基于图论的多馈入输电系统故障分区限流器安装方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于图论的多馈入输电系统故障分区限流器安装方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国直流输电技术的快速发展以及"南电北送"、"西电东送"等能源战略的实 施，华东电网和南方电网目前已形成多馈入交直流系统。按照国家电网规划，未来会有更多 的直流系统落入交流电网之中。与纯交流系统和单馈入直流系统相比，多馈入直流输电系 统间的相互作用特性对整个系统的安全稳定运行有很大影响。
[0003] 换相失败是直流系统最为常见的故障之一。而在多馈入直流输电系统中，各逆变 站间通过受端交流系统相互耦合，且电气距离较近。当受端交流系统发生故障时，可能引发 各直流同时或相继换相失败；受端系统强度较弱或交流系统故障较严重时，多回直流的连 续换相失败可能导致直流功率传输的中断，最终威胁到整个系统的安全稳定运行。特别是 当直流系统输送功率较大时，多回直流线路同时换相失败或闭锁将造成较大的功率不平衡 和潮流转移，足以威胁整个系统安全稳定运行。
[0004] 事实上，多馈入直流系统同时换相失败问题目前并没有较好的解决办法。一般的 措施是改善直流系统的控制方式，通过采取提前触发脉冲等换相失败预防措施，以及采用 VDCOL控制方式等来快速恢复故障后的直流系统。这些方法只能减缓故障对每条直流换相 失败的影响，但无法避免两条直流系统同时换相失败的发生。近几年提出的柔性直流输电 技术克服了传统直流输电系统换相失败问题，但因功率的限制使其无法应用于远距离大功 率直流输电之中。基于故障限流器的受端交流电网动态分区技术，即利用故障限流器将多 馈入直流受端系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的同步运行区域。动态分区技 术可以有效解决多馈入直流系统之间相互影响问题，增加多馈入系统运行稳定性，但具体 如何对系统进行分区缺乏相应的方法，使得该动态分区技术无法应用于一般多馈入系统。
[0005] 而基于事件集合的概念试验性地提出一种分区方法，将被研究电网的所有突发事 件记为集合Ω。，对于导致系统失稳的事件记为Ω ε，通过分析Ωε是否为空来确定是否安装 故障限流器。通过此种方法理论上可以实现交流电网的分区，但实施起来颇为困难。首先， 系统突发事件可以有各种类型，无法笼统地归并到一块，并且对于大型交流系统，其计算量 或仿真次数会非常之大。其次，故障限流器安装位置有很大的不确定性。同时，上述方法 仅仅是提出了一个笼统的分区方法，并未进行验证。另一方面，所称动态分区并不恰当，原 因是故障限流器安装后区域划分已成定局，很难再一次划分并安装，所以称为故障分区更 为恰当。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决上述问题，提出了一种基于图论的多馈入输电系统故障分区限流 器安装方法，本发明通过分析现有动态分区理论，提出多馈入直流系统故障分区技术，引入 图论的相关理论和分析方法，使得故障分区过程变得清晰、直观。引入电网潮流模相对值的 概念，依据潮流模相对值大小并结合图论的相关概念，提出故障限流器优化安装策略，并在 电磁暂态仿真软件PSCAD中仿真验证该方法的有效性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 多馈入输电系统，包括多条单馈入直流系统和受端交流电网，受端交流电网的线 路上安装有故障限流器，所述受端交流电网包括多节点交流电网，其中，每条单馈入直流系 统连接一个逆变站，每个逆变站换流母线均有一条连接线，连接线均连接多节点交流电网； 所述故障限流器的安装方式为计算交流电网潮流的相对值，并作为权值赋给多节点交流电 网的各边，在与权值大于设定值相对应的受端交流电网线路上逐次安装有故障限流器，多 节点交流电网对电网参数进行调整，控制每个故障限流器是否投入。
[0009] 所述单馈入直流系统为基于CIGRE单馈入标准模型。
[0010] 所述多节点交流电网为IEEE 14节点交流电网模型。
[0011] 基于图论的多馈入输电系统故障分区限流器安装方法，包括以下步骤：
[0012] (1)将多馈入输电系统的受端交流电网抽象为一张图，各交流母线和换流母线作 为图的顶点，各交流线路作为图的边；
[0013] (2)每条边赋以边上潮流模的相对值和边的编号；
[0014] (3)设定故障限流器的初始位置，将边上潮流模的相对值大于设定值的所有边上 安装故障限流器，并按照潮流模的相对值从大到小的顺序逐次投入；
[0015] (4)令每隔定点一次发生三相短路故障，每次故障发生时投入一组故障限流器，检 测故障后直流系统熄弧角的大小，确定两直流系统是否发生同时换相失败，记录故障限流 器投入后避免所有顶点故障下的同时换相失败的组；
[0016] (5)对所有单相接地故障进行验证，如果记录的故障限流器组均能避免所有顶点 故障下的同时换相失败，则记录该组故障限流器所在边的编号；
[0017] (6)排除该组故障限流器已经试验过的组合，在依次投入，分别进行三相短路故障 仿真和单相接地故障验证，如果均满足验证，则确定该组故障限流器所在边为安装位置。
[0018] 所述步骤（1)中，将带有直流落点的交流电网抽象为图，各母线包括换流母线组 成图的顶点集，各交流线路组成图的边集。
[0019] 所述步骤⑴中，对于500kV及以上电压等级为主网架的区域电网所构成的图，其 顶点集应为最高电压等级母线组成的集合，边集为主干线路组成的集合。
[0020] 所述步骤⑵中，将图G的每条边都赋予两个权：权I和权II，权I是边上潮流模 的相对值，计算方法为该边流过潮流的模与交流电网所有线路上潮流模平均值的比值，权 II赋值为边的编号。
[0021] 所述步骤（3)中，边上潮流模的相对值的设定值为1。
[0022] 所述步骤（4)中，具体为：共有η个顶点，每个顶点依次发生三相短路故障，共有η 次故障，每次故障发生时都会有一组限流器进行投入；通过检测故障后直流系统逆变侧熄 弧角的大小来确定两直流系统是否发生同时换相失败，如果某组限流器的投入都避免所有 顶点故障下的同时换相失败，那么该组限流器就是符合要求的故障限流器配置。
[0023] 所述步骤（5)中，具体方法为：对η次单相接地故障进行验证，如果η次单相接地 故障下该组限流器仍然满足要求，则返回该组限流器所在边的编号，如果单相接地故障不 满足要求，则选择下一组限流器组合进行验证。
[0024] 所述步骤(6)中，对于确定的故障限流器组合进一步寻优，以确定该组合中所使 用的最少故障限流器台数，按照边上潮流模的相对值大小顺序继续进行排列组合，并排除 前面已经出现的组合，依次进行投入分别进行三相短路故障仿真和单相接地故障验证，如 果该过程出现满足要求的故障限流器组合，则返回该组合的编号，否则，返回步骤（5)中的 故障限流器组合的编号。
[0025] 本发明的有益效果为：
[0026] (1)针对目前动态分区技术存在的不足，基于图论基本原理，提出多馈入系统故障 分区技术，可以更好地解决多馈入系统同时换相失败问题；
[0027] (2)有效实现故障后电网的分区及故障的隔离，保证多馈入系统不发生同时换相 失败；
[0028] (3)引入电网潮流模相对值的概念，提出电网故障限流器优化配置策略，通过在 IEEE14节点电网中进行三相短路和单相接地短路等连续仿真分析，验证了该优化安装方法 的有效性。
【附图说明】
[0029] 图1为简单无向图示意图；
[0030] 图2为故障限流器优化配置方案流程示意图；
[0031] 图3为多馈入直流输电系统概略图；
[0032] 图4为14节点电网抽象图；
[0033] 图5为边18安装FCL后的分割图；
[0034] 图6为边18和11安装FCL后的分割图；
[0035] 图7为边18、11和17安装FCL后的分割图。
【具体实施方式】：
[0036] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 1故障分区技术理论
[0038] I. 1故障限流器（FCL)应用简介
[0039] 随着电力系统规模逐渐扩大，系统的复杂性和控制难度不断升高，交流电网功率 也日益增加，这