多直流馈入受端电网直流受电规模研究.doc

多直流馈入受端电网直流受电规模研究我国能源资源与负荷呈逆向分布,远距离、大容量输电是我国电力发展的必然选择。考虑我国电网格局现状,大量采用直流输电技术可行,经济合理。进入21世纪,我国直流技术发展迅速,实现了超高压直流到特高压直流的技术突破。目前,已经成为世界上直流输电规模最大、电压等级最高的国家。从我国的主要受端电网来看,现有的500kV超高压电网进入成熟期,短路电流超标等成为主要的电网安全问题,走廊、站址资源日趋紧张,一方面需要大容量的直流直接送入高密度负荷中心,另外一方面又限制了直流选址范围,从而形成了典型的多直流馈入系统。直流需要交流的无功/电压支撑,多回直流的集中接入导致交流电网动态无功支撑“供不应求”。从直流的动态响应过程来看,直流间产生了相互影响,电气距离越近,相互影响越大。由于受端电网进入成熟期、且电网规模庞大,因此功角稳定、频率稳定问题不再突出,影响电网安全稳定的主要是直流集中馈入后带来的电压稳定问题,这将成为制约受端电网直流受电规模的最主要技术因素。进入21世纪以来,我国直流技术进入快速发展期,2016～2020年,国家电网公司规划新建特高压直流超过20回。从现有电网运行的情况来看,随着直流的增加,系统的稳定性对方式变化的适应性逐渐变差,因直流引发的安全稳定风险逐步增加。因此,对于直流,尤其是多直流馈入问题的研究已经延伸到电网规划阶段。为保障未来规划电网的安全稳定性,要统筹考虑规划直流的落点、交流网架和动态无功补偿配置,在此基础上,要研究受端电网可承受的直流受电规模。因此,为引导电网中长期发展规划,研究我国主要受端电网直流受电规模是非常有意义和应用价值的。本论文在全面学习有关多直流馈入系统电压稳定机理、评价指标的基础上,充分借鉴相关专题的研究成果,从电网中长期规划角度,分析了影响受端电网直流受电规模的因素,建立了新的指标计算方法,提出了直流落点优化、动态无功补偿优化方法,改进了网架优化方法,建立了可用于实际电网规划的受端电网直流受电规模整体分析方法和流程,并将其应用于规划的长三角电网。论文的研究工作和创新成果如下：(1)基于多馈入短路比的基本定义及公式,分析了影响多直流馈入系统稳定性的主要因素。从电网规划角度,确定了直流落点、网架结构、动态无功补偿为影响电网直流馈入规模的主要原因；提出了多直流馈入电网直流受入规模本质是多目标优化问题,为了简化问题并避免维数灾等求解难题,采用古典的多目标优化方法中的约束法,将问题简化,提出了分模块优化、启发式求解的策略；根据该策略,建立了融合了直流落点、网架结构、动态无功补偿配置优化方法的受端电网直流受电规模方法和流程。(2)基于直流落点间的等效阻抗和直流额定功率,定义了反映直流在系统内影响力的的权重系数。基于多馈入短路比,建立了计及直流权重的多直流馈入落点方案整体稳定性的综合评价指标及其计算方法。根据直流间的相互影响因子,给出了纳入评价指标计算的直流的筛选策略。提出了涵盖初选、评估排序、安全稳定校核步骤的直流落点选择方法和流程。该方法体现了多直流相互影响的特点,为电网规划方案多回直流落点的选取提供了快速、直接的计算分析工具。该方法应用于长三角规划电网,提出的直流落点方案排序与安全稳定仿真计算结果高度吻合,证明了方法的正确性和有效性。(3)分析了网架结构变化对短路电流、直流间相互影响、多馈入短路比的影响,提出网架变化和多馈入短路比变化不存在单调关系,因此网架结构优化是可行的。在兼顾短路电流控制的多直流馈入电网结构优化方法的基础上,根据多直流馈入电网结构的特点,提出了根据相互影响因子确定直流分组,并采用社团结构划分方法进行直流分区,对直流分区方案进行优化计算并作为网架优化方案,将分区方案分析所得的移除线路作为决策变量集进行优化。该方法一方面提高了网架优化的效率,另外一方面,可以适用于短路电流不超标的多直流馈入电网,适用范围更广。将该方法应用苏南电网网架结构优化,其所得到的网架优化方案与兼顾短路电流控制的多直流馈入电网结构优化方法一致,证明了方法的可行性。(4)根据多直流馈入电网存在电压凹陷区的特征以及主导节点的机理,提出了基于电压灵敏度的无功补偿安装效果评估指标及其计算方法,并确定指标中直流权重的定义及其计算方法。通过时域仿真计算,对动态无功补偿安装区内站点进行无功投入效果指标循环排序,优选动态无功补偿安装点。该方法简单、易实现,具有良好的实用性和鲁棒性。将该方法应用于长三角电网动态无功补偿选点研究,所得的动态无功补偿方案可有效提高系统的稳定性,证明了方法实际可行。(5)基于潮流的雅可比矩阵,考虑各类元件模型的状态方程,推导了有别于传统公式定义的多馈入短路比计算方法。该方法计算的多馈入短路比,可以计及各类动态元件模型、直流控制策略等对多馈入短路比的影响,解决了原多馈入短路比计算