一种确定综合短路比的方法及系统与流程

本发明涉及电力系统的，并且更具体地，涉及一种确定综合短路比的方法及系统。

背景技术：

1、由于我国的新能源富集区域与负荷中心呈逆向分布特征，导致新能源发电并网后本地电网难以消纳，远端的负荷中心又难以接收，这在一定程度上成为制约新能源发电产业进一步发展的因素。为了提高电网新能源消纳能力，缓解弃风弃光现象，把大规模的新能源电力通过直流线路远距离送至负荷中心的方式成为了解决这一问题的关键。目前，我国已建成十条特高压直流线路，在促进新能源发展、提升电网安全水平等方面意义重大。然而高比例新能源汇集的送端系统又存在以下问题：

2、(1)新能源基地多建设在较为偏远，电网基础建设较不完善的区域，与交流主网联系弱，汇集线路电压稳定性差。

3、(2)送端常规能源占比少，交流系统强度低，难以为高压直流输电系统提供足够的支撑。

4、(3)电网换相换流器无功需求大，换流母线电压易于波动，甚至发生电压崩溃。

5、目前对于高压直流输电系统电压稳定性的研究多关注于受端系统，而随着新能源装机容量的不断提高，弱送端系统的电压稳定性问题同样不容忽视。在新能源场站方面，目前多关注于交流系统对场站自身安全运行的影响，考虑新能源场站对交流系统强度贡献的研究较少，尚缺乏相应的系统强度描述指标。

技术实现思路

1、根据本发明，提供了一种确定综合短路比的方法及系统，以解决目前对于高压直流输电系统电压稳定性的研究多关注于受端系统，而随着新能源装机容量的不断提高，弱送端系统的电压稳定性问题同样不容忽视。在新能源场站方面，目前多关注于交流系统对场站自身安全运行的影响，考虑新能源场站对交流系统强度贡献的研究较少，尚缺乏相应的系统强度描述指标的技术问题。

2、根据本发明的第一个方面，提供了一种确定综合短路比的方法，包括：送端控制器根据功率给定值使送端吸收有功pdr保持恒定，受端控制器保持送端直流电压udr为定值，确定送端换流器吸收的无功qdr；

3、根据交流主网等值阻抗xs，确定交流主网馈入换流母线的无功功率qac；

4、根据汇集线路的功率损耗和光伏电站馈入并网母线的功率确定光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi；

5、根据所述送端换流器吸收的无功qdr、交流主网馈入换流母线的无功功率qac以及光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi，确定送端换流站需投入的无功补偿设备容量，并对无功补偿设备容量求导，确定求导公式；

6、根据有效短路比escr对所述求导公式进行变形，确定改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf；

7、根据所述改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf，确定送端综合短路比scscr。

8、可选地，送端控制器根据功率给定值使送端吸收有功pdr保持恒定，受端控制器保持送端直流电压udr为定值，确定送端换流器吸收的无功qdr，包括：

9、根据以下公式，确定送端换流器吸收的无功qdr：

10、

11、其中，φr为送端功率因数角，n为换流器的串联个数，tr为换流变压器变比。

12、可选地，根据交流主网等值阻抗xs，确定交流主网馈入换流母线的无功功率qac，包括：

13、设置交流主网等值阻抗zs为纯感性电路，记为xs，根据以下公式，确定弱交流系统馈入换流母线的功率：

14、

15、消去母线相位差角，可以得出

16、

17、其中，pac为交流主网馈入换流母线的有功功率，ur为换流母线电压，uac为交流主网母线电压，δac为交流主网母线相位角，δr为换流母线相位角。可选地，根据汇集线路的功率损耗和光伏电站馈入并网母线的功率确定光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi，包括：

18、确定汇集线路的功率损耗

19、

20、其中，为第i条光伏交流汇集线路的损耗功率，rgi、xgi分别为第i条交流线路的电阻、电抗；

21、确定光伏电站馈入并网母线的功率

22、

23、根据汇集线路的功率损耗和光伏电站馈入并网母线的功率确定光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi：

24、

25、可选地，根据所述送端换流器吸收的无功qdr、交流主网馈入换流母线的无功功率qac以及光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi，确定送端换流站需投入的无功补偿设备容量，并对无功补偿设备容量求导，确定求导公式，包括：

26、根据以下公式，确定无功补偿设备容量的求导公式：

27、

28、可选地，根据有效短路比escr对所述求导公式进行变形，确定改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf：

29、确定有效短路比escr：

30、

31、其中，sscn为换流母线处的短路容量，pdn为直流系统额定输送容量，urn为换流母线额定电压，if为三相短路电流，z为交流系统等值阻抗。

32、根据有效短路比escr对所述求导公式进行变形，确定变形公式：

33、其中，

34、

35、将所述变形公式进行简化，确定简化公式为：

36、

37、根据所述简化公式，确定改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf：

38、

39、

40、可选地，根据所述改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf，确定送端综合短路比scscr，包括：

41、根据以下公式，确定送端综合短路比scscr：

42、scscr＝mescr/rvcf。

43、可选地，还包括：

44、当送端综合短路比scscr取值为-1时，确定送端换流母线电压处于临界稳定状态；

45、若继续增大光伏出力将导致换流母线静态电压调节灵敏度发生突变，确定造成电压失稳。根据本发明的另一个方面，还提供了一种确定综合短路比的系统，包括：

46、确定送端换流器吸收无功模块，用于送端控制器根据功率给定值使送端吸收有功pdr保持恒定，受端控制器保持送端直流电压udr为定值，确定送端换流器吸收的无功qdr；

47、确定交流主网无功功率模块，用于根据交流主网等值阻抗xs，确定交流主网馈入换流母线的无功功率qac；

48、确定光伏发电无功功率模块，用于根据汇集线路的功率损耗和光伏电站馈入并网母线的功率确定光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi；

49、确定无功补偿设备容量模块，用于根据所述送端换流器吸收的无功qdr、交流主网馈入换流母线的无功功率qac以及光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi，确定送端换流站需投入的无功补偿设备容量，并对无功补偿设备容量求导，确定求导公式；

50、确定改进有效短路比模块，用于根据有效短路比escr对所述求导公式进行变形，确定改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf；

51、确定送端综合短路比模块，用于根据所述改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf，确定送端综合短路比scscr。

52、可选地，确定送端换流器吸收无功模块，包括：

53、确定送端换流器吸收无功子模块，用于根据以下公式，确定送端换流器吸收的无功qdr：

54、

55、其中，φr为送端功率因数角，n为换流器的串联个数，tr为换流变压器变比。

56、可选地，确定交流主网无功功率模块，包括：

57、确定弱交流母线功率子模块，用于设置交流主网等值阻抗zs为纯感性电路，记为xs，根据以下公式，确定弱交流系统馈入换流母线的功率：

58、

59、消去母线相位差角子模块，用于消去母线相位差角，可以得出

60、

61、其中，pac为交流主网馈入换流母线的有功功率，ur为换流母线电压，uac为交流主网母线电压，δac为交流主网母线相位角，δr为换流母线相位角。可选地，确定光伏发电无功功率模块，包括：

62、确定汇集线路功率损耗子模块，用于确定汇集线路的功率损耗

63、

64、其中，为第i条光伏交流汇集线路的损耗功率，rgi、xgi分别为第i条交流线路的电阻、电抗；

65、确定光伏电站母线功率子模块，用于确定光伏电站馈入并网母线的功率

66、

67、确定光伏发电无功功率子模块，用于根据汇集线路的功率损耗和光伏电站馈入并网母线的功率确定光伏发电交流汇集线路馈入送端换流母线的无功功率qi：

68、

69、可选地，确定无功补偿设备容量模块，包括：

70、确定无功补偿设备容量子模块，用于根据以下公式，确定无功补偿设备容量的求导公式：

71、

72、可选地，确定改进有效短路比模块，包括：

73、确定有效短路比子模块，用于确定有效短路比escr：

74、

75、其中，sscn为换流母线处的短路容量，pdn为直流系统额定输送容量，urn为换流母线额定电压，if为三相短路电流，z为交流系统等值阻抗。

76、确定变形公式子模块，用于根据有效短路比escr对所述求导公式进行变形，确定变形公式：

77、其中，

78、

79、确定简化公式子模块，用于将所述变形公式进行简化，确定简化公式为：

80、

81、确定改进有效短路比子模块，用于根据所述简化公式，确定改进有效短路比mescr和整流侧电压补偿因子rvcf：

82、

83、

84、可选地，确定送端综合短路比模块，包括：

85、确定送端综合短路比子模块，用于根据以下公式，确定送端综合短路比scscr：

86、scscr＝mescr/rvcf。

87、可选地，还包括：

88、确定临界稳定模块，用于当送端综合短路比scscr取值为-1时，确定送端换流母线电压处于临界稳定状态；

89、确定电压失稳模块，用于若继续增大光伏出力，将导致换流母线静态电压调节灵敏度发生突变，确定造成电压失稳。

90、从而，送端综合短路比scscr指标与送端换流母线静态电压稳定性有较好的相关性。在不同的系统参数下，当dbc/dur＝0时，scscr均为-1，可以很好地反映弱交流系统对送端换流站的支撑强度。解决了有效短路比escr虽具有相同的变化趋势，但在不同的系统参数下，缺乏一个固定的临界值，因此在大规模光伏馈入的情况下无法反映送端换流母线的静态电压稳定性的技术问题。