交直流混联系统连锁故障路径搜索及关键线路辨识研究

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随着基于电网换相换流器的高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)的不断成熟和基于电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)即柔性直流系统的快速发展,直流输电工程在多地进行投运,许多区域电网呈现出交直流混联格局。由于交直流系统间的耦合作用变强,交直流混联系统发生严重连锁故障的过程变得更为复杂。且LCCHVDC与VSC-HVDC对系统的连锁故障特性产生不同影响。因此,研究包含两种直流的交直流连锁故障演化路径及辨识相应的关键线路具有重要意义。基于交直流混联电网的连锁故障特性,本文分别选择潮流转移分布系数、线路负载率、换相失败电压阈值及改进多馈入短路比作为后续交直流混联系统连锁故障路径搜索的重要参考指标。由于传统多馈入短路比的概念是基于LCC-HVDC系统提出的,根据短路比的定义,本文分别从短路容量和等效直流功率两方面出发,分析了VSC-HVDC对系统短路电流以及多馈入相互作用因子的影响,进而提出了一种计及柔直的改进多馈入短路比指标计算方法。通过混合多馈入直流系统和实际大系统的仿真验证了改进多馈入短路比评估系统受端电网强度的有效性。在研究系统受端电网强度及潮流转移等运行特性基础上,本文提出了一种适用于包含两种直流的交直流系统过载主导型连锁故障演化路径搜索方法。所提方法通过结合潮流转移分布系数等指标、直流故障判断环节及交流线路开断策略,实现了考虑直流站闭锁的过载主导型连锁故障演化路径的合理搜索。对修改的IEEE39和IEEE300节点系统进行仿真的结果表明,所提方法能高效搜索出考虑直流站闭锁情况的交直流混联系统连锁故障的演化路径。连锁故障链路径与风险评估结果的不同表明直流系统仅为LCCHVDC的常规交直流系统与包含柔直的交直流系统的连锁故障发展过程存在明显差别。在交直流混联系统中,部分关键线路在连锁故障演化过程起着重要作用,因此本文提出了基于H-mine算法的连锁故障关键线路辨识方法。对故障链集合进行频繁项挖掘获得关键线路备选集,并通过对线路的风险分析进一步确定关键线路。对关键线路进行扩建容量,对比系统扩容前后线路和连锁故障链风险水平的变化情况,达到量化关键线路重要性的目的。算例结果表明所提辨识方法在两种交直流混联系统中均能有效辨识连锁故障发展过程中的关键线路。
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