本發(fā)明涉及廣義短路比的分析方法，具體地說一種線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法。
背景技術(shù)：
：直流輸電較交流輸電而言，在對(duì)具有間歇性、隨機(jī)性等特點(diǎn)的可再生能源的接納及遠(yuǎn)距離、大容量、跨區(qū)域輸電上均具有巨大優(yōu)勢(shì)。隨著直流輸電技術(shù)發(fā)展，饋入東部沿海負(fù)荷中心的直流線路日益增多，這些電氣距離較近的直流線路和交流受端電網(wǎng)一起構(gòu)成了多饋入直流輸電系統(tǒng)(multi-infeeddirectcurrent，MIDC)。目前，華東和南方電網(wǎng)已經(jīng)形成多饋入格局，成為一個(gè)大規(guī)模、高密集多饋入交直流混聯(lián)電網(wǎng)。與交流輸電系統(tǒng)相比，電網(wǎng)換相換流器高壓直流輸電系統(tǒng)(linecommutatedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，LCC-HVDC，其運(yùn)行需要一定強(qiáng)度的交流系統(tǒng)提供換相支撐，稱為受端交流電網(wǎng)強(qiáng)度。單饋入系統(tǒng)中常使用短路比(shortcircuitratio,SCR)指標(biāo)來刻畫交流系統(tǒng)強(qiáng)度。目前，多饋入系統(tǒng)中衡量受端電網(wǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)較多基于CIGRE直流工作組提出的多饋入直流短路比定義(MISCR)及多饋入相互作用因子指標(biāo)(multi-infeedinteractionfactor，MIIF)，但是上述工作都沒有從本質(zhì)上解決多饋入短路比物理意義不明確的問題。近期國(guó)內(nèi)學(xué)者通過分析多饋入系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，從單饋入短路比概念中引伸出多饋入廣義短路比的定義，解決了多饋入短路比物理意義不明確的問題，而且從理論上說明了臨界和邊界短路比可以用于區(qū)分受端交流電網(wǎng)的強(qiáng)弱。然而，廣義短路比的推導(dǎo)需要基于兩個(gè)假設(shè)條件：線路電阻遠(yuǎn)小于線路電抗，直流間聯(lián)絡(luò)線功率遠(yuǎn)小于傳輸極限。線路的阻抗角和直流間聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比的影響并沒有明確的分析。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法，其基于廣義短路比的定義，在推導(dǎo)時(shí)考慮線路阻抗及聯(lián)絡(luò)線功率，并利用仿真分析其對(duì)廣義短路比的影響。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法，其包括線路阻抗對(duì)臨界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：1)考慮到多饋入直流系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng))戴維南等效阻抗含虛部，在計(jì)算廣義短路比時(shí)取Z＝|Z|，其中阻抗角為δ，70°≤δ≤90°；2)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)使得系統(tǒng)在額定功率下滿足GSCR＝2，仿真計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)極限注入功率和電流；3)若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流大于額定電流，表明此時(shí)臨界短路比小于設(shè)定值，等比例增加戴維南等效阻抗并計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和電流；若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流小于額定電流，表明此時(shí)臨界短路比大于設(shè)定值，等比例減小戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和電流，直至系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流等于額定電流，極限功率等于額定功率，此時(shí)得到的GSCR為實(shí)際臨界廣義短路比。進(jìn)一步地，上述線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法還包括線路阻抗對(duì)邊界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：1)首先選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)使得系統(tǒng)在額定功率下滿足GSCR＝3，仿真計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角；2)若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角大于30°，表明此時(shí)邊界短路比小于設(shè)定值，等比例增加戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角；若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角小于30°，表明此時(shí)邊界短路比大于設(shè)定值，等比例減小戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角，直至系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角等于30°，此時(shí)得到的GSCR為實(shí)際邊界廣義短路比。進(jìn)一步地，上述線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法還包括聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)邊界短路比和臨界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：設(shè)定兩饋入直流系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)線阻抗分別為±0.5p.u.，聯(lián)絡(luò)線上的功率為500MW，分別計(jì)算此條件下系統(tǒng)臨界廣義短路比(GSCR＝2)和邊界廣義短路比(GSCR＝3)處的極限運(yùn)行參數(shù)(包括直流功率和直流電流)，及系統(tǒng)的實(shí)際臨界和邊界廣義短路比，求取系統(tǒng)實(shí)際臨界和邊界短路比的方法與前述相同。進(jìn)一步地，通過靜態(tài)電壓穩(wěn)定的極限點(diǎn)分岔方法，建立得到多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程，由電網(wǎng)檢測(cè)得到直流輸送功率對(duì)角矩陣并轉(zhuǎn)換為逆矩陣diag-1(P1,...,Pn)，n表示交直流系統(tǒng)中直流的總數(shù)，P表示直流功率；由受端交流電網(wǎng)通過戴維南等效得到等值導(dǎo)納矩陣B，將逆矩陣diag-1(P1,...,Pn)與等值導(dǎo)納矩陣B代入系統(tǒng)特征方程中進(jìn)行求解，得到多饋入直流系統(tǒng)的廣義短路比。進(jìn)一步地，多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程采用雅克比方程，表示為：直流系統(tǒng)整體上采用送端定有功功率、受端定熄弧角控制模式時(shí)，直流輸送功率與逆變站交流母線電壓的幅值幾乎無關(guān)根據(jù)多饋入直流系統(tǒng)換流器及其一次電氣特性PNi為額定直流輸送功率，Pi為直流實(shí)際輸送功率，Ui為逆變側(cè)交流母線電壓，Ti表示直流特性，下標(biāo)i表示第i條直流系統(tǒng)；上述H,N,J,L分別為多饋入直流系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)的雅克比矩陣奇異，滿足Jeq定義為擴(kuò)展雅克比矩陣，其表達(dá)式為：Jeq＝-DB，其中，D＝diag-1(PNi)，所述的廣義短路比，其定義為多饋入直流系統(tǒng)的擴(kuò)展雅克比矩陣的最小特征根；在考慮交直流系統(tǒng)中線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率后，上述H,N,J,L分別為式中Ui為節(jié)點(diǎn)i的電壓向量幅值；θij＝θi-θj，為節(jié)點(diǎn)i、j兩節(jié)點(diǎn)電壓的相角差；Gij、Bij為戴維南節(jié)點(diǎn)等效導(dǎo)納矩陣Yij＝Gij+jBij中的元素；Gii、Bii為戴維南節(jié)點(diǎn)等效導(dǎo)納矩陣Yii＝Gii+jBii中的元素，Qi為第i個(gè)逆變側(cè)交流母線處的直流無功功率；上式表明線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)對(duì)臨界和邊界短路比大小產(chǎn)生影響。本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明基于廣義短路比的定義，提出了一種線路阻抗和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響的分析方法，在考慮線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率的情況下重新計(jì)算了系統(tǒng)的臨界和邊界短路比，與基于前述兩個(gè)假設(shè)條件下計(jì)算出的廣義短路比相比，數(shù)值變化不超過5％，表明線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)廣義短路比影響不大，工程上可以用廣義短路比來區(qū)分交流電網(wǎng)的強(qiáng)度。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中交直流混聯(lián)多饋入直流系統(tǒng)戴維南等效圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中DIGSILNT使用的CIGRE直流經(jīng)典模型。圖3為本發(fā)明中實(shí)際臨界廣義短路比計(jì)算流程示意圖。圖4為本發(fā)明中實(shí)際邊界廣義短路比計(jì)算流程示意圖。圖5-6分別為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中系統(tǒng)實(shí)際邊界短路比和臨界短路比與阻抗角的關(guān)系曲線圖。圖7-8為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中系統(tǒng)實(shí)際邊界短路比和臨界短路比與聯(lián)絡(luò)線功率的關(guān)系曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，當(dāng)交直流混聯(lián)多饋入直流系統(tǒng)運(yùn)行到穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)電壓為額定電壓，且多饋入直流的控制方式、控制參數(shù)和運(yùn)行點(diǎn)相同，其中控制方式都為定功率定熄弧角控制。通過靜態(tài)電壓穩(wěn)定的極限點(diǎn)分岔方法，建立得到多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程，由電網(wǎng)檢測(cè)得到直流輸送功率對(duì)角矩陣并轉(zhuǎn)換為逆矩陣diag-1(P1,...,Pn)，n表示交直流系統(tǒng)中直流的總數(shù)，P表示直流功率；由受端交流電網(wǎng)通過戴維南等效得到等值導(dǎo)納矩陣B，將逆矩陣diag-1(P1,...,Pn)與等值導(dǎo)納矩陣B代入系統(tǒng)特征方程中進(jìn)行求解，得到多饋入直流系統(tǒng)的廣義短路比。多饋入直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特征方程采用雅克比方程，表示為：直流系統(tǒng)整體上采用送端定有功功率、受端定熄弧角控制模式時(shí)，直流輸送功率與逆變站交流母線電壓的幅值幾乎無關(guān)根據(jù)多饋入直流系統(tǒng)換流器及其一次電氣特性PNi為額定直流輸送功率，Pi為直流實(shí)際輸送功率，Ui為逆變側(cè)交流母線電壓，Ti表示直流特性，下標(biāo)i表示第i條直流系統(tǒng)；上述H,N,J,L分別為多饋入直流系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)雅克比矩陣奇異，滿足Jeq定義為擴(kuò)展雅克比矩陣，其表達(dá)式為：Jeq＝-DB，其中，D＝diag-1(PNi)，所述的廣義短路比，其定義為多饋入直流系統(tǒng)的擴(kuò)展雅克比矩陣的最小特征根。1.線路阻抗對(duì)臨界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：1)考慮到多饋入直流系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng))戴維南等效阻抗含虛部，在計(jì)算廣義短路比時(shí)取Z＝|Z|，其中阻抗角為δ，70°≤δ≤90°；2)如圖3所示，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)使得系統(tǒng)在額定功率下滿足GSCR＝2，仿真計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)極限注入功率和電流；3)若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流大于額定電流，表明此時(shí)臨界短路比小于設(shè)定值，等比例增加戴維南等效阻抗并計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和電流；若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流小于額定電流，表明此時(shí)臨界短路比大于設(shè)定值，等比例減小戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和電流，直至系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的電流等于額定電流，極限功率等于額定功率，此時(shí)得到的GSCR為實(shí)際臨界廣義短路比。2.線路阻抗對(duì)邊界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：1)如圖4所示，首先選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)使得系統(tǒng)在額定功率下滿足GSCR＝3，仿真計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角；2)若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角大于30°，表明此時(shí)邊界短路比小于設(shè)定值，等比例增加戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角；若系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角小于30°，表明此時(shí)邊界短路比大于設(shè)定值，等比例減小戴維南等效阻抗且計(jì)算GSCR，再次計(jì)算等效阻抗改變后的系統(tǒng)極限注入功率和換相重疊角，直至系統(tǒng)到達(dá)功率穩(wěn)定極限的換相重疊角等于30°，此時(shí)得到的GSCR為實(shí)際邊界廣義短路比。3.聯(lián)絡(luò)線功率對(duì)邊界短路比和臨界短路比影響的分析，其采用以下內(nèi)容：設(shè)定兩饋入直流系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)線阻抗分別為±0.5p.u.，聯(lián)絡(luò)線上的功率為500MW，分別計(jì)算此條件下系統(tǒng)臨界廣義短路比(GSCR＝2)和邊界廣義短路比(GSCR＝3)處的極限運(yùn)行參數(shù)(包括直流功率和直流電流)，及系統(tǒng)的實(shí)際臨界和邊界廣義短路比，求取系統(tǒng)實(shí)際臨界和邊界短路比的方法與前述相同。多饋入直流系統(tǒng)的雅克比方程在考慮線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率后，上述H,N,J,L分別為式中Ui為節(jié)點(diǎn)i的電壓向量幅值；θij＝θi-θj，為節(jié)點(diǎn)i、j兩節(jié)點(diǎn)電壓的相角差；Gij、Bij為戴維南節(jié)點(diǎn)等效導(dǎo)納矩陣Yij＝Gij+jBij中的元素；Gii、Bii為戴維南節(jié)點(diǎn)等效導(dǎo)納矩陣Yii＝Gii+jBii中的元素，Qi為第i個(gè)逆變側(cè)交流母線處的直流無功功率；上式表明線路電阻和聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)對(duì)臨界和邊界短路比大小產(chǎn)生影響。本發(fā)明的仿真驗(yàn)證如下：在Matlab軟件及DigSILNET軟件中建立典型的交直流混聯(lián)多饋入直流系統(tǒng)，具體使用的直流系統(tǒng)均采用CIGRE直流工作組在1991年提出的標(biāo)準(zhǔn)模型。多饋入直流系統(tǒng)由其擴(kuò)展得到。多饋入直流系統(tǒng)等效示意圖如圖1所示。圖2給出了CIGRE直流工作組在1991年提出的標(biāo)準(zhǔn)模型及其具體參數(shù)。表1-2為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中考慮線路電阻時(shí)系統(tǒng)在定義臨界短路比處和邊界短路比處極限運(yùn)行參數(shù)結(jié)果。考慮線路電阻后，交流系統(tǒng)的戴維南等值阻抗含虛部，計(jì)算廣義短路比時(shí)取Z＝|Z|。假設(shè)阻抗角分別為80°和70°，并保持等效阻抗的絕對(duì)值不變，分別計(jì)算臨界短路比處GSCR＝2和邊界短路比處GSCR＝3。表1-2表明，隨著阻抗角減小，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定極限點(diǎn)向右移動(dòng)(即電流和換相重疊角增大)，表明隨著阻抗角的減小，實(shí)際臨界廣義短路比數(shù)值減??；隨著阻抗角減小，系統(tǒng)邊界穩(wěn)定極限點(diǎn)也向右移動(dòng)(即電流和換相重疊角增大)，實(shí)際邊界廣義短路比數(shù)值減小。表1系統(tǒng)臨界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率饋入數(shù)單單兩兩GSCR2222阻抗角/°80708070Pd1/MW989.96989.76989.83989.78Pd2/MW--989.95990.21Id1/kA2.012.042.012.04Id2/kA--2.002.02表2系統(tǒng)邊界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率饋入數(shù)單單兩兩GSCR3333阻抗角/°80708070Pd1/MW1056.21075.21022.71038.7Pd2/MW--1158.41189.5重疊角130.7431.2231.5331.80重疊角2--30.9931.46表3-4為考慮線路電阻時(shí)系統(tǒng)實(shí)際臨界短路比處和邊界短路比處極限運(yùn)行參數(shù)結(jié)果。在表1-2基礎(chǔ)上等比例減小等效阻抗絕對(duì)值，同時(shí)計(jì)算不同阻抗角處的極限點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)，直至極限點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)與定義臨界和邊界短路比時(shí)運(yùn)行參數(shù)(直流電流和直流功率)一致。表3-4、圖5-6表明隨著阻抗角減小，實(shí)際邊界和臨界短路比數(shù)值減小。對(duì)比不考慮線路阻抗時(shí)臨界和邊界短路比的數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，考慮線路阻抗后臨界廣義短路比變化了3.6％，邊界廣義短路比變化4.8％，因此可以得出結(jié)論：當(dāng)阻抗角在70°～90°中變化時(shí)，線路阻抗對(duì)臨界和邊界廣義短路比影響不大，故在實(shí)際計(jì)算廣義短路比時(shí)可忽略線路阻抗，其值可以用于區(qū)分交流電網(wǎng)強(qiáng)度。表3系統(tǒng)實(shí)際臨界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率饋入數(shù)單單兩兩GSCR1.9821.9281.98181.9282阻抗角/°80708070Pd1/MW990.13990.14990.22990.35Pd2/MW--990.18990.25Id1/kA2.002.002.002.00Id2/kA--2.002.00表4系統(tǒng)實(shí)際邊界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率饋入數(shù)單單兩兩GSCR2.9642.8562.96362.8560阻抗角/°80708070Pd1/MW1052.341057.951018.821023.2Pd2/MW--1155.251165.8重疊角130.5130.3031.1830.87重疊角2--30.8730.69表5-6是考慮聯(lián)絡(luò)線功率時(shí)系統(tǒng)在定義臨界短路比處和邊界短路比處極限運(yùn)行參數(shù)結(jié)果。表5-6表明直流間聯(lián)絡(luò)功率不滿足遠(yuǎn)小于傳輸極限，即N和J矩陣為滿陣時(shí)，隨著聯(lián)絡(luò)線功率的增大，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定極限點(diǎn)向右移動(dòng)，即實(shí)際臨界短路比和邊界短路比都減小。表5兩饋入臨界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率表6兩饋入邊界短路比與系統(tǒng)的極限注入功率P12/MWGSCRPd1/MWPd2/MWId1/kAId2/kA50031027.191147.8231.7331.255002.96061024.121142.4031.4531.03-50031012.031161.9031.5831.08-5002.96061008.821157.3231.3730.94從圖7-8系統(tǒng)實(shí)際邊界短路比和臨界短路比與聯(lián)絡(luò)線功率的關(guān)系曲線中也可以看出，考慮聯(lián)絡(luò)線功率后，兩者的值都會(huì)減小。但是對(duì)比滿足假設(shè)條件時(shí)的臨界和邊界短路比，可以看出臨界短路比變化2.76％，邊界短路比變化1.3％。說明直流間聯(lián)絡(luò)功率對(duì)臨界和邊界短路比影響不大，工程應(yīng)用時(shí)可以認(rèn)為直流間聯(lián)絡(luò)功率遠(yuǎn)小于傳輸極限，因此廣義短路比對(duì)交流電網(wǎng)強(qiáng)度的區(qū)分依然是有效的。本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明不進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3