混合直流稳态运行控制方法及系统

本发明涉及电力系统直流控制，具体是混合直流稳态运行控制方法及系统。

背景技术：

1、在现代电力系统中，直流输电技术因其高效、稳定的传输能力，被广泛应用于长距离输电和大容量输电场景。然而，随着新能源发电技术的发展，电力系统中越来越多地接入了诸如风能、太阳能等新能源电站。这些新能源电站具有输出功率波动大、不可预测性高的特点，给电力系统的稳定运行带来了新的挑战。因此，为了保障电力系统的安全和经济运行，迫切需要研究和开发能够兼顾经济性和安全性的直流输电系统稳态运行控制策略。

2、传统的直流输电系统主要依靠常规的换流站来进行功率转换和输送。这些常规换流站通常配置有离散型无功补偿装置，如滤波器和电容器组，用于调节电压和功率因数。然而，离散型无功补偿装置的调节次数和频率受限，频繁的投切操作会影响其使用寿命和可靠性。因此，在实际运行中，必须考虑这些装置的调节成本和运行约束，制定科学合理的运行控制策略。此外，受端电网通常还包括柔性换流站，这些换流站具有良好的有功无功解耦控制特性，能够在暂态过程中瞬时发出大量无功功率，减小电压跌落的危害。因此，如何有效利用柔性换流站的无功储备能力，同时优化常规换流站的无功补偿装置的调节，是实现直流输电系统稳态运行控制的关键问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种兼顾经济性和安全性的混合直流稳态运行控制方法及系统。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的混合直流稳态运行控制方法，包括如下操作：

4、利用柔性换流站的无功类控制中的定电压控制对常规直流输电系统逆变侧的换流母线进行跟踪控制，构建计及柔性换流站无功储备系数的安全性指标；

5、基于常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的调节成本、受端电网系统级的运行约束和常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的运行约束条件，构建兼顾经济性和安全性的混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型；

6、采用模拟退火优化算法求解混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型，获取最优条件下的常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的动作指令，并根据动作指令控制离散型无功补偿装置。

7、本发明的进一步改进在于：计及柔性换流站无功储备系数的安全性指标的表达式为：

8、

9、其中：

10、qvsc(t)＝kvscδu(t)

11、其中，r为柔性换流站无功储备系数，用于反映未来六小时内柔性换流站无功裕量情况，qvscn为柔性换流站的额定无功容量，qvsc(t)为柔性换流站的第t时刻的无功输出量，t1为开始时刻，qvsc为柔性换流站的无功出力，kvsc为柔性换流站对换流母线的无功电压灵敏度系数，δu(t)为常规直流稳态下第t时刻检测到的实时电压值与参考电压值的误差量。

12、本发明的进一步改进在于：常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置包括滤波器和电容器组，调节成本的表达式为：

13、

14、其中，c为调节成本，ni为第i个滤波器的调节次数，n为滤波器的总个数，cn为滤波器的单位调节成本，mj为第j个电容器组的调节次数，m为电容器组的总个数，cm为电容器组的单位调节成本。

15、本发明的进一步改进在于：受端电网系统级的运行约束条件包括节点电压约束和系统潮流约束；

16、其中，节点电压约束的表达式为：

17、0.95≤ul≤1.05

18、其中，ul为节点l的电压；

19、系统潮流约束的表达式为：

20、

21、其中，φ(k,:)和φ(:,k)为节点k为注入节点和注出节点的支路集合，g为注入节点，h为注出节点，m为交流节点集合，u1g为节点g的电压标幺值，pgk为支路gk上传输的有功功率，qgk为支路gk上传输的无功功率，rgk为支路gk的等值电阻，xgk为支路gk的等值电抗，pk为节点k注入的有功功率，qk为节点k注入的无功功率，pkh为支路kh上传输的有功功率，qkh为支路kh上传输的无功功率。本发明的进一步改进在于：常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的运行约束条件包括运行容量约束、运行时间约束、调节次数约束；

22、运行容量约束的表达式为：

23、

24、其中，qni为第i个滤波器的无功出力值，qni_max为第i个滤波器的无功出力值最大值，qmj为第j个电容器组的无功出力值，qmj_max为第j个电容器组的无功出力值最大值；

25、运行时间约束的表达式为：

26、

27、其中，tni+1和tni分别为第i个滤波器第n+1次和第n次的调节时刻，tndur为滤波器最小调节动作间隔时间，tmj+1和tmj分别为第j个电容器组第m+1次和第m次的调节时刻，tmdur为电容器组最小调节动作间隔时间；

28、调节次数约束的表达式为：

29、

30、其中，lni为第i个滤波器的日调节次数，lni_max为第i个滤波器的最大日调节次数，lmj为第j个电容器组的日调节次数，lmj_max为第j个电容器组的最大日调节次数。

31、本发明的进一步改进在于：混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型的目标函数的表达式为：

32、

33、其中，f为目标函数，α和β为经济性指标和安全性指标的权重系数，r为柔性换流站无功储备系数，c为调节成本。

34、本发明的混合直流稳态运行控制系统，所述系统包括：

35、安全性指标构建模块，用于利用柔性换流站的无功类控制中的定电压控制对常规直流输电系统逆变侧的换流母线进行跟踪控制，构建计及柔性换流站无功储备系数的安全性指标；

36、策略模型构建模块，用于基于常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的调节成本、受端电网系统级的运行约束和常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的运行约束条件，构建兼顾经济性和安全性的混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型；

37、求解控制模块，用于采用模拟退火优化算法求解混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型，获取最优条件下的常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的动作指令，并根据动作指令控制离散型无功补偿装置。

38、本发明的进一步改进在于：计及柔性换流站无功储备系数的安全性指标的表达式为：

39、

40、其中：

41、qvsc(t)＝kvscδu(t)

42、其中，r为柔性换流站无功储备系数，用于反映未来六小时内柔性换流站无功裕量情况，qvscn为柔性换流站的额定无功容量，qvsc(t)为柔性换流站的第t时刻的无功输出量，t1为开始时刻，qvsc为柔性换流站的无功出力，kvsc为柔性换流站对换流母线的无功电压灵敏度系数，δu(t)为常规直流稳态下第t时刻检测到的实时电压值与参考电压值的误差量。

43、本发明的进一步改进在于：常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置包括滤波器和电容器组，调节成本的表达式为：

44、

45、其中，c为调节成本，ni为第i个滤波器的调节次数，n为滤波器的总个数，cn为滤波器的单位调节成本，mj为第j个电容器组的调节次数，m为电容器组的总个数，cm为电容器组的单位调节成本；

46、所述受端电网系统级的运行约束条件包括节点电压约束和系统潮流约束；

47、其中，节点电压约束的表达式为：

48、0.95≤ul≤1.05

49、其中，ul为节点l的电压；

50、系统潮流约束的表达式为：

51、

52、其中，φ(k,:)和φ(:,k)为节点k为注入节点和注出节点的支路集合，g为注入节点，h为注出节点，m为交流节点集合，u1g为节点g的电压标幺值，pgk为支路gk上传输的有功功率，qgk为支路gk上传输的无功功率，rgk为支路gk的等值电阻，xgk为支路gk的等值电抗，pk为节点k注入的有功功率，qk为节点k注入的无功功率，pkh为支路kh上传输的有功功率，qkh为支路kh上传输的无功功率；所述常规直流换流站所配置的离散型无功补偿装置的运行约束条件包括运行容量约束、运行时间约束、调节次数约束；

53、运行容量约束的表达式为：

54、

55、其中，qni为第i个滤波器的无功出力值，qni_max为第i个滤波器的无功出力值最大值，qmj为第j个电容器组的无功出力值，qmj_max为第j个电容器组的无功出力值最大值；

56、运行时间约束的表达式为：

57、

58、其中，tni+1和tni分别为第i个滤波器第n+1次和第n次的调节时刻，tndur为滤波器最小调节动作间隔时间，tmj+1和tmj分别为第j个电容器组第m+1次和第m次的调节时刻，tmdur为电容器组最小调节动作间隔时间；

59、调节次数约束的表达式为：

60、

61、其中，lni为第i个滤波器的日调节次数，lni_max为第i个滤波器的最大日调节次数，lmj为第j个电容器组的日调节次数，lmj_max为第j个电容器组的最大日调节次数；

62、所述混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型的目标函数的表达式为：

63、

64、其中，f为目标函数，α和β为经济性指标和安全性指标的权重系数，r为柔性换流站无功储备系数。

65、本发明的一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有混合直流稳态运行控制的程序，所述混合直流稳态运行控的程序被至少一个处理器执行时实现上述混合直流稳态运行控制方法的操作。

66、本发明的有益效果是：基于混合直流受端电网的各电气量的预测结果，并所构建的兼顾经济性和安全性的混合直流逆变侧稳态运行控制策略模型输出结果，既可以保证在稳态运行下常规直流换流站内无功装置运行的经济性，又可以在系统面临电压失稳风险时通过柔性换流站提供紧急的无功支持。