdnmin和pdnmax分別為控制功率pdn的下限值和上限值，θdrmin和θdrmax分別為控制角θdr的下限值和上限值。

狀態(tài)變量約束條件如下所示：

其中，nl為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)，qgimin和qgimax分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)功出力qgi的下限值和上限值；bsvcgmin和bsvcgmax分別為svc電納bsvcg的下限值和上限值；isvghmin和isvghmax分別為statcom電流幅值isvgh的下限值和上限值，vlpmin和vlpmax分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓vlp的下限值和上限值。

采用內(nèi)點(diǎn)法求解該動(dòng)態(tài)無(wú)功備用優(yōu)化模型后，得到各無(wú)功源的優(yōu)化無(wú)功備用容量，即各無(wú)功源的優(yōu)化無(wú)功出力。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。