一种负荷变电站电压失稳判断方法和装置与流程

本发明涉及电力系统安全稳定技术领域，具体涉及一种负荷变电站电压失稳判断方法和装置。

背景技术：

中国地域面积辽阔且能源分布与负荷需求不对称，西南地区有丰富的水力资源，西北地区有充足的煤炭、风能、太阳能等资源，而负荷需求主要分布在东部沿海的经济发达地区，由于上述能源和负荷的分布特点使得远距离、大容量的电力输送显得很有必要。

特高压直流是进行远距离、大容量的电力输送一种主要方式，但是在直流系统发生闭锁故障时，受端电网出现功率缺额，潮流向各个负荷点大规模转移，如果负荷点本身的电压稳定性差，可能造成电压失稳事故，因此需要进行电压稳定性分析。目前在分析电网运行的安全稳定性时，对于交直流混联系统中直流功率转移对受端系统运行的影响，需要针对全部直流系统可能发生的各种故障情况进行仿真计算，根据计算结果找出可能造成电网失稳的故障，并制定应对措施。

电网的实际运行经验表明，静态电压稳定水平高、主网电压分布合理是系统电压稳定的基础和前提，提高系统的动态无功备用是提高电压稳定水平的基本措施。静态电压水平较高的电网，对于大事故扰动的抵御能力较强，因此提高受端系统的静态电压稳定水平能够提高输电线路的送电能力。

目前比较成熟的电压稳定分析方法是静态电压稳定分析方法，该静态电压稳定分析方法主要通过计算系统的各种电压稳定安全指标评价系统的电压稳定水平，并通过模态分析方法或其它灵敏度分析方法识别对于电压稳定较为敏感的弱负荷母线和相对弱区域。下面对静态电压稳定分析方法进行详细介绍：

静态电压稳定性分析方法一般通过计算各种电压稳定安全指标对系统的电压稳定性做全面的评价，并可以确定系统的相对薄弱环节。

电压崩溃的本质是随着功率不断地向一个有界区域内转移，区域电压波形的包罗线越来越低，直到电压在一个临界点崩溃。pv曲线分析方法再现了缓慢的负荷增长或断面潮流变化过程中，系统内的电压变化情况，过渡过程中非线性限制因素也可以被近似地模拟。结合正常运行方式及事故后运行方式下的pv曲线分析，还可以帮助确定合理的抑制电压失稳的措施，了解电压崩溃发生发展的过程。

pv曲线分析方法中的负荷模型可以表示为静态负荷模型的形式，即恒定功率、恒定电流和恒定阻抗的组合，其中恒定功率方法最容易导致电压崩溃，并且恒定功率型负荷近似考虑了配电网络的电压调节特性，因此在pv曲线的分析方法中，推荐采用恒定功率负荷模型。如果进一步考虑更为详细的负荷模型，需要对低压负荷侧的变压器进行建模。

交流母线的p-v曲线图如图1所示，其可以由两种方法生成，其中一种是通过不断增加所研究区域的负荷和外部电力；另一种是通过不断增加通过指定断面潮流。

虽然静态电压稳定分析方法能够预测复杂系统中影响电压稳定安全的潜在电压崩溃事故，但是却只能反应负荷缓慢增长造成的电压失稳现象，无法确定具体的可能造成电压失稳的故障形式，也就无法制订有针对性的应对措施。且静态电压稳定分析方法只能判断正常方式下各交流母线的电压稳定裕度，无法区分不同故障形式下，不同交流母线的电压稳定裕度变化情况。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中静态电压稳定分析方法无法确定具体的可能造成电压失稳的故障形式以及无法区分不同故障形式下不同交流母线的电压稳定裕度变化情况的不足，本发明提供一种负荷变电站电压失稳判断方法和装置，基于不同直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数初步判断负荷变电站的电压稳定性，并结合负荷变电站中不同负荷的占比是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，并通过电力系统仿真软件进行仿真，进而根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳，为电网安全稳定运行提供指导。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种负荷变电站电压失稳判断方法，包括：

计算直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数；

根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性；

根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，若需要则使用电力系统仿真软件进行仿真，得到仿真结果，并根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳。

所述直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数按下式计算：

其中，αij为直流系统的换流母线i与负荷变电站的高压侧母线j之间的功率转移电压下降系数，uj0为受端电网正常运行状态下负荷变电站的高压侧母线j的电压，为的实部，为直流系统的换流母线i到负荷变电站的高压侧母线j的等效阻抗，按下式计算：

其中，ui0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i的电压，ui1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i的电压，uj1为直流系统输送功率改变后负荷变电站的高压侧母线j的电压，ii0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii0按下式计算：

其中，pi0、qi0分别为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui0的共轭复数；

ii1按下式计算：

其中，pi1、qi1分别为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui1的共轭复数。

所述根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性包括：

当αij<0.1时，负荷变电站的电压稳定性好；

当0.1<αij<0.2时，负荷变电站的电压稳定性一般；

当0.2<αij时，负荷变电站的电压稳定性差。

所述根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验包括：

对于电压稳定性好的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到70％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性一般的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到40％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性差的负荷变电站，直接对其进行电压稳定校验。

所述根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳包括：

在直流系统发生闭锁故障后的暂态过程中，若负荷变电站的高压侧母线j的电压在10秒内不能恢复到其基准电压的80％或以上，负荷变电站发生电压失稳。

本发明还提供一种负荷变电站电压失稳判断装置，包括：

计算模块，用于计算直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数；

第一判断模块，用于根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性；

第二判断模块，用于根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，若需要则使用电力系统仿真软件进行仿真，得到仿真结果，并根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳。

所述计算模块用于计算如下式的直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数：

其中，αij为直流系统的换流母线i与负荷变电站的高压侧母线j之间的功率转移电压下降系数，uj0为受端电网正常运行状态下负荷变电站的高压侧母线j的电压，为的实部，为直流系统的换流母线i到负荷变电站的高压侧母线j的等效阻抗，按下式计算：

其中，ui0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i的电压，ui1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i的电压，uj1为直流系统输送功率改变后负荷变电站的高压侧母线j的电压，ii0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii0按下式计算：

其中，pi0、qi0分别为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui0的共轭复数；

ii1按下式计算：

其中，pi1、qi1分别为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui1的共轭复数。

所述第一判断模块具体用于：

当αij<0.1时，负荷变电站的电压稳定性好；

当0.1<αij<0.2时，负荷变电站的电压稳定性一般；

当0.2<αij时，负荷变电站的电压稳定性差。

所述第二判断模块包括第一判断单元，所述第一判断单元具体用于：

对于电压稳定性好的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到70％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性一般的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到40％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性差的负荷变电站，直接对其进行电压稳定校验。

所述第二判断模块还包括第二判断单元，所述第二判断单元具体用于：

在直流系统发生闭锁故障后的暂态过程中，若负荷变电站的高压侧母线j的电压在10秒内不能恢复到其基准电压的80％或以上，负荷变电站发生电压失稳。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案基于不同直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数初步判断负荷变电站的电压稳定性，并结合负荷变电站中不同负荷的占比是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，并通过电力系统仿真软件进行仿真，进而根据仿真结果实现了对负荷变电站是否发生电压失稳的判断；

本发明提供的技术方案不需要针对所有直流系统可能发生的各种故障情况进行仿真计算，而是基于功率转移电压下降系数及负荷变电站中不同负荷的占比，得到电压稳定性存在隐患的故障及负荷变电站，有针对性的进行校核和仿真，为电网安全稳定运行提供指导，减少了交直流混联电网安全稳定校核的工作量。

附图说明

图1是现有技术中交流母线的p-v曲线图；

图2是本发明实施例中负荷变电站电压失稳判断方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种负荷变电站电压失稳判断方法，具体流程图如图2所示，具体过程如下：

s101：计算直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数；

s102：根据s101计算得到的直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性；

s103：根据s102得到的负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，若需要则使用电力系统仿真软件进行仿真，得到仿真结果，并根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳。

上述s101中，设共有n个直流系统，分别命名为dc1，dc2，…，dcn，任意一条换流母线用i表示，由于一个直流系统对应一条换流母线，所以换流母线也就有n条，即i＝1，…，n；负荷变电站根据其变压器有功功率流向确定，有功功率从高压侧母线流向低压侧母线的即为负荷变电站，假设共有m个负荷变电站，m个负荷变电站的高压侧母线分别命名为ac1，ac2，acj，…，acm，由于一个负荷变电站对应一条高压侧母线，所以j＝1，2，…，m；

于是直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数按下式计算：

其中，αij为直流系统的换流母线i与负荷变电站的高压侧母线j之间的功率转移电压下降系数，uj0为受端电网正常运行状态下负荷变电站的高压侧母线j的电压，为的实部，为直流系统的换流母线i到负荷变电站的高压侧母线j的等效阻抗，和uj0均取标幺值，按下式计算：

其中，ui0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i的电压，ui1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i的电压，uj1为直流系统输送功率改变后负荷变电站的高压侧母线j的电压，ii0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii0按下式计算：

其中，pi0、qi0分别为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui0的共轭复数；

ii1按下式计算：

其中，pi1、qi1分别为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui1的共轭复数。

上述s102中，根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性，具体分为以下三种情况：

(1)当αij<0.1时，负荷变电站的电压稳定性好；

(2)当0.1<αij<0.2时，负荷变电站的电压稳定性一般；

(3)当0.2<αij时，负荷变电站的电压稳定性差。

目前电力系统分析中，负荷模型包括马达负荷和静态负荷，各负荷变电站的负荷组成只要了解其马达负荷和静态负荷各自所占比例，马达负荷占比越高，电压稳定性越差。于是上述s103中，根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验相应的分为以下三种情况：

(1)对于电压稳定性好的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到70％，则需要对其进行电压稳定校验；

(2)对于电压稳定性一般的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到40％，则需要对其进行电压稳定校验；

(3)对于电压稳定性差的负荷变电站，直接对其进行电压稳定校验。

上述s103中，根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳具体过程如下：

在直流系统发生闭锁故障后的暂态过程中，若负荷变电站的高压侧母线j的电压在10秒内不能恢复到其基准电压的80％或以上，负荷变电站发生电压失稳。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了负荷变电站电压失稳判断装置，这些设备解决问题的原理与负荷变电站电压失稳判断方法相似，该负荷变电站电压失稳判断装置主要包括计算模块、第一判断模块和第二判断模块，下面对上述三个模块的具体功能进行描述：

其中的计算模块，主要用于计算直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数；

其中的第一判断模块，主要用于根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性；

其中的第二判断模块，主要用于根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验，若需要则使用电力系统仿真软件进行仿真，得到仿真结果，并根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳。

上述的计算模块用于计算如下式的直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数：

其中，αij为直流系统的换流母线i与负荷变电站的高压侧母线j之间的功率转移电压下降系数，uj0为受端电网正常运行状态下负荷变电站的高压侧母线j的电压，为的实部，为直流系统的换流母线i到负荷变电站的高压侧母线j的等效阻抗，按下式计算：

其中，ui0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i的电压，ui1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i的电压，uj1为直流系统输送功率改变后负荷变电站的高压侧母线j的电压，ii0为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii1为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i注入交流电网的电流，ii0按下式计算：

其中，pi0、qi0分别为受端电网正常运行状态下直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui0的共轭复数；

ii1按下式计算：

其中，pi1、qi1分别为直流系统输送功率改变后直流系统的换流母线i吸收的有功功率和无功功率，为ui1的共轭复数。

上述的第一判断模块根据直流系统的换流母线与负荷变电站的高压侧母线之间的功率转移电压下降系数判断负荷变电站的电压稳定性具体过程如下：

当αij<0.1时，负荷变电站的电压稳定性好；

当0.1<αij<0.2时，负荷变电站的电压稳定性一般；

当0.2<αij时，负荷变电站的电压稳定性差。

上述的第二判断模块包括第一判断单元，第一判断单元根据负荷变电站的电压稳定性判断是否需要对负荷变电站进行电压稳定校验具体过程如下：

对于电压稳定性好的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到70％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性一般的负荷变电站，如果负荷变电站的负荷组成中马达负荷占比达到40％，则需要对其进行电压稳定校验；

对于电压稳定性差的负荷变电站，直接对其进行电压稳定校验。

上述的第二判断模块还包括第二判断单元，第二判断单元根据仿真结果判断负荷变电站是否发生电压失稳具体过程如下：

在直流系统发生闭锁故障后的暂态过程中，若负荷变电站的高压侧母线j的电压在10秒内不能恢复到其基准电压的80％或以上，负荷变电站发生电压失稳。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。