一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法及系统与流程

1.本发明属于电网广域监测系统简称高级应用技术领域，具体涉及一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法及系统。


背景技术：

2.近年来，特高压直流输电技术在远距离大容量输电、区域电网互联领域愈加起到举足轻重的作用。然而，随着大规模交直流混合电网的快速发展以及间歇性可再生新能源规模的不断扩大，送端换流站近区交流电网结构发生了巨大变化，电压无功支撑能力降低。在此情况下，如换流站直流功率发生大扰动(换相失败、直流闭锁等故障)导致外送功率受阻，在换流站的交流母线上极易出现明显的电压抬升，其持续时间有可能超过过电压保护时间定值，导致保护误动作。
3.从电网结构上来看，高压直流换流站与其近区交流系统在物理上互联一体，当送端换流站直流功率送出受阻时，过剩的无功功率将通过连接线路反馈流入存在物理联接的近区交流侧系统，引起交流系统电压抬升，导致新能源机组因过电压保护误动而脱网，故障可从局部影响扩大至全局，并形成多种故障形态耦合交织局面，使故障规模及危害程度大幅增加。
4.直流功率输送受阻导致送端直流近区交流电网过电压问题本质上是换流站近区无功不平衡问题。因此，有必要在送端直流近区开展无功调节能力评价，从而针对直流近区无功调节关键及薄弱环节进行精确评估和预警，并有针对性的实现高风险电压稳定薄弱断面刻画，提高送端直流近区电网在遭受各种扰动情况下的无功调节能力，为调度部门提供技术支撑，从而保证系统安全稳定运行。现有的直流近区无功调节能量评价针对单一类型设备或场站，不能体现直流近区整体无功支撑能力。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法，包括：
6.当送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动时，获取送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据；
7.基于所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值；
8.根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
9.优选的，所述送端直流近区无功调节能力评价指标包括：
10.换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间、电压调节稳态偏差、无功设备响应时间、无功设备调节持续时间、无功电流超调量、近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比。
11.优选的，
12.所述基于所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值，包括：
13.基于预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标，采用预设评分标准对所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据进行打分，得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值。
14.优选的，所述根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价，包括：
15.根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值利用加权法确定送端直流近区无功调节能力的综合评价分数；
16.基于所述综合评价分数和预先划分的评价区间，对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
17.优选的，所述送端直流近区无功调节能力的综合评价分数的计算式如下：
[0018][0019]
式中，s为送端直流近区无功调节能力的评价分数，ω
j
为第j个指标对直流近区换流站无功调节能力评价的权重，d
j
为第j个指标的值，n为指标的个数。
[0020]
优选的，所述送端直流近区运行数据，包括：
[0021]
送端直流近区中换流站交流母线电压及直流功率以及送端直流近区中各无功源的有功、无功、电压及电流；
[0022]
其中，所述无功源包括：常规机组、新能源场站、无功补偿装置以及调相机。
[0023]
优选的，送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动的判断过程，包括：
[0024]
采集送端直流近区的换流站直流功率的时序数据；
[0025]
判断预设时长内，所述换流站直流功率的增减幅度是否超过预设扰动阈值：
[0026]
若是，则送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动；否则送端直流近区的换流站直流功率未发生超过预设标准的扰动。
[0027]
优选的，所述基于所述运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算之后，还包括：
[0028]
在预设时长内，按母线过电压时间顺序记录发生过电压的常规机组和新能源场站的名称及其过压时刻。
[0029]
基于同一发明构思，本技术还提供了一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价系统，包括：数据采集模块、计算模块、和评价模块；
[0030]
所述数据采集模块，用于当送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动时，获取送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据；
[0031]
所述计算模块，用于基于所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值；
[0032]
所述评价模块，用于根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
[0033]
优选的，所述计算模块具体用于：
[0034]
基于预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标，采用预设评分标准对所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据进行打分，得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值。
[0035]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0036]
本发明提供了一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法及系统，包括：当送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动时，获取送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据；基于所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值；根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价；本发明采用预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标对送端直流近区无功调节能力进行综合评价，由于获取的是近区整体数据体现直流近区整体无功支撑能力的问题。本发明提出的无功调节能力综合评价方法采用在线评价模式，数据来源准确并具有实时性。
[0037]
本发明进一步对发生过电压的常规机组和新能源场站的名称及其过压时刻进行记录，对直流近区过电压薄弱断面路径刻画，并计算近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比，实现了对送端直流近区无功调节关键及薄弱环节的精确评估，可为相关部门直流近区场站规划、设备配置及无功控制策略制定提供有效的技术支撑，从而保证系统安全稳定运行。
[0038]
本发明提出的送端直流近区无功调节能力综合评价方法进一步对送端直流近区无功支撑能力、送端交流系统新能源集群无功调节能力和过电压故障连锁反应进行评价，实现了全面综合评价，评估结果更加全面。
附图说明
[0039]
图1为本发明提供的一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法流程示意图；
[0040]
图2为本发明提供的直流近区无功调节性能综合评估总体思路示意图；
[0041]
图3为本发明提供的送端直流近区无功调节能力在线综合评价系统软件架构示意图；
[0042]
图4为本发明提供实施例中直流近区无功调节性能综合评价启动判断流程示意图；
[0043]
图5为本发明提供的一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价系统结构示意图。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0045]
本发明提出一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法及系统，从直流闭
锁故障与交流电压越限两方面入手，构建送端直流近区无功调节能力评价指标体系，实现对送端直流近区无功支撑能力、送端交流系统新能源集群无功调节能力的在线评价，并实现对送端直流近区交流系统过电压连锁反应关联关系的路径刻画。本发明以d5000平台wams系统实时数据为基础，为送端直流近区提供了一种在线无功调节能力评价方法，针对送端直流近区无功调节关键及薄弱环节进行精确评估和预警，其评价结果可为送端直流近区新能源场站部署、无功补偿装置配置及无功优化策略的制定提供辅助决策依据。
[0046]
实施例1：
[0047]
本发明提供的一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法流程示意图如图1所示，包括：
[0048]
步骤1：当送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动时，获取送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据；
[0049]
步骤2：基于送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值；
[0050]
步骤3：根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
[0051]
送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法总体思路如图2所示，评估内容包括送端直流近区无功调节能力对电压稳定性影响评估，以及直流近区过电压薄弱断面路径刻画两部分内容，其中：前者又可分为对送端换流站交流母线无功支撑能力的评价以及送端直流近区交流系统无功调节能力评估两部分内容。送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法的具体内容包括：
[0052]
在步骤1之前，构建送端直流近区无功调节能力评价指标并进行数据准备，
[0053]
其中，送端直流近区无功调节能力评价指标的构建包括：
[0054]
根据相关直流系统电压控制标准及交流系统无功控制标准，构建送端直流近区无功调节能力评价指标，包括换流站交流母线无功支撑能力、交流系统无功调节能力以及过电压连锁反应这三个方向的评价指标，这三个方向下均包括具体的评价指标(简称指标)，并明确评价指标的计算方法。
[0055]
其中，换流站交流母线无功支撑能力的评价指标包括：换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间和电压调节稳态偏差，交流系统无功调节能力的指标包括：无功设备响应时间、无功设备调节持续时间和无功电流超调量，过电压连锁反应的指标包括：近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比。其中，换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间和电压调节稳态偏差是基于直流闭锁故障方面构建的，无功设备响应时间、无功设备调节持续时间、无功电流超调量、近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比是基于交流电压越限方面构建的。
[0056]
数据准备包括：
[0057]
根据送端直流近区无功调节能力评价指标计算需要，在d5000平台wams(wide area measurement system，即电网广域监测系统)系统中采集换流站、常规机组、新能源场站、调相机及相关无功补偿装置的实时数据。
[0058]
步骤1中，判断发生扰动，即评价方法的启动判据为：对换流站直流线路有功功率
进行监测，以换流站直流功率发生大扰动(即短时功率变化值超出正常调节范围)为无功调节能力评价启动判据，并记录扰动发生时刻。
[0059]
步骤2中，具体包括换流站交流母线无功支撑能力、送端直流近区新能源发电集群无功调节能力和送端直流近区交流系统过电压连锁反应路径刻画三个方面的计算，得到对应方面的指标值，具体为：
[0060]2‑
1、换流站交流母线无功支撑能力评估：在无功调节能力评价启动后，读取扰动发生时刻前5s至后15s区间内换流站交流母线电压数据，计算换流站交流母线无功支撑能力评价指标；
[0061]2‑
2、送端直流近区新能源发电集群无功调节能力评估：在无功调节能力评价启动后，读取扰动发生时刻前5s至后15s区间内常规机组、新能源场站、无功补偿装置以及调相机有功、无功、电压、电流数据，计算交流系统无功调节能力评价指标；
[0062]2‑
3、送端直流近区交流系统过电压连锁反应路径刻画：在无功调节能力评价启动后，对直流近区交流系统母线过电压情况进行统计，并按照过电压发生时间先后顺序对近区发生过压的发电机组及新能源场站个数及新能源场站机组脱网情况进行记录，并计算过电压故障连锁反应评价指标；
[0063]
步骤3具体包括：
[0064]3‑
1：送端直流近区无功调节能力综合评价结果判定：对送端直流近区无功调节能力评价指标进行归一化处理，按照式1计算送端直流近区无功调节能力的综合评价分数。
[0065][0066]
在此公式中：
[0067]
s
i
为第i个换流站直流近区无功调节能力综合评价分数；
[0068]
ω
i,j
为第j个评价指标对第i个换流站直流近区无功调节能力评价的参数隶属度(权重)；
[0069]
d
i，j
为第j个评价指标在第i个换流站直流近区无功调节能力评价下的评价分数，也即第j个评价指标在第i个换流站的值；
[0070]
n为换流站直流近区无功调节能力评价指标个数。
[0071]
即公式1示出了当存在多个换流站时，各换流站的直流近区无功调节能力综合评价分数的计算方法。
[0072]3‑
2：对送端直流近区无功调节能力进行划分，从根据步骤3
‑
1的计算结果而得到送端直流近区无功调节能力综合评价结果。
[0073]
实施例2：
[0074]
为实现本发明，设计送端直流近区无功调节能力在线综合评价系统软件(以下简称“综合评价系统软件”)，系统软件架构如图3所示。系统包括系统初始化模块、无功评价启动判断模块、无功调节能力评价模块、过电压连锁反应路径刻画模块以及综合评价结果判定模块。以下通过对综合评价系统软件各模块实现功能的阐述说明送端直流近区无功调节能力在线综合评价方法的实现过程。
[0075]
首先，在综合评价系统软件初始化时，根据送端直流近区无功调节能力评价指标计算需求梳理综合评价系统软件所需d5000平台wams系统实时数据采集内容，建立标准化
统一数据模型，供后续模块各类型指标计算使用。各项评价指标的计算方法均为现有技术，本发明中不做详细说明。
[0076]
综合评价系统软件所需数据如表1所示。
[0077]
表1 d5000平台wams系统数据采集类型说明
[0078][0079]
其次，针对换流站直流线路有功功率扰动进行启动判断，启动判断流程如图4所示。直流近区配置按照换流站实现，以换流站内直流有功功率数据在20ms内增减幅度大于20％直流输送额定功率为无功评价启动判据。当判据条件满足时即换流站不存在大扰动故障，且读取功率数据有扰动变化时，启动无功调节能力评价模块和过电压连锁反应路径刻画模块；否则，继续下一数据段无功评价启动判断，即进入下一次判断流程；
[0080]
无功调节能力评价模块依据相关直流系统电压控制标准及交流系统无功控制标准实现。在本实施例中，交流系统以直流近区新能源发电集群为例，说明交流系统无功调节能力评价的实现方法。
[0081]
根据相关直流系统电压控制标准规定：在直流功率中断或部分直流功率终端引起的换流站交流母线工频过电压波动，电压幅值的变化不得超过扰动前电压的30％，且应在2s以内降低到故障前电压的105％以内。因此，在前述动态过程中，针对送端换流站交流母线无功支撑能力评估，选取换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间以及电压调节稳定偏差三项作为换流站交流母线无功支撑能力评价指标，当上述指标满足下列要求时，判断送端换流站交流母线无功支撑能力符合要求。
[0082]
1)换流站交流母线电压峰值≤1.3p.u；
[0083]
2)电压调节持续时间小于2s；
[0084]
3)电压调节稳态偏差≤
±
0.05p.u；
[0085]
根据相关新能源场站无功控制标准规定：风电场自并网点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时间应不少于550ms。光伏电站自并网点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于30ms。因此，在因直流功率输出受阻而导致的无功功率反馈交流系统动态过程中，针对送端直流近区新能源发电集群
无功调节能力评估，选取新能源场站无功设备响应时间、调节时间、无功电流超调量三项作为新能源发电集群无功调节能力评价指标，当上述指标满足下列要求时，判断送端直流近区新能源发电场站无功调节能力符合要求。
[0086]
1)风电场无功设备响应时间≤75ms，光伏电站无功设备响应时间≤30ms；
[0087]
2)风电场无功设备调节持续时间≥550ms，光伏电站参考风电场调节时间要求；
[0088]
3)无功电流超调量调节方向正确；
[0089]
过电压连锁反应路径刻画模块的设计着眼于直流系统盈余无功转移途径与交直流系统电压波动的相互影响，针对送端直流近区交直流母线电压波动及越限情况进行路径刻画，用以揭示交直流系统之间的相互影响关系。在无功评价启动后，按各母线过电压时间顺序将发生过电压的新能源机组和新能源场站的名称及其过压时刻进行记录，记录延时时间限制于换流站直流功率扰动发生后15s以内，并对在此期间所有脱网新能源机组进行数据统计，从而对盈余无功转移途径及交流系统电压稳定薄弱断面进行刻画。
[0090]
综合评价结果判定模块在无功调节能力评价模块和过电压连锁反应路径刻画模块指标计算的基础上，对送端直流近区无功调节能力进行综合判断。其判断标准及判断权重如表2所示。其中，表2中的取值区间、评分标准和评分权重不是固定的，需要根据待评价各地区的特点做相应的调整。表2中，取值区间即为评价指标相关物理量的取值区间，评分标准即指标的取值标准，即对指标相关物理量的取值进行评分，评价分数即指标的值。
[0091]
表2送端直流近区无功调节能力综合评价标准
[0092]
[0093][0094]
根据表2所示评分标准及权重，按照式1计算换流站直流近区无功调节能力综合评价分数，并按表3所示对换流站直流近区无功调节能力进行综合评价。
[0095]
表3换流站直流近区无功调节能力综合评价结果
[0096]
评价结果优良正常预警告警最终评分100～8080～6060～4040～0
[0097]
本发明中，还可在根据表2所示评分标准得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值之后更进一步根据换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间和电压调节稳态偏差的指标值对换流站交流母线无功支撑能力进行评估，根据无功设备响应时间、无功设备调节持续时间和无功电流超调量的指标值对交流系统无功调节能力进行评估，以及根据近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比对过电压故障连锁反应进行评估，即根据表2算得的各指标值以及各指标权重，分别计算在换流站交流母线无功支撑能力、交流系统无功调节能力和过电压故障连锁反应三个方面的综合得分，并根据三个方面各自的评分区间，得到换流站交流母线无功支撑能力、交流系统无功调节能力和过电压故障连锁反应的评价结果。
[0098]
实施例3：
[0099]
基于同一发明构思，本发明还提供了一种送端直流近区无功调节能力在线综合评价系统，如图5所示，包括：数据采集模块、计算模块和评价模块；
[0100]
数据采集模块，用于当送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动时，获取送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据；
[0101]
计算模块，用于基于所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值；
[0102]
评价模块，用于根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
[0103]
其中，送端直流近区无功调节能力评价指标包括：
[0104]
换流站交流母线电压峰值、电压调节持续时间、电压调节稳态偏差、无功设备响应时间、无功设备调节持续时间、无功电流超调量、近区电压越限场站百分比和近区机组脱网场站百分比。
[0105]
其中，计算模块具体用于：基于预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标，采用预设评分标准对所述送端直流近区当前时刻前后一段时间的运行数据进行打分，得到各送端直流近区无功调节能力评价指标的值。
[0106]
其中，所述根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价，包括：
[0107]
根据各送端直流近区无功调节能力评价指标的值利用加权法确定送端直流近区无功调节能力的综合评价分数；
[0108]
基于所述综合评价分数和预先划分的评价区间，对送端直流近区无功调节能力进行在线综合评价。
[0109]
其中，送端直流近区无功调节能力的综合评价分数的计算式如下：
[0110][0111]
式中，s为送端直流近区无功调节能力的评价分数，ω
j
为第j个指标对直流近区换流站无功调节能力评价的权重，d
j
为第j个指标的值，n为指标的个数。
[0112]
其中，送端直流近区运行数据，包括：
[0113]
送端直流近区中换流站交流母线电压及直流功率以及送端直流近区中各无功源的有功、无功、电压及电流；
[0114]
其中，无功源包括：常规机组、新能源场站、无功补偿装置以及调相机。
[0115]
其中，送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动的判断过程，包括：
[0116]
采集送端直流近区的换流站直流功率的时序数据；
[0117]
判断预设时长内，换流站直流功率的增减幅度是否超过预设扰动阈值：
[0118]
若是，则送端直流近区的换流站直流功率发生超过预设标准的扰动；否则送端直流近区的换流站直流功率未发生超过预设标准的扰动。
[0119]
其中，基于运行数据和预先确定的送端直流近区无功调节能力评价指标进行计算之后，还包括：
[0120]
在预设时长内，按母线过电压时间顺序记录发生过电压的常规机组和新能源场站的名称及其过压时刻。
[0121]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0122]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0123]
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。
[0124]
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。
[0125]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。