本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和靈活調(diào)控的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展是一個動態(tài)的演變過程，除受一次能源和負荷分布影響外，還受技術(shù)成熟度、經(jīng)濟性、環(huán)境以及國家政策等因素影響。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在電源接入和負荷供電需求的推動下逐步形成，在跨區(qū)資源優(yōu)化配置激勵下聯(lián)網(wǎng)擴大。電網(wǎng)具有系統(tǒng)性，隨著網(wǎng)源結(jié)構(gòu)的變化，其運行靈活性和安全穩(wěn)定性均會出現(xiàn)較大的變化，因此在電網(wǎng)發(fā)展過程中，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)功能特征、針對安全穩(wěn)定突出矛盾，適時開展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，改善潮流分布合理性、提高電網(wǎng)輸電能力和運行靈活性、增強電網(wǎng)抗擾動沖擊能力，避免電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴大、送受電容量提升以及交直流混聯(lián)等因素，給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來的不利影響。特高壓直流送電容量大，在提升電網(wǎng)跨大區(qū)資源優(yōu)化配置能力的同時，也給電網(wǎng)的潮流分布特性以及安全穩(wěn)定性帶來顯著變化；另一方面，直流在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下，具有快速的有功功率調(diào)節(jié)能力，充分合理的利用該功能，可提高大擾動暫態(tài)穩(wěn)定水平、改善受擾后動態(tài)恢復(fù)特性。在多直流集中送出或饋入的電網(wǎng)，主網(wǎng)架規(guī)劃除考慮安全性、可靠性等因素外，還需進一步考慮多回直流之間潮流靈活轉(zhuǎn)運的緊急功率支援能力。此外，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整會對電網(wǎng)主要電站短路電流水平產(chǎn)生影響，在滿足所有電站短路電流在斷路器遮斷容量之內(nèi)且具有一定裕度的前提下，從整體上看，應(yīng)盡量減小網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整對各電站短路電流的影響。針對多直流送出和饋入電網(wǎng)，定義多直流緊急功率支援能力的定量評價指標以及短路電流整體偏差的定量評價指標，并將其納入電網(wǎng)規(guī)劃流程，則有利于構(gòu)建結(jié)構(gòu)堅強、運行靈活，且能充分發(fā)揮直流緊急功率支援功能的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1).根據(jù)一次能源與負荷用電特性，建立交直流混聯(lián)目標規(guī)劃電網(wǎng)的網(wǎng)架和夏季大負荷方式與冬季大負荷方式數(shù)據(jù)；(2).進行電網(wǎng)特性評估；(3).擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案；(4).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進行綜合技術(shù)評估；(5).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進行技術(shù)經(jīng)濟性分析；(6).確定網(wǎng)架優(yōu)化方案。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，收集和梳理多直流送出或饋入電網(wǎng)的一次能源供給能力、各類電源發(fā)電能力以及負荷用電特性，確定各區(qū)域及重要輸電斷面潮流水平；結(jié)合網(wǎng)、源規(guī)劃發(fā)展時序，構(gòu)建各個典型運行方式下的電網(wǎng)分析計算數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，所述典型運行方式包括：夏季大負荷方式與冬季大負荷方式。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟2中，針對各個典型運行方式，開展的特性分析包括：潮流分布分析、靜態(tài)安全分析、短路電流計算以及暫態(tài)穩(wěn)定評估。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟3中，利用電力系統(tǒng)仿真計算軟件，結(jié)合靜態(tài)安全分析、短路電流計算以及大擾動故障穩(wěn)定性評估，全面梳理電網(wǎng)潮流分布特征、潮流轉(zhuǎn)移分配能力、大擾動沖擊抵御能力、短路電流水平與裕度和重要送受電斷面輸電能力，識別電網(wǎng)潮流輸送瓶頸環(huán)節(jié)和安全穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟4中，綜合技術(shù)評估包括：安全穩(wěn)定性評估、輸電能力、多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標σ。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi，如下式所示：式中，TFi為多直流系統(tǒng)中其他直流對直流i的緊急功率支援能力系數(shù)、n為多直流系統(tǒng)直流條數(shù)、k為直流穩(wěn)態(tài)過負荷系數(shù)、PN為直流額定送電功率、d和q均為系統(tǒng)中直流的編號、Zid為直流i與直流d間聯(lián)系阻抗；在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，TFi數(shù)值越大，表明多直流緊急功率支援能力越強，反之則越弱。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，Zid采用近似求解方法，如下式所示：本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，短路電流整體偏差影響定量評估指標σ，如下式所示：式中N為考察的樞紐電站個數(shù)，Ik0和Ik為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后電站k的短路電流。σ數(shù)值越小，表明網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電網(wǎng)短路電流水平的整體影響程度越?。环粗?，則越大。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟6中，計及多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標σ定量評估指標，并結(jié)合安全穩(wěn)定性、輸電能力和技術(shù)經(jīng)濟性，確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建；結(jié)合多直流系統(tǒng)中各回直流的額定送電容量、過負荷系數(shù)、換流站間電氣聯(lián)系阻抗等電氣量，構(gòu)建多直流緊急功率支援能力系數(shù)TF；定義網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化對電站短路電流整體偏差的定量評價指標σ；將指標應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選流程，指導構(gòu)建結(jié)構(gòu)堅強、調(diào)控靈活、運行可靠的多直流送出或受入電網(wǎng)；再者，可以提高多直流送出或饋入電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的科學性，為構(gòu)建網(wǎng)架堅強、調(diào)控靈活、運行可靠的多直流送出或饋入電網(wǎng)提供重要技術(shù)支撐。附圖說明圖1為應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的流程圖。圖2為不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下各直流階躍功率所對應(yīng)的電壓跌落特性的示意圖。具體實施方式一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1).根據(jù)一次能源與負荷用電特性，建立交直流混聯(lián)目標規(guī)劃電網(wǎng)的網(wǎng)架和夏季大負荷方式、冬季大負荷方式數(shù)據(jù)；(2).進行電網(wǎng)特性評估；(3).擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案；(4).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進行綜合技術(shù)評估；(5).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進行技術(shù)經(jīng)濟性分析；(6).確定網(wǎng)架優(yōu)化方案。在所述步驟1中，收集和梳理多直流送出或饋入電網(wǎng)的一次能源供給能力、各類電源發(fā)電能力以及負荷用電特性，確定各區(qū)域及重要輸電斷面潮流水平；結(jié)合網(wǎng)、源規(guī)劃發(fā)展時序，構(gòu)建各個典型運行方式下的電網(wǎng)分析計算數(shù)據(jù)。在所述步驟2中，針對各個典型運行方式，開展的特性分析包括：潮流分布分析、靜態(tài)安全分析、短路電流計算以及暫態(tài)穩(wěn)定評估。在所述步驟3中，利用電力系統(tǒng)仿真計算軟件，結(jié)合靜態(tài)安全分析、短路電流計算以及大擾動故障穩(wěn)定性評估，全面梳理電網(wǎng)潮流分布特征、潮流轉(zhuǎn)移分配能力、大擾動沖擊抵御能力、短路電流水平與裕度和重要送受電斷面輸電能力，識別電網(wǎng)潮流輸送瓶頸環(huán)節(jié)和安全穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案。在所述步驟4中，綜合技術(shù)評估包括：安全穩(wěn)定性評估、輸電能力、多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標σ。多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi，如下式所示：式中，TFi為多直流系統(tǒng)中其他直流對直流i的緊急功率支援能力系數(shù)、n為多直流系統(tǒng)直流條數(shù)、k為直流穩(wěn)態(tài)過負荷系數(shù)、PN為直流額定送電功率、d和q均為系統(tǒng)中直流的編號、Zid為直流i與直流d間聯(lián)系阻抗；在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，TFi數(shù)值越大，表明多直流緊急功率支援能力越強，反之則越弱。Zid采用近似求解方法，如下式所示：短路電流整體偏差影響定量評估指標σ，如下式所示：式中N為考察的樞紐電站個數(shù)，Ik0和Ik為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后電站k的短路電流。σ數(shù)值越小，表明網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電網(wǎng)短路電流水平的整體影響程度越小；反之，則越大。在所述步驟6中，計及多直流緊急功率支援能力定量評估指標TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標σ定量評估指標，并結(jié)合安全穩(wěn)定性、輸電能力和技術(shù)經(jīng)濟性，確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的詳細說明。(1)建立多直流送出電網(wǎng)的典型運行方式數(shù)據(jù)以2014年四川多直流送出電網(wǎng)為例，收集網(wǎng)源建設(shè)時序和負荷發(fā)展預(yù)測等數(shù)據(jù)，開展電力電量平衡分析，確定豐水期四川電網(wǎng)的典型運行方式。2014年，四川電網(wǎng)向家壩電站、錦屏和官地電站、溪洛渡電站等大型水電基地機組均已建成投運，復(fù)奉、錦蘇和溪浙三回特高壓直流可分別按額定功率6400MW、7200MW和8000MW送電；四川交流外送通道黃巖-萬縣、洪溝-板橋外送電4000MW；四川網(wǎng)內(nèi)川西交流外送通道譚家灣-南充、尖山-眉山、龍泉-資陽合計外送2000MW；四川網(wǎng)內(nèi)負荷水平27527MW。(2)電網(wǎng)特性詳細評估及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化待選方案確定利用電力系統(tǒng)潮流與機電暫態(tài)仿真軟件，針對2014年四川目標規(guī)劃網(wǎng)架典型運行方式，進行靜態(tài)安全分析、短路電流評估以及大擾動暫態(tài)穩(wěn)定性分析，識別電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)運瓶頸環(huán)節(jié)和暫態(tài)穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)。研究表明，川南500kV東縱通道資陽-內(nèi)江-洪溝-瀘州與西縱通道東坡-南天-樂山-沐川-敘府是四川網(wǎng)內(nèi)“西電東送”和“北電南送”的重要功率匯集與轉(zhuǎn)運分配通道，同時也是錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間相互聯(lián)絡(luò)的重要通道。由于縱向兩個通道間缺少直接的橫向電氣聯(lián)系，大環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)將使得西部水電外送電力，需迂回送至特高壓直流端口和交流外送通道，影響潮流的靈活組織和調(diào)控。另一方面，特高壓直流故障后，錦蘇直流與復(fù)奉、溪浙直流相互功率支援時，大容量潮流長距離迂回轉(zhuǎn)移也將會使電網(wǎng)所承受的沖擊威脅增大，無功損耗增加，不利于系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行。綜合四川電網(wǎng)靜態(tài)與動態(tài)特性分析，為提高特高壓多直流送端電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移匯集能力和多直流緊急功率支援能力，應(yīng)針對目標規(guī)劃網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化。待選的川南縱向通道間橫向電氣聯(lián)系的加強方案，分別如下：方案一、構(gòu)建內(nèi)江-南天橫向通道；方案二、構(gòu)建內(nèi)江-樂山橫向通道；方案三、構(gòu)建瀘州-沐川橫向通道。(3)定量評估網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案所對應(yīng)的直流緊急功率支援能力首先應(yīng)用電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真軟件，針對錦蘇、復(fù)奉和溪浙特高壓直流做功率提升和回降階躍擾動，記錄與不同階躍功率水平值相對應(yīng)的換流站電壓跌落情況。以錦蘇直流功率回降、復(fù)奉直流功率提升為例，不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下，各種功率階躍水平所對應(yīng)的電壓跌落特性，如圖2所示。應(yīng)用公式近似計算不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下，裕隆換流站與復(fù)龍換流站、雙龍換流站間的電氣阻抗，如表1所示。從計算結(jié)果可以看出，隨著橫向通道南移，裕隆換流站與復(fù)龍換流站、雙龍換流站間的電氣距離將趨于緊密，相互之間的潮流轉(zhuǎn)移能力逐步增強。表1不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下特高壓直流換流站間近似電氣阻抗網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案裕隆-復(fù)龍間近似電氣阻抗裕隆-雙龍間近似電氣阻抗增加內(nèi)江-南天通道6.29×10-36.34×10-3增加內(nèi)江-樂山通道5.92×10-36.12×10-3增加瀘州-沐川通道5.86×10-36.06×10-3考慮復(fù)奉±800kV/6400MW、錦蘇±800kV/7200MW以及溪浙±800kV/6400MW三回特高壓直流的穩(wěn)態(tài)過負荷系數(shù)均為1.1，根據(jù)表1計算結(jié)果，利用式計算不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，裕隆換流站與復(fù)龍、雙龍換流站之間的緊急功率支援能力系數(shù)TF，計算結(jié)果如表2所示。表2不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下特高壓直流換流站間近似電氣阻抗網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案裕隆與復(fù)龍、雙龍間潮流轉(zhuǎn)移能力系數(shù)TF增加內(nèi)江-南天通道158.28×10-3增加內(nèi)江-樂山通道165.85×10-3增加瀘州-沐川通道167.51×10-3TF的計算結(jié)果表明，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)江-南天、內(nèi)江-樂山以及瀘州-沐川三種方案，錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間潮流轉(zhuǎn)移能力依次增強。且從定量數(shù)值上看，方案二、三較方案一效果更為明顯，方案二和方案三之間的差異則相對較小。(4)定量評估網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電站短路電流整體偏差的影響三種待選方案，對四川電網(wǎng)500kV樞紐變電站短路電流水平的影響，如表3所示。從計算結(jié)果可以看出，各種優(yōu)化方案下500kV站點短路電流均有所增大，但斷路器均具有一定的遮斷裕度。三種方案中，相對增幅最大的站點方案一較多，方案三次之，方案二僅在樂山接入點增幅最大。在所列出的主要樞紐點中，方案一至方案三短路電流整體偏差定量評估指標σ依次減小，即方案三電網(wǎng)短路電流水平整體影響相對最小，方案二次之，方案一影響最大。表3不同橫向通道增設(shè)方案對川南主要500kV電站短路電流水平影響(單位：kA)站點東坡南天樂山沐川敘府資陽內(nèi)江洪溝瀘州指標σ無51.75344.01137.17836.01840.44842.10238.87250.05740.172-內(nèi)江-南天52.32147.92446.48639.10540.92443.73547.85753.51140.3174.8內(nèi)江-樂山53.19952.54840.28837.18540.76343.80848.39154.06740.5954.6瀘州-沐川52.24945.31839.45141.18640.83042.33939.29251.10644.5992.5(5)綜合計算結(jié)果與規(guī)劃經(jīng)驗確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案川南橫向通道的三種增設(shè)方案，即增設(shè)內(nèi)江-南天、內(nèi)江-樂山或瀘州-沐川通道，從錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間緊急功率支援能力角度，以及對四川500kV主干輸電網(wǎng)中樞紐變電站短路電流整體影響的角度上看，優(yōu)選次序應(yīng)為瀘州-沐川、內(nèi)江-樂山、內(nèi)江-南天。瀘州-沐川方案下，川南將形成沐川-敘府-瀘州三角形小環(huán)網(wǎng)，有利于提升復(fù)龍地區(qū)潮流匯集能力和抵御故障沖擊能力。但該方案所建瀘州-沐川交流通道，其兩端變電站位于或接近川南縱向通道的末端，因此不利于改善川南500kV大環(huán)網(wǎng)導致的縱向通道間潮流調(diào)度控制困難、環(huán)網(wǎng)故障解開后潮流大范圍轉(zhuǎn)移等不利影響。綜合以上分析，加強川南橫向通道間電氣聯(lián)系的方案可考慮增加內(nèi)江-東坡雙回線路。(6)優(yōu)選方案對提升輸電能力的計算分析四川網(wǎng)內(nèi)增加內(nèi)江-東坡500kV橫向通道，可改善正常運行方式下的潮流分布以及故障后潮流轉(zhuǎn)移能力，如表4所示。復(fù)龍受電能力可提升至4858.6MW，較無該通道的受電能力提升約1441MW。表4內(nèi)江-東坡橫向通道對復(fù)龍地區(qū)受電能力的影響(單位：MW)需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。