本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制領域，尤其涉及一種混合多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制方法。

背景技術(shù)：

三級電壓控制模式是國際上普遍采用的電力系統(tǒng)電壓控制模式，已在法國、意大利、西班牙、比利時和巴西等國家付諸實施，國內(nèi)大多數(shù)省網(wǎng)也投入運行，并且取得了較好的效果。在此模式下，其中二級電壓控制的主要目標是以某種協(xié)調(diào)策略重新設置區(qū)域內(nèi)一級電壓控制層的各自動電壓調(diào)節(jié)器的設定值，使中樞點的電壓值偏離三級電壓控制層設定的中樞點電壓參考值在可接受的范圍之內(nèi)。二級電壓控制是連接其他兩個層次的關鍵環(huán)節(jié)，它能夠從區(qū)域電壓穩(wěn)定的角度出發(fā)，合理、協(xié)調(diào)地分配本區(qū)以內(nèi)各電壓/無功源的無功功率，在一定程度上能夠改善區(qū)域的電壓水平和提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力體制改革的逐步深化，電力市場環(huán)境的競爭愈演愈烈，為了提高經(jīng)濟性，愈來愈多的電網(wǎng)運行狀態(tài)已接近或者達到了系統(tǒng)的運行極限，電壓穩(wěn)定問題日益突出。尤其在我國西電東送的大背景下，大量的功率通過遠距離交/直流輸電線路饋入負荷中心，形成了典型的多饋入直流系統(tǒng)。相對于單純的交流系統(tǒng)，多饋入直流受端交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題更加突出，主要表現(xiàn)在無功資源多樣化，控制手段復雜，多數(shù)控制設備僅僅依靠就地信息進行控制等，造成了實現(xiàn)受端交流系統(tǒng)的電壓無功在線協(xié)調(diào)控制存在諸多困難。特別是含vsc-hvdc和lcc-hvdc饋入的混合多饋入直流系統(tǒng)，無功源更加復雜，如何對系統(tǒng)的無功源進行合理的協(xié)調(diào)與分配，是混合多饋入直流系統(tǒng)保持電壓穩(wěn)定的關鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種混合多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制方法，本發(fā)明可在線協(xié)調(diào)控制混合多饋入直流系統(tǒng)的二級電壓。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種混合多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制方法，包括以下步驟：

(1)選定參加二級電壓控制的中樞點母線集合；

(2)根據(jù)全網(wǎng)的潮流方程，獲得中樞點母線電壓關于無功功率的靈敏度矩陣，并根據(jù)靈敏度矩陣建立二級電壓控制模型；

(3)對二級電壓控制模型進行求解，求得各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量，據(jù)此進行二級電壓控制。

所述步驟(1)中，確定參加二級電壓控制的發(fā)電機高壓側(cè)的母線，高壓直流換流母線及其他參與二級電壓控制的樞紐變電站母線作為混合多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制的中樞母線集合。

所述步驟(2)中，靈敏度矩陣的獲取方法為：計算交流系統(tǒng)的潮流方程，如果有母線存在vsc-hvdc饋入或lcc-hvdc饋入，對系統(tǒng)的雅可比矩陣進行相應的修正，根據(jù)修正后的潮流方程求得多饋入直流系統(tǒng)的靈敏度方程。

進一步的，所述步驟(2)中，當母線i存在lcc-hvdc饋入，則根據(jù)第i饋lcc-hvdc饋入交流系統(tǒng)的有功功率與無功功率對換流母線i電壓幅值的偏導數(shù)對其雅可比矩陣進行修正。

進一步的，所述步驟(2)中，當母線k存在vsc-hvdc饋入，則第k饋vsc-hvdc饋入交流系統(tǒng)有功功率和無功功率對換流母線k電壓相角和電壓幅值的偏導數(shù)對其雅可比矩陣進行修正。

所述步驟(2)中，二級電壓控制模型的構(gòu)建方法為：根據(jù)獲得的靈敏度矩陣，結(jié)合采集的中樞點的電壓實際值，以及三級電壓控制下發(fā)中樞點的電壓參考值，建立以所有中樞點電壓偏離設定值的平方和最小為目標的多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制模型。

所述步驟(2)中，多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制模型以電壓靈敏度方程為等式約束條件，以無功源的無功功率可調(diào)上下限為不等式約束條件。

進一步的，不等式約束條件還包括vsc-hvdc無功可調(diào)上下限，lcc-hvdc換流站及其他中樞點內(nèi)無功補償裝置上下限。

所述步驟(3)中，采用二次規(guī)劃法對二級電壓控制模型進行求解，求得各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量。

所述步驟(3)中，對于發(fā)電機，無功控制策略以發(fā)電機無功調(diào)整量的形式下發(fā)，進而將發(fā)電機無功調(diào)整量轉(zhuǎn)化為發(fā)電機機端的電壓參考值調(diào)整量，修改勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)，以實現(xiàn)電壓控制。

所述步驟(3)中，對于vsc-hvdc換流站，無功控制策略以無功調(diào)整量的形式下發(fā)至vsc-hvdc換流站直流系統(tǒng)控制層，進行換流器注入功率控制。

所述步驟(3)中，對于lcc-hvdc換流站，無功控制策略以無功調(diào)整量的形式下發(fā)至lcc-hvdc換流站控制器，換流站控制器下發(fā)指令到無功補償裝置控制器進行無功補償控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明具有針對性，對于發(fā)電機、vsc-hvdc換流站和lcc-hvdc換流站進行細節(jié)調(diào)整的無功控制策略，適用范圍廣泛且對于每種不同的適用場合都有針對性的細節(jié)調(diào)整，充分滿足其要求；

(2)可實現(xiàn)在線協(xié)調(diào)控制混合多饋入直流系統(tǒng)的二級電壓。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1為本發(fā)明的步驟流程圖；

圖2為本發(fā)明的迭代流程圖；

圖3為本發(fā)明的實施例一電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的實施例一計算出的各中樞點無功調(diào)節(jié)量圖；

圖5為本發(fā)明的實施例一動態(tài)仿真圖；

圖6為本發(fā)明的實施例一事件前后電壓分布圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，圖1，一種混合多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制方法，該方法包括以下步驟：

a：分析確定參加二級電壓控制的中樞母線集合；

b：根據(jù)全網(wǎng)的潮流方程，獲得中樞點母線電壓關于無功功率的靈敏度矩陣，并根據(jù)靈敏度矩陣建立混合多饋入直流系統(tǒng)的二級電壓控制模型；

c：采用二次規(guī)劃法對二級電壓控制模型進行求解，求得各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量；

d：根據(jù)各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量，進行二級電壓控制。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟a，其包括：選定參加二級電壓控制的發(fā)電機高壓側(cè)的母線，高壓直流換流母線及其他參與二級電壓控制的樞紐變電站母線作為多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制的中樞母線集合。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟b，其包括如下步驟：

b1：根據(jù)全網(wǎng)的潮流方程，獲得中樞點母線電壓關于無功功率的靈敏度矩陣；

b2：根據(jù)靈敏度矩陣建立混合多饋入直流系統(tǒng)的二級電壓控制模型。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟b1，其包括如下步驟：

b11：對于純交流系統(tǒng)，計算系統(tǒng)潮流方程的修正形式為

式中，δpac，δqac分別為交流母線有功和無功修正矩陣；jpδ，jpu，jqδ，jqu分別為雅克比矩陣的相應分塊矩陣；δδ為交流母線相角修正矩陣；δu為交流母線電壓幅值修正矩陣。

b12：若母線i存在lcc-hvdc饋入，系統(tǒng)雅可比矩陣相應元素的修正為

其中

式中，(jpu)i,i和(jqu)i,i分別為雅克比子矩陣jpu和jqu第i行，第i列元素；和分別為第i饋直流饋入交流系統(tǒng)的有功功率與無功功率對換流母線i電壓幅值的偏導數(shù)。

b13：若母線k存在vsc-hvdc饋入，系統(tǒng)雅可比矩陣相應元素的修正為

其中

式中，和分別為第k饋vsc-hvdc饋入交流系統(tǒng)有功功率和無功功率對換流母線k電壓相角和電壓幅值的偏導數(shù)。

b14：令δp＝0，推出δq＝j'rδv，進而可求得多饋入直流系統(tǒng)的靈敏度方程為

式中，矩陣

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟b2，其包括：

根據(jù)獲得的靈敏度矩陣，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(scada)采集的中樞點的電壓實際值，以及三級電壓控制下發(fā)中樞點的電壓參考值，建立以所有中樞點電壓偏離設定值的平方和最小為目標，電壓靈敏度方程為等式約束，無功源的無功功率可調(diào)上下限為不等式約束的多饋入直流系統(tǒng)二級電壓控制模型：

式中，n為區(qū)域內(nèi)中樞點母線的節(jié)點數(shù)；vi(t)、vi,ref(t)分別為母線i在t時刻的電壓幅值和中樞母線i的三級電壓管理設定值。等式約束為電壓靈敏度方程，不等式約束依次為發(fā)電機無功可調(diào)上下限，vsc-hvdc無功可調(diào)上下限，lcc-hvdc換流站及其他中樞點內(nèi)無功補償裝置上下限。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟c，其包括采用二次規(guī)劃法對二級電壓控制模型進行求解，求得各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟d，其包括：針對發(fā)電機，無功控制策略以發(fā)電機無功調(diào)整量的形式下發(fā)至自動電壓控制(avc)子站，avc子站將發(fā)電機無功調(diào)整量轉(zhuǎn)化為發(fā)電機機端的電壓參考值調(diào)整量，修改勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)，以實現(xiàn)電壓控制；針對vsc-hvdc換流站，無功控制策略以無功調(diào)整量的形式下發(fā)至vsc-hvdc換流站直流系統(tǒng)控制層，進行換流器注入功率控制；針對lcc-hvdc換流站，無功控制策略以無功調(diào)整量的形式下發(fā)至lcc-hvdc換流站控制器，換流站控制器下發(fā)指令到無功補償裝置控制器進行無功補償控制。

實施例一

本實施例以混合雙饋直流算例系統(tǒng)為例，對本發(fā)明的具體實現(xiàn)過程進行進一步說明?；旌想p饋直流系統(tǒng)含有1回lcc-hvdc和1回vsc-hvdc以及2臺同步發(fā)電機。詳細拓撲請參照圖3。本實施例的具體實現(xiàn)過程包括：

1)獲取電網(wǎng)拓撲信息，包括網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖和發(fā)電廠、直流換流站信息，確定區(qū)域中樞點集合c。

如圖3所示，本實施例選取各直流饋入換流母線，發(fā)電機高壓側(cè)母線為中樞點：

c＝{節(jié)點1,節(jié)點2,節(jié)點3,節(jié)點4}

2)根據(jù)全網(wǎng)的潮流方程，獲得中樞點母線電壓關于無功功率的靈敏度矩陣，并根據(jù)靈敏度矩陣建立混合多饋入直流系統(tǒng)的二級電壓控制模型。

3)采用二次規(guī)劃法對二級電壓控制模型進行求解，求得各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量，如圖4所示。

4)根據(jù)各受控同步發(fā)電機和高壓直流換流站及其他中樞點的無功調(diào)節(jié)量，進行二級電壓控制。

5)采用電磁暫態(tài)仿真軟件pscad/emtdc進行動態(tài)仿真驗證，如圖5、圖6所示。

采用pscad/emtdc程序進行過程仿真，二級電壓控制過程由圖5所示。系統(tǒng)在41秒時，無功負荷突然增加，各節(jié)點的負荷增加量如表1所示，系統(tǒng)電壓經(jīng)過2秒暫態(tài)過程，在43秒時趨于穩(wěn)定，系統(tǒng)各節(jié)點電壓降低。系統(tǒng)檢測到中樞點實際電壓值偏離設定值后，啟動二級電壓控制算法，得到各中樞點的無功補償量如圖4所示。根據(jù)無功補償量下發(fā)無功補償指令，在50秒時，各中樞點根據(jù)下發(fā)的指令，進行補償，經(jīng)過約2秒的暫態(tài)過程，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，各節(jié)點的電壓恢復到合理水平。各節(jié)點原始電壓分布、負荷增長后電壓分布及實施二級電壓控制后電壓分布如圖6所示。

表1各節(jié)點事件情況表

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎上，本領域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。