本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和靈活調(diào)控的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的演變過程，除受一次能源和負(fù)荷分布影響外，還受技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境以及國家政策等因素影響。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在電源接入和負(fù)荷供電需求的推動(dòng)下逐步形成，在跨區(qū)資源優(yōu)化配置激勵(lì)下聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大。電網(wǎng)具有系統(tǒng)性，隨著網(wǎng)源結(jié)構(gòu)的變化，其運(yùn)行靈活性和安全穩(wěn)定性均會(huì)出現(xiàn)較大的變化，因此在電網(wǎng)發(fā)展過程中，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)功能特征、針對安全穩(wěn)定突出矛盾，適時(shí)開展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，改善潮流分布合理性、提高電網(wǎng)輸電能力和運(yùn)行靈活性、增強(qiáng)電網(wǎng)抗擾動(dòng)沖擊能力，避免電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大、送受電容量提升以及交直流混聯(lián)等因素，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響。特高壓直流送電容量大，在提升電網(wǎng)跨大區(qū)資源優(yōu)化配置能力的同時(shí)，也給電網(wǎng)的潮流分布特性以及安全穩(wěn)定性帶來顯著變化；另一方面，直流在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下，具有快速的有功功率調(diào)節(jié)能力，充分合理的利用該功能，可提高大擾動(dòng)暫態(tài)穩(wěn)定水平、改善受擾后動(dòng)態(tài)恢復(fù)特性。在多直流集中送出或饋入的電網(wǎng)，主網(wǎng)架規(guī)劃除考慮安全性、可靠性等因素外，還需進(jìn)一步考慮多回直流之間潮流靈活轉(zhuǎn)運(yùn)的緊急功率支援能力。此外，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整會(huì)對電網(wǎng)主要電站短路電流水平產(chǎn)生影響，在滿足所有電站短路電流在斷路器遮斷容量之內(nèi)且具有一定裕度的前提下，從整體上看，應(yīng)盡量減小網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整對各電站短路電流的影響。針對多直流送出和饋入電網(wǎng)，定義多直流緊急功率支援能力的定量評價(jià)指標(biāo)以及短路電流整體偏差的定量評價(jià)指標(biāo)，并將其納入電網(wǎng)規(guī)劃流程，則有利于構(gòu)建結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、運(yùn)行靈活，且能充分發(fā)揮直流緊急功率支援功能的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1).根據(jù)一次能源與負(fù)荷用電特性，建立交直流混聯(lián)目標(biāo)規(guī)劃電網(wǎng)的網(wǎng)架和夏季大負(fù)荷方式與冬季大負(fù)荷方式數(shù)據(jù)；(2).進(jìn)行電網(wǎng)特性評估；(3).擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案；(4).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進(jìn)行綜合技術(shù)評估；(5).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析；(6).確定網(wǎng)架優(yōu)化方案。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，收集和梳理多直流送出或饋入電網(wǎng)的一次能源供給能力、各類電源發(fā)電能力以及負(fù)荷用電特性，確定各區(qū)域及重要輸電斷面潮流水平；結(jié)合網(wǎng)、源規(guī)劃發(fā)展時(shí)序，構(gòu)建各個(gè)典型運(yùn)行方式下的電網(wǎng)分析計(jì)算數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，所述典型運(yùn)行方式包括：夏季大負(fù)荷方式與冬季大負(fù)荷方式。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟2中，針對各個(gè)典型運(yùn)行方式，開展的特性分析包括：潮流分布分析、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算以及暫態(tài)穩(wěn)定評估。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟3中，利用電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件，結(jié)合靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算以及大擾動(dòng)故障穩(wěn)定性評估，全面梳理電網(wǎng)潮流分布特征、潮流轉(zhuǎn)移分配能力、大擾動(dòng)沖擊抵御能力、短路電流水平與裕度和重要送受電斷面輸電能力，識別電網(wǎng)潮流輸送瓶頸環(huán)節(jié)和安全穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟4中，綜合技術(shù)評估包括：安全穩(wěn)定性評估、輸電能力、多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi，如下式所示：式中，TFi為多直流系統(tǒng)中其他直流對直流i的緊急功率支援能力系數(shù)、n為多直流系統(tǒng)直流條數(shù)、k為直流穩(wěn)態(tài)過負(fù)荷系數(shù)、PN為直流額定送電功率、d和q均為系統(tǒng)中直流的編號、Zid為直流i與直流d間聯(lián)系阻抗；在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，TFi數(shù)值越大，表明多直流緊急功率支援能力越強(qiáng)，反之則越弱。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，Zid采用近似求解方法，如下式所示：本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ，如下式所示：式中N為考察的樞紐電站個(gè)數(shù)，Ik0和Ik為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后電站k的短路電流。σ數(shù)值越小，表明網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電網(wǎng)短路電流水平的整體影響程度越??；反之，則越大。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟6中，計(jì)及多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ定量評估指標(biāo)，并結(jié)合安全穩(wěn)定性、輸電能力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建；結(jié)合多直流系統(tǒng)中各回直流的額定送電容量、過負(fù)荷系數(shù)、換流站間電氣聯(lián)系阻抗等電氣量，構(gòu)建多直流緊急功率支援能力系數(shù)TF；定義網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化對電站短路電流整體偏差的定量評價(jià)指標(biāo)σ；將指標(biāo)應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選流程，指導(dǎo)構(gòu)建結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、調(diào)控靈活、運(yùn)行可靠的多直流送出或受入電網(wǎng)；再者，可以提高多直流送出或饋入電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的科學(xué)性，為構(gòu)建網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、調(diào)控靈活、運(yùn)行可靠的多直流送出或饋入電網(wǎng)提供重要技術(shù)支撐。附圖說明圖1為應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的流程圖。圖2為不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下各直流階躍功率所對應(yīng)的電壓跌落特性的示意圖。具體實(shí)施方式一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于多直流送出或饋入電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案構(gòu)建。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，適應(yīng)多直流緊急功率支援的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1).根據(jù)一次能源與負(fù)荷用電特性，建立交直流混聯(lián)目標(biāo)規(guī)劃電網(wǎng)的網(wǎng)架和夏季大負(fù)荷方式、冬季大負(fù)荷方式數(shù)據(jù)；(2).進(jìn)行電網(wǎng)特性評估；(3).擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案；(4).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進(jìn)行綜合技術(shù)評估；(5).對待選的電網(wǎng)優(yōu)化方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析；(6).確定網(wǎng)架優(yōu)化方案。在所述步驟1中，收集和梳理多直流送出或饋入電網(wǎng)的一次能源供給能力、各類電源發(fā)電能力以及負(fù)荷用電特性，確定各區(qū)域及重要輸電斷面潮流水平；結(jié)合網(wǎng)、源規(guī)劃發(fā)展時(shí)序，構(gòu)建各個(gè)典型運(yùn)行方式下的電網(wǎng)分析計(jì)算數(shù)據(jù)。在所述步驟2中，針對各個(gè)典型運(yùn)行方式，開展的特性分析包括：潮流分布分析、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算以及暫態(tài)穩(wěn)定評估。在所述步驟3中，利用電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件，結(jié)合靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算以及大擾動(dòng)故障穩(wěn)定性評估，全面梳理電網(wǎng)潮流分布特征、潮流轉(zhuǎn)移分配能力、大擾動(dòng)沖擊抵御能力、短路電流水平與裕度和重要送受電斷面輸電能力，識別電網(wǎng)潮流輸送瓶頸環(huán)節(jié)和安全穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，擬定網(wǎng)架優(yōu)化待選方案。在所述步驟4中，綜合技術(shù)評估包括：安全穩(wěn)定性評估、輸電能力、多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ。多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi，如下式所示：式中，TFi為多直流系統(tǒng)中其他直流對直流i的緊急功率支援能力系數(shù)、n為多直流系統(tǒng)直流條數(shù)、k為直流穩(wěn)態(tài)過負(fù)荷系數(shù)、PN為直流額定送電功率、d和q均為系統(tǒng)中直流的編號、Zid為直流i與直流d間聯(lián)系阻抗；在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，TFi數(shù)值越大，表明多直流緊急功率支援能力越強(qiáng)，反之則越弱。Zid采用近似求解方法，如下式所示：短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ，如下式所示：式中N為考察的樞紐電站個(gè)數(shù)，Ik0和Ik為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后電站k的短路電流。σ數(shù)值越小，表明網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電網(wǎng)短路電流水平的整體影響程度越??；反之，則越大。在所述步驟6中，計(jì)及多直流緊急功率支援能力定量評估指標(biāo)TFi和短路電流整體偏差影響定量評估指標(biāo)σ定量評估指標(biāo)，并結(jié)合安全穩(wěn)定性、輸電能力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。(1)建立多直流送出電網(wǎng)的典型運(yùn)行方式數(shù)據(jù)以2014年四川多直流送出電網(wǎng)為例，收集網(wǎng)源建設(shè)時(shí)序和負(fù)荷發(fā)展預(yù)測等數(shù)據(jù)，開展電力電量平衡分析，確定豐水期四川電網(wǎng)的典型運(yùn)行方式。2014年，四川電網(wǎng)向家壩電站、錦屏和官地電站、溪洛渡電站等大型水電基地機(jī)組均已建成投運(yùn)，復(fù)奉、錦蘇和溪浙三回特高壓直流可分別按額定功率6400MW、7200MW和8000MW送電；四川交流外送通道黃巖-萬縣、洪溝-板橋外送電4000MW；四川網(wǎng)內(nèi)川西交流外送通道譚家灣-南充、尖山-眉山、龍泉-資陽合計(jì)外送2000MW；四川網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷水平27527MW。(2)電網(wǎng)特性詳細(xì)評估及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化待選方案確定利用電力系統(tǒng)潮流與機(jī)電暫態(tài)仿真軟件，針對2014年四川目標(biāo)規(guī)劃網(wǎng)架典型運(yùn)行方式，進(jìn)行靜態(tài)安全分析、短路電流評估以及大擾動(dòng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析，識別電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)運(yùn)瓶頸環(huán)節(jié)和暫態(tài)穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)。研究表明，川南500kV東縱通道資陽-內(nèi)江-洪溝-瀘州與西縱通道東坡-南天-樂山-沐川-敘府是四川網(wǎng)內(nèi)“西電東送”和“北電南送”的重要功率匯集與轉(zhuǎn)運(yùn)分配通道，同時(shí)也是錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間相互聯(lián)絡(luò)的重要通道。由于縱向兩個(gè)通道間缺少直接的橫向電氣聯(lián)系，大環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)將使得西部水電外送電力，需迂回送至特高壓直流端口和交流外送通道，影響潮流的靈活組織和調(diào)控。另一方面，特高壓直流故障后，錦蘇直流與復(fù)奉、溪浙直流相互功率支援時(shí)，大容量潮流長距離迂回轉(zhuǎn)移也將會(huì)使電網(wǎng)所承受的沖擊威脅增大，無功損耗增加，不利于系統(tǒng)維持穩(wěn)定運(yùn)行。綜合四川電網(wǎng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性分析，為提高特高壓多直流送端電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移匯集能力和多直流緊急功率支援能力，應(yīng)針對目標(biāo)規(guī)劃網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。待選的川南縱向通道間橫向電氣聯(lián)系的加強(qiáng)方案，分別如下：方案一、構(gòu)建內(nèi)江-南天橫向通道；方案二、構(gòu)建內(nèi)江-樂山橫向通道；方案三、構(gòu)建瀘州-沐川橫向通道。(3)定量評估網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案所對應(yīng)的直流緊急功率支援能力首先應(yīng)用電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真軟件，針對錦蘇、復(fù)奉和溪浙特高壓直流做功率提升和回降階躍擾動(dòng)，記錄與不同階躍功率水平值相對應(yīng)的換流站電壓跌落情況。以錦蘇直流功率回降、復(fù)奉直流功率提升為例，不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下，各種功率階躍水平所對應(yīng)的電壓跌落特性，如圖2所示。應(yīng)用公式近似計(jì)算不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下，裕隆換流站與復(fù)龍換流站、雙龍換流站間的電氣阻抗，如表1所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著橫向通道南移，裕隆換流站與復(fù)龍換流站、雙龍換流站間的電氣距離將趨于緊密，相互之間的潮流轉(zhuǎn)移能力逐步增強(qiáng)。表1不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下特高壓直流換流站間近似電氣阻抗網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案裕隆-復(fù)龍間近似電氣阻抗裕隆-雙龍間近似電氣阻抗增加內(nèi)江-南天通道6.29×10-36.34×10-3增加內(nèi)江-樂山通道5.92×10-36.12×10-3增加瀘州-沐川通道5.86×10-36.06×10-3考慮復(fù)奉±800kV/6400MW、錦蘇±800kV/7200MW以及溪浙±800kV/6400MW三回特高壓直流的穩(wěn)態(tài)過負(fù)荷系數(shù)均為1.1，根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，利用式計(jì)算不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，裕隆換流站與復(fù)龍、雙龍換流站之間的緊急功率支援能力系數(shù)TF，計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案下特高壓直流換流站間近似電氣阻抗網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案裕隆與復(fù)龍、雙龍間潮流轉(zhuǎn)移能力系數(shù)TF增加內(nèi)江-南天通道158.28×10-3增加內(nèi)江-樂山通道165.85×10-3增加瀘州-沐川通道167.51×10-3TF的計(jì)算結(jié)果表明，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)江-南天、內(nèi)江-樂山以及瀘州-沐川三種方案，錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間潮流轉(zhuǎn)移能力依次增強(qiáng)。且從定量數(shù)值上看，方案二、三較方案一效果更為明顯，方案二和方案三之間的差異則相對較小。(4)定量評估網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對電站短路電流整體偏差的影響三種待選方案，對四川電網(wǎng)500kV樞紐變電站短路電流水平的影響，如表3所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出，各種優(yōu)化方案下500kV站點(diǎn)短路電流均有所增大，但斷路器均具有一定的遮斷裕度。三種方案中，相對增幅最大的站點(diǎn)方案一較多，方案三次之，方案二僅在樂山接入點(diǎn)增幅最大。在所列出的主要樞紐點(diǎn)中，方案一至方案三短路電流整體偏差定量評估指標(biāo)σ依次減小，即方案三電網(wǎng)短路電流水平整體影響相對最小，方案二次之，方案一影響最大。表3不同橫向通道增設(shè)方案對川南主要500kV電站短路電流水平影響(單位：kA)站點(diǎn)東坡南天樂山沐川敘府資陽內(nèi)江洪溝瀘州指標(biāo)σ無51.75344.01137.17836.01840.44842.10238.87250.05740.172-內(nèi)江-南天52.32147.92446.48639.10540.92443.73547.85753.51140.3174.8內(nèi)江-樂山53.19952.54840.28837.18540.76343.80848.39154.06740.5954.6瀘州-沐川52.24945.31839.45141.18640.83042.33939.29251.10644.5992.5(5)綜合計(jì)算結(jié)果與規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案川南橫向通道的三種增設(shè)方案，即增設(shè)內(nèi)江-南天、內(nèi)江-樂山或?yàn)o州-沐川通道，從錦蘇特高壓直流與復(fù)奉、溪浙特高壓直流間緊急功率支援能力角度，以及對四川500kV主干輸電網(wǎng)中樞紐變電站短路電流整體影響的角度上看，優(yōu)選次序應(yīng)為瀘州-沐川、內(nèi)江-樂山、內(nèi)江-南天。瀘州-沐川方案下，川南將形成沐川-敘府-瀘州三角形小環(huán)網(wǎng)，有利于提升復(fù)龍地區(qū)潮流匯集能力和抵御故障沖擊能力。但該方案所建瀘州-沐川交流通道，其兩端變電站位于或接近川南縱向通道的末端，因此不利于改善川南500kV大環(huán)網(wǎng)導(dǎo)致的縱向通道間潮流調(diào)度控制困難、環(huán)網(wǎng)故障解開后潮流大范圍轉(zhuǎn)移等不利影響。綜合以上分析，加強(qiáng)川南橫向通道間電氣聯(lián)系的方案可考慮增加內(nèi)江-東坡雙回線路。(6)優(yōu)選方案對提升輸電能力的計(jì)算分析四川網(wǎng)內(nèi)增加內(nèi)江-東坡500kV橫向通道，可改善正常運(yùn)行方式下的潮流分布以及故障后潮流轉(zhuǎn)移能力，如表4所示。復(fù)龍受電能力可提升至4858.6MW，較無該通道的受電能力提升約1441MW。表4內(nèi)江-東坡橫向通道對復(fù)龍地區(qū)受電能力的影響(單位：MW)需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請待批的保護(hù)范圍內(nèi)。