一种交直流混联电网的动态响应分析方法与流程

本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种交直流混联电网的动态响应分析方法。

背景技术：

1、基于电网换相换流器(lcc)的高压直流(lcc-hvdc)输电在中国远距离大功率输电工程中起到关键作用。然而，lcc-hvdc输电依赖交流网络提供换相电压，当逆变侧交流系统发生短路故障时，直流电压和换流母线电压迅速下降，交直流系统间无功功率波动增大，伴随着换相电压大幅波动，可能导致换相失败。若交流故障未能及时清除，波动的无功交换可能引发后续换相失败，导致直流输送功率急剧降低和弱电网电压崩溃等严重后果。此外，伴随着居民及商业负荷比重的增加，变频风机和温控设备等典型负荷已成为引起系统峰荷的重要成因。随着大量新能源设备的接入，新能源作为一种广义负荷在电力系统电压稳定方面也能起到重要的作用。因此，伴随动态负荷的日益增长及大容量高压直流输电的高渗透接入，居民和商业负荷系统智能用电技术的发展，用户侧负荷动态与系统的交互影响，以及动态负荷的特性为对电网安全稳定的影响日益严峻。高比例可再生能源与电力电子设备占比下新型电力系统运行具有强随机性和不确定性，受到包括可再生能源、需求侧响应引起的双向功率流、大功率传输的交直流混联、新型电力市场行为等因素影响，可能在短期内打破功率平衡。电力系统静态安全性是指系统在出现故障后，仍保证对负荷持续供电的能力，主要考虑故障后节点电压与线路潮流是否出现越界的问题；暂态稳定性是指在电力系统遭受大扰动后，电网母线电压、频率能够在短时间内恢复到安全范围以内的能力。

2、电力系统的安全稳定运行通常受到极端天气、树木接触、恐怖袭击、网络攻击、设备故障、保护系统错误动作、操作人员错误等因素影响。在极端情况下，如果大扰动得不到快速有效评估和及时的缓解，就可能发生连锁故障和大规模停电。因此，时刻保持电力系统的安全稳定性对可靠供电至关重要，必须时刻准确评估电力系统的安全与运行风险，以有效应对这些挑战。同时，新型电力系统背景下新能源、直流等电力电子设备显著增加，导致电力系统呈现强波动性、强非线性和强不确定性特征；直流输电规模的增加也导致交直流混联电网受交流侧故障、直流系统闭锁等不同类型大扰动的冲击，系统故障后暂态和恢复特性复杂且存在差异性，对新型电力系统安全稳定分析带来极大挑战。

3、当前电力系统安全稳定的判别以电力系统电磁、机电暂态仿真与分析为基础。近年来以新能源为主的交直流混合新型电力系统安全稳定分析问题备受关注，并且主要集中在以下几个方面：混合直流输电系统的建模、控制与故障保护策略以及谐波特性分析。然而，这些研究主要集中在电磁暂态领域，在日趋于电力电子化的电力系统背景下，大量开关器件的使用极大地限制了电磁暂态仿真的速度和规模。目前而言电磁暂态仿真并不适合用于研究交直流大电网的运行规划等问题，常用的做法是采用仅考虑基频分量的机电暂态仿真，导致对以新能源为主的电力电子化系统动态特性仍有不足，因此，采用机电-电磁混合仿真，针对直流输电采用电磁模型，而交流侧采用机电模型成为分析交直流混联电网安全稳定性的主要方法。但目前仿真分析手段，仅针对特定工况下施加特定故障情况下进行仿真分析；当仿真算例数量巨大时，尚缺乏有效分析手段能够快速总结交直流混联电网动态响应特性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种交直流混联电网的动态响应分析方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种交直流混联电网的动态响应分析方法，所述交直流混联电网中的多个直流系统多落点接入交流系统，包括如下步骤：

4、步骤1)对交直流混联电网直流落点近区搜索故障集；所述故障集中每一故障的故障信息包括故障位置和故障类型；

5、步骤2)采用机电-电磁暂态仿真方法进行故障分析，获取所述故障集中每一故障对应的系统动态响应曲线；

6、步骤3)以所述每一故障对应的系统动态响应曲线为样本，构建样本库，并采用无监督学习算法对样本库中的样本进行聚类，并标注类别，得到每一故障对应的系统动态响应曲线类别；

7、步骤4)以每一故障对应的电网潮流态信息和每一故障的故障信息作为模型输入，并以每一故障对应的系统动态响应曲线类别作为模型输出，训练随机森林模型；

8、步骤5)将实时发生故障的故障信息以及对应实时发生故障的电网潮流态信息输入训练完成的随机森林模型，输出对应实时发生故障的系统动态响应曲线类别。

9、进一步地，所述系统动态响应曲线包括系统频率响应曲线和电压响应曲线；

10、进一步地，步骤1)中，所述对交直流混联电网直流落点近区搜索搜索故障集具体包括：

11、步骤1.1)在交直流混联电网中选取直流落点所连接的交流母线；

12、步骤1.2)根据电网拓扑结构信息，获取电网母线和联络线的邻接表并建立双向拓扑图；

13、步骤1.3)对所建立的双向拓扑图，利用广度优先搜索算法,以直流落点相连母线为起点母线，搜索所有相连的下一级母线并放入双端队列，重复此步骤x次，找到所有距离起点x条不重复联络线的路径；

14、步骤1.4)找到所有和起点母线距离小于等于五条联络线的母线和联络线故障位置，根据所找到的故障位置和故障类型，建立故障集；

15、进一步地，所述电网拓扑结果信息采用bpa格式潮流文件。

16、进一步地，步骤1.3)中，x＝5。

17、进一步地，所述电网潮流态信息包括系统母线电压幅值、交流线路有功功率、直流线路有功功率和系统负荷水平。

18、进一步地，所述机电-电磁暂态仿真方法包括对交直流混联电网交流侧采用机电暂态模型建模，直流侧采用电磁暂态模型建模。

19、进一步地，所述故障类型包括三相永久接地故障和单相永久接地故障。

20、进一步地，所述无监督学习算法采用kmeans算法。

21、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

22、本发明提出一种交直流混联电网的动态响应分析方法，该方法首先对交直流混联电网直流落点近区搜索故障集，再采用机电-电磁暂态仿真方法进行故障分析，得到故障集中每一故障对应的系统动态响应曲线，结合无监督学习算法对系统动态响应曲线进行聚类，并标注类别；最后以故障对应的电网潮流态信息和故障的故障信息作为模型输入，并以故障对应的系统动态响应曲线作为模型输出训练随机森林模型，通过将实时故障信息以及电网潮流态信息输入训练完成的随机森林模型，即可输出对应实时发生故障的系统动态响应曲线类别。该分析方法通过机器学习算法，深度挖掘电网潮流态信息和故障信息与电网电压、频率动态响应特性之间关联，更好地捕捉数据的潜在分布，获取数据底层结构信息，快速判断电网电压、频率响应特性，可以更好地满足电力系统安全稳定判别的快速性要求。

23、本发明分析方法通过对交直流混联电网直流落点近区搜索故障集，故障集中每一故障对应一故障位置和一故障类型，由此可满足多种故障位置以及故障类型对应的电网动态响应特性的分析要求，因此本发明分析方法能够较好地应用在的具有强波动性、强非线性和强不确定性特征的电网动态响应监测与分析服务中。