[发明专利]换流站在黑启动过程中考虑无功的有功投入量优化方法

说明书

本发明公开了一种换流站在黑启动过程中考虑无功的有功投入量优化方法。具体通过分析换流站接入电网时对交流系统的影响，考虑负荷的电压特性，结合电力系统无功—电压控制，估算在保证交流系统暂态频率稳定的前提下，换流站的最大有功功率投入量，通过大量仿真并拟合得出在保证系统暂态频率稳定的前提下，无功功率对有功投入量优化结果的影响。该方法原理简单，计算快捷，利用换流站投入电网时存在大量无功冲击的特点，优化了交流电网在保证暂态频率不失稳的前提下，能承受的最大有功冲击量，使换流站在黑启动过程中能提供更多的有功出力，对停电电网的快速恢复具有重要意义。

技术领域

本发明属于电网技术领域，特别是一种换流站在黑启动过程中考虑无功的有功投入量优化方法。

背景技术

近年来，国内外连续爆发多起大面积停电事故，造成了巨大的经济损失和深刻的社会影响，也给电力系统的安全稳定运行敲响了警钟。大停电事故发生后，科学合理的恢复方案能在加快系统恢复进程的同时，大幅度地减少大停电事故所造成的损失。现阶段电网恢复的研究，主要考虑常规火电、水电机组的恢复，而随着高压直流输电技术的不断完善，复奉特高压直流、德宝直流等工程相继投运，后续还有数条特高压直流输电工程已进入规划设计阶段。高压直流输电系统具有传输容量大、距离远、损耗低、调速快、可控性强等优点，且其受端电网的停电故障，不会影响送端电网的正常运行。在电网恢复过程中启动直流输电系统，能快速地为停电电网提供大容量的电能，对加快整个系统的恢复进程具有积极作用，因此，研究直流参与的电网恢复路径优化问题十分必要。

其中，电压源换流型的高压直流输电采用绝缘栅双极型晶体管以及脉冲宽度调制技术，可以实现有功功率和无功功率的独立控制。当VSC-HVDC逆变站采用定有功功率和定无功功率的控制方式向待恢复电网供电时，无功功率冲击会引起交流母线暂态电压的升高，有功冲击会引起交流电网暂态频率的升高，这些因素都会影响弱电网的暂态稳定性。现有的研究中，一般是将有功冲击对系统暂态频率的影响和无功冲击对暂态电压的影响分开进行研究的，在分析频率响应的影响因素时，通常不考虑无功冲击量对暂态频率的影响，然而，通过仿真发现，换流站投入运行时的无功冲击会对暂态频率产生影响，需建立基于系统无功—电压特性的频率响应数学模型，使得暂态频率求解的结果更为精确。

但是，现有技术中尚无一种方法在确定有功冲击引起的暂态频率响应大小时考虑无功冲击量的影响，这使得换流站在投入运行时的功率设定值较为保守。同时，现有技术中尚未用严谨的数学关系式证明发电机惯性时间常数以及备用系数对暂态频率稳定的影响，使得确定的暂态频率响应值不够准确。由此可见，优化有功功率投入量，使换流站在黑启动过程中能提供更多的有功出力，对停电电网的快速恢复具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换流站在黑启动过程中考虑无功影响的有功投入量优化方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种换流站在黑启动过程中考虑无功影响的有功投入量优化方法，包括如下步骤：

步骤1、确定交流系统参数，具体包括各母线电压V、直流换流站接入点短路容量S_sc、系统负荷类型；

步骤2、在黑启动过程中，假设VSC-HVDC的逆变器测采用定功率控制，直流系统恢复时对交流系统的等效冲击为ΔP和ΔQ，根据步骤1确定的交流系统参数确定当换流站恢复时，逆变侧换流母线的暂态电压；

根据上述确定的交流系统参数确定当换流站恢复时，逆变侧换流母线的暂态电压所用公式为：

式中，ΔV——待求值，为换流站接入交流系统时，逆变侧换流母线的暂态电压变化量；

P——换流母线上原有的有功容量；

S_sc——直流换流站接入点短路容量。

步骤3、通过阻抗矩阵确定其余母线的暂态电压变化量；所用公式为：