多直流饋入受端電網(wǎng)直流受電規(guī)模研究.pdf

1、我國能源資源與負(fù)荷呈逆向分布，遠(yuǎn)距離、大容量輸電是我國電力發(fā)展的必然選擇。考慮我國電網(wǎng)格局現(xiàn)狀，大量采用直流輸電技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理。進(jìn)入21世紀(jì)，我國直流技術(shù)發(fā)展迅速，實現(xiàn)了超高壓直流到特高壓直流的技術(shù)突破。目前，已經(jīng)成為世界上直流輸電規(guī)模最大、電壓等級最高的國家。從我國的主要受端電網(wǎng)來看，現(xiàn)有的500kV超高壓電網(wǎng)進(jìn)入成熟期，短路電流超標(biāo)等成為主要的電網(wǎng)安全問題，走廊、站址資源日趨緊張，一方面需要大容量的直流直接送入高密度負(fù)荷中心，另

2、外一方面又限制了直流選址范圍，從而形成了典型的多直流饋入系統(tǒng)。
　　直流需要交流的無功/電壓支撐，多回直流的集中接入導(dǎo)致交流電網(wǎng)動態(tài)無功支撐“供不應(yīng)求”。從直流的動態(tài)響應(yīng)過程來看，直流間產(chǎn)生了相互影響，電氣距離越近，相互影響越大。由于受端電網(wǎng)進(jìn)入成熟期、且電網(wǎng)規(guī)模龐大，因此功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定問題不再突出，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要是直流集中饋入后帶來的電壓穩(wěn)定問題，這將成為制約受端電網(wǎng)直流受電規(guī)模的最主要技術(shù)因素。
　　進(jìn)入21

3、世紀(jì)以來，我國直流技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期，2016～2020年，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃新建特高壓直流超過20回。從現(xiàn)有電網(wǎng)運行的情況來看，隨著直流的增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性對方式變化的適應(yīng)性逐漸變差，因直流引發(fā)的安全穩(wěn)定風(fēng)險逐步增加。因此，對于直流，尤其是多直流饋入問題的研究已經(jīng)延伸到電網(wǎng)規(guī)劃階段。為保障未來規(guī)劃電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，要統(tǒng)籌考慮規(guī)劃直流的落點、交流網(wǎng)架和動態(tài)無功補(bǔ)償配置，在此基礎(chǔ)上，要研究受端電網(wǎng)可承受的直流受電規(guī)模。因此，為引導(dǎo)電網(wǎng)中長期

4、發(fā)展規(guī)劃，研究我國主要受端電網(wǎng)直流受電規(guī)模是非常有意義和應(yīng)用價值的。
　　本論文在全面學(xué)習(xí)有關(guān)多直流饋入系統(tǒng)電壓穩(wěn)定機(jī)理、評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，充分借鑒相關(guān)專題的研究成果，從電網(wǎng)中長期規(guī)劃角度，分析了影響受端電網(wǎng)直流受電規(guī)模的因素，建立了新的指標(biāo)計算方法，提出了直流落點優(yōu)化、動態(tài)無功補(bǔ)償優(yōu)化方法，改進(jìn)了網(wǎng)架優(yōu)化方法，建立了可用于實際電網(wǎng)規(guī)劃的受端電網(wǎng)直流受電規(guī)模整體分析方法和流程，并將其應(yīng)用于規(guī)劃的長三角電網(wǎng)。論文的研究工作和創(chuàng)新成果

5、如下:
　　(1)基于多饋入短路比的基本定義及公式，分析了影響多直流饋入系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素。從電網(wǎng)規(guī)劃角度，確定了直流落點、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、動態(tài)無功補(bǔ)償為影響電網(wǎng)直流饋入規(guī)模的主要原因;提出了多直流饋入電網(wǎng)直流受入規(guī)模本質(zhì)是多目標(biāo)優(yōu)化問題，為了簡化問題并避免維數(shù)災(zāi)等求解難題，采用古典的多目標(biāo)優(yōu)化方法中的約束法，將問題簡化，提出了分模塊優(yōu)化、啟發(fā)式求解的策略;根據(jù)該策略，建立了融合了直流落點、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、動態(tài)無功補(bǔ)償配置優(yōu)化方法的受端電網(wǎng)

6、直流受電規(guī)模方法和流程。
　　(2)基于直流落點間的等效阻抗和直流額定功率，定義了反映直流在系統(tǒng)內(nèi)影響力的的權(quán)重系數(shù)。基于多饋入短路比，建立了計及直流權(quán)重的多直流饋入落點方案整體穩(wěn)定性的綜合評價指標(biāo)及其計算方法。根據(jù)直流間的相互影響因子，給出了納入評價指標(biāo)計算的直流的篩選策略。提出了涵蓋初選、評估排序、安全穩(wěn)定校核步驟的直流落點選擇方法和流程。該方法體現(xiàn)了多直流相互影響的特點，為電網(wǎng)規(guī)劃方案多回直流落點的選取提供了快速、直接的計算

7、分析工具。該方法應(yīng)用于長三角規(guī)劃電網(wǎng)，提出的直流落點方案排序與安全穩(wěn)定仿真計算結(jié)果高度吻合，證明了方法的正確性和有效性。
　　(3)分析了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化對短路電流、直流間相互影響、多饋入短路比的影響，提出網(wǎng)架變化和多饋入短路比變化不存在單調(diào)關(guān)系，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化是可行的。在兼顧短路電流控制的多直流饋入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)多直流饋入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點，提出了根據(jù)相互影響因子確定直流分組，并采用社團(tuán)結(jié)構(gòu)劃分方法進(jìn)行直流分區(qū)，對直流

8、分區(qū)方案進(jìn)行優(yōu)化計算并作為網(wǎng)架優(yōu)化方案，將分區(qū)方案分析所得的移除線路作為決策變量集進(jìn)行優(yōu)化。該方法一方面提高了網(wǎng)架優(yōu)化的效率，另外一方面，可以適用于短路電流不超標(biāo)的多直流饋入電網(wǎng)，適用范圍更廣。將該方法應(yīng)用蘇南電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其所得到的網(wǎng)架優(yōu)化方案與兼顧短路電流控制的多直流饋入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法一致，證明了方法的可行性。
　　(4)根據(jù)多直流饋入電網(wǎng)存在電壓凹陷區(qū)的特征以及主導(dǎo)節(jié)點的機(jī)理，提出了基于電壓靈敏度的無功補(bǔ)償安裝效果評估

9、指標(biāo)及其計算方法，并確定指標(biāo)中直流權(quán)重的定義及其計算方法。通過時域仿真計算，對動態(tài)無功補(bǔ)償安裝區(qū)內(nèi)站點進(jìn)行無功投入效果指標(biāo)循環(huán)排序，優(yōu)選動態(tài)無功補(bǔ)償安裝點。該方法簡單、易實現(xiàn)，具有良好的實用性和魯棒性。將該方法應(yīng)用于長三角電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償選點研究，所得的動態(tài)無功補(bǔ)償方案可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，證明了方法實際可行。
　　(5)基于潮流的雅可比矩陣，考慮各類元件模型的狀態(tài)方程，推導(dǎo)了有別于傳統(tǒng)公式定義的多饋入短路比計算方法。該方法計算

10、的多饋入短路比，可以計及各類動態(tài)元件模型、直流控制策略等對多饋入短路比的影響，解決了原多饋入短路比計算中僅能計及系統(tǒng)阻抗（反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）和直流功率的缺點。將該計算方法應(yīng)用于長三角電網(wǎng)不同直流控制策略下的多饋入短路比計算，其計算結(jié)果與直流特性相吻合。采用基于潮流雅可比矩陣的多饋入短路比作為評價動態(tài)無功補(bǔ)償裝置點的基本指標(biāo)，建立了能夠反映一個動態(tài)無功補(bǔ)償配置方案的綜合指標(biāo)，采用遺傳算法，可實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償配置方案的優(yōu)選，該方法計算速度快

11、，適應(yīng)性好。將該方法應(yīng)用于長三角電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償選點研究，所得的動態(tài)無功補(bǔ)償方案可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，證明了方法可行、有效。
　　(6)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、直流落點優(yōu)化和動態(tài)無功補(bǔ)償配置優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式規(guī)劃方法求取最大直流受入規(guī)模。優(yōu)化方法應(yīng)用于長三角規(guī)劃電網(wǎng)，可提高多直流饋入電網(wǎng)穩(wěn)定性和承受直流能力?？紤]配置一定規(guī)模的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，長三角電網(wǎng)可承受的最大直流規(guī)模為12回，共71800W;若不考慮動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，長三角