綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析與快速估算

收稿日期：2022-01-24

基金項(xiàng)目：國網(wǎng)寧夏電力有限公司科技項(xiàng)目（B329NX210003）

通信作者：衣立東（1971—），男，博士、教授級高級工程師，主要從事新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方面的研究。15946375633@163.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0101 文章編號：0254-0096（2023）06-0122-08

摘 要：針對大容量直流和高比例新能源集中接入的交直流送端系統(tǒng)中，由于故障擾動引起的暫態(tài)過電壓難以快速準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)致系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題，提出綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析與快速估算方法。首先，建立風(fēng)火打捆的送端系統(tǒng)等效模型，考慮儲能系統(tǒng)接入后的交直流綜合能源的調(diào)節(jié)特性，對故障后的暫態(tài)過電壓進(jìn)行修正。分析故障擾動下風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無功功率動態(tài)變化特性，給出暫態(tài)過電壓的計(jì)算流程。然后，分析暫態(tài)過電壓時變參數(shù)辨識方法，提出交直流系統(tǒng)暫態(tài)過電壓快速估計(jì)方法。最后，以某地交直流送端系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方法在交直流送端系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的計(jì)算精度和收斂速度方面具有優(yōu)越性。

關(guān)鍵字：綜合能源；交直流；暫態(tài)過電壓；新能源；快速估算

中圖分類號：TM73 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

建設(shè)大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域電能輸送的特高壓交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)，已成為清潔能源基地向負(fù)荷聚集地區(qū)供應(yīng)的發(fā)展趨勢，同時也是推動中國實(shí)現(xiàn)“3060”能源低碳目標(biāo)的重要途徑［1-3］。但是，一方面，隨著風(fēng)電、光伏等波動性電源裝機(jī)規(guī)模和容量的持續(xù)擴(kuò)增，改變了特高壓輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其波動性、隨機(jī)性也給交直流送端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)［4-5］。另一方面，新能源發(fā)電替代傳統(tǒng)火電速度加快，若直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗、直流閉鎖等故障時，直流線路功率傳輸會受阻，直流濾波器發(fā)出的大量無功注入交流網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致?lián)Q流母線產(chǎn)生暫態(tài)過電壓問題［6-7］。尤其對于含大規(guī)模風(fēng)電的送端系統(tǒng)，考慮到風(fēng)電機(jī)組對高壓耐受能力有限，一旦暫態(tài)壓升超過風(fēng)電機(jī)組的耐壓極限，將導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)甚至大規(guī)模連鎖脫網(wǎng)，造成嚴(yán)重的系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題。

針對直流故障擾動，文獻(xiàn)［8-9］研究直流閉鎖、換相失敗與暫態(tài)過電壓的相關(guān)性，建立了基于直流故障擾動的暫態(tài)過電壓優(yōu)化估計(jì)模型。文獻(xiàn)［10-12］提出直流擾動下暫態(tài)過電壓指標(biāo)體系，建立了交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)電壓優(yōu)化控制策略。針對交流故障擾動，文獻(xiàn)［13-14］研究交流系統(tǒng)短路導(dǎo)致的暫態(tài)過電壓特性，建立了送端新能源無功優(yōu)化控制模型。文獻(xiàn)［15-16］研究交流系統(tǒng)短路與無功變化的關(guān)系，提出交直流系統(tǒng)電壓優(yōu)化控制模型。

故障擾動下的新能源機(jī)組低電壓、高電壓穿越等特性會影響交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)的暫態(tài)過電壓。文獻(xiàn)［17］研究交流故障下過電壓的不同場景，將新能源機(jī)組脫網(wǎng)視為送端短路容量降低，進(jìn)而進(jìn)行電壓估算。文獻(xiàn)［18-19］研究送端新能源機(jī)組在故障擾動時的低電壓穿越特性，考慮了源側(cè)無功補(bǔ)償進(jìn)行電壓估算。目前的交直流送端系統(tǒng)為風(fēng)光火儲多電源的綜合能源系統(tǒng)，較少考慮到儲能對于無功電壓的調(diào)節(jié)作用。對故障擾動下的交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)過電壓特性進(jìn)行分析是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，且目前的研究鮮有考慮交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)在故障擾動下暫態(tài)過電壓的快速計(jì)算問題，如何快速準(zhǔn)確地對交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)的暫態(tài)過電壓進(jìn)行估計(jì)還有待研究。

本文首先建立風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)的等效模型，考慮儲能系統(tǒng)的接入，建立綜合能源系統(tǒng)交直流送端系統(tǒng)功率修正模型。分析電壓與無功功率動態(tài)變化特性，建立暫態(tài)過電壓計(jì)算模型。在此基礎(chǔ)上，建立遞推最小二乘辨識的暫態(tài)過電壓快速估算方法。最后以某地交直流送端系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立仿真模型，驗(yàn)證所提方法的有效性和精確性。

1 交直流送端系統(tǒng)等效建模及其功率特性

1.1 風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)模型

交直流混聯(lián)送端系統(tǒng)包含火電、風(fēng)電、交流電網(wǎng)、直流換流器等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜［20］。為方便實(shí)際計(jì)算，對送端進(jìn)行簡化建模，得到交直流送端系統(tǒng)等效電路模型如圖1所示。其中，[Pg]、[Qg]和[Pgw]、[Qgw]為火電、風(fēng)電有功和無功輸出；[Pug]、[Qug]和[Pw]、[Qw]為火電、風(fēng)電源側(cè)有功和無功輸出；[Ps]、[Qs]為受端的有功和無功；[Pd]、[Qd]為換流站有功和無功需求；[Qbw1]、[Qbw2]和[Qbs1]、[Qbs2]與[Qc]分別為新能源側(cè)、源側(cè)和換流站的無功補(bǔ)償；[Uw]、[Us]和[xw]、[xs]分別為新能源側(cè)、源側(cè)的線路電抗。

根據(jù)圖1可推導(dǎo)出源送端和受端的功率方程如式（1）～式（6）所示。

[Pw=Pgw] （1）

[Qw=Qgw+Qbw1-Qlw] （2）

[Ps=Pug+Pgw-Pd] （3）

[Qs=Qgw+Qbw1-Qlw+Qbw2+Qc-Qd+Qbs1-Qls] （4）

[Qlw=Pw2+Qw2Ud2xw] （5）

[Qls=Ps2+Qs2Us2xs] （6）

式中：[Qlw]、[Qls]——風(fēng)電機(jī)組側(cè)和系統(tǒng)側(cè)消耗無功。

本文的交直流混聯(lián)送端系統(tǒng)充分考慮了換流站與風(fēng)電機(jī)組、受端的無功損失和電壓變化關(guān)系，對交直流混聯(lián)送端系統(tǒng)模型進(jìn)行了完善。分別分析換流站與風(fēng)電機(jī)組、受端的無功損失和電壓變化關(guān)系如圖2所示。圖2中，[Pw′]、[Qw′]和[Ps′]、[Qs′]為故障后的源側(cè)和受端功率。

由圖2a可見，故障后換流站電壓[Ud′]可通過系統(tǒng)側(cè)電壓[Us′]及故障后系統(tǒng)側(cè)受入功率[Ps′]、[Qs′]求得：

[Qs′=Qs+ΔQgw-ΔQd-ΔQlw-ΔQls] （7）

[Ps′=Ps+ΔPgw-ΔPd] （8）

[Ud′=Us′+Qs′xsUs′2+Ps′xsUs′2] （9）

由圖2b可見，故障后風(fēng)電機(jī)組側(cè)電壓[Uw′]可通過換流站電壓[Ud′]及源側(cè)功率[Pw′]、[Qw′]計(jì)算。

[Qw′=Qw+ΔQgw-ΔQlw] （10）

[Pw′=Pw+ΔPgw] （11）

[Uw′=Ud′+Qw′xwUd′2+Pw′xwUd′2] （12）

式中：[ΔQgw]、[ΔQd]、[ΔPd]——故障后風(fēng)電無功、直流無功和直流有功變化；[ΔQlw]、[ΔQls]——故障后送端和受端無功需求變化。

若交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)中產(chǎn)生故障諸如直流閉鎖和短路等，會大大降低直流輸送能力。故障擾動時直流系統(tǒng)的有功和無功功率可表示為：

[ΔQd=0-Qd=-Qd] （13）

[ΔPd=0-Pd=-Pd] （14）

考慮到無功功率難以遠(yuǎn)距離傳輸，風(fēng)電機(jī)組側(cè)和系統(tǒng)側(cè)輸送的無功功率一般均遠(yuǎn)小于有功功率，因此，為簡化理論分析，故障后風(fēng)電機(jī)組側(cè)和系統(tǒng)側(cè)消耗無功變化可忽略無功部分[Qw]、[Qs]影響，即：

[ΔQlw=Pw′2-Pw2Ud2xw] （15）

[ΔQls=Ps′2-Ps2Us2xs] （16）

將式（1）～式（16）聯(lián)立，可建立傳統(tǒng)風(fēng)火打捆外送的送端系統(tǒng)模型。

1.2 考慮分布式儲能的等值系統(tǒng)修正模型

對于交直流送端系統(tǒng)中新能源波動性和不確定性等問題，通過風(fēng)、光、火、水聯(lián)合打捆外送方法能平抑風(fēng)光功率波動，彌補(bǔ)單類型電源獨(dú)立外送的缺陷，風(fēng)、光、水火等多電源可通過協(xié)同功率配比減輕調(diào)節(jié)壓力，因此交直流送端系統(tǒng)目前大多發(fā)展為風(fēng)火儲等多電源的綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)［21-22］。

考慮到分布式儲能可對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，需將如圖1所示的等值系統(tǒng)進(jìn)行修正，如圖3所示。

在理論推導(dǎo)時，需將風(fēng)電機(jī)組和系統(tǒng)側(cè)穩(wěn)態(tài)功率方程中的式（2）、式（4）分別修正為：

[Qw=Qgw+QES+Qbw1-Qlw] （17）

[Qs=Qgw+QES+Qbw1-Qlw+Qbw2+Qc-Qd+Qbs1-Qls] （18）

另外，需將風(fēng)電機(jī)組和系統(tǒng)側(cè)的故障后功率方程中的式（7）、式（10）分別修正為：

[Qs′=Qs+ΔQgw+ΔQES-ΔQd-ΔQlw-ΔQls] （19）

[Qw′=Qw+ΔQgw+ΔQES-ΔQlw] （20）

儲能在故障擾動發(fā)生瞬間可認(rèn)為暫態(tài)內(nèi)電勢[Eq′]恒定，無功出力僅與機(jī)端電壓[Uw′]相關(guān)，故障后儲能無功出力變化為：

[ΔQES=（Eq′-Uw′）xd′Uw′] （21）

式中：[QES]——儲能無功出力；[ΔQES]——故障后儲能無功出力變化；[xd′]——儲能暫態(tài)內(nèi)電抗。

2 故障擾動下的暫態(tài)過電壓計(jì)算流程

系統(tǒng)發(fā)生故障后，由于換流母線電壓波動，風(fēng)電機(jī)組將進(jìn)入故障穿越狀態(tài)。為了簡化分析，假設(shè)風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)時運(yùn)行在單位功率因數(shù)下，且故障期間能保持不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行，不計(jì)檢測環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)的延遲，則暫態(tài)過電壓最高時，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)處于高電壓穿越狀態(tài)。參考文獻(xiàn)［23-24］，如果并網(wǎng)點(diǎn)電壓的正序分量升高至1.1～1.3 pu，風(fēng)電需從電網(wǎng)吸收無功，相應(yīng)的無功電流公式為：

[Iq=KUT-1.1IN] （22）

式中：[Iq]和[IN]——風(fēng)電所需的無功電流和額定電流；[K]和[UT]——動態(tài)無功電流因子和送端并網(wǎng)點(diǎn)電壓。

式（22）為故障擾動下風(fēng)電所需的無功電流變化特性，根據(jù)式（22），如果故障擾動時送端并網(wǎng)點(diǎn)電壓還是三相對稱狀態(tài)，忽略并網(wǎng)點(diǎn)到換流母線的電壓損失，能夠推導(dǎo)出風(fēng)電高電壓穿越情況下的動態(tài)無功出力方程為：

[Pwf+jQwf=kwpPw+jkwqUpf-1.1UpfSN] （23）

式中：[Pwf]和[Qwf]——故障期間風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功、無功功率；[kwp]和[kwq]——故障擾動下風(fēng)電機(jī)組有功和無功系數(shù)。

根據(jù)第1節(jié)的風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)模型，可推導(dǎo)出交流電網(wǎng)在擾動下被注入的功率為：

[Ssf，0=kwpPw+jkwqUpf，0-1.1Upf，0SN+" " " " " jUpf，0Up2Qc-kdepPdc+jkdeqQdc] （24）

式中：[kdeq]——擾動系數(shù)；[Pdc]、[Qdc]——故障期間直流換流器的有功、無功功率。

然后，可進(jìn)行交互迭代計(jì)算，交流電網(wǎng)在擾動下被注入的功率（包含功率損失）[S2，i]和受端功率[Ss，i]的公式為：

[S2，i=Ssf，i-1Upf，i-1*Rs+jXsSsf，i-1Upf，i-1Ss，i=Ssf，i-1-Sz，i] （25）

式中：[i]——迭代次數(shù)；[*]——取復(fù)數(shù)共軛。

流母線電壓為：

[Upf，i=Rs+jXsSs，iUs*+Us] （26）

然后，繼續(xù)迭代計(jì)算交流電網(wǎng)注入功率：

[Ssf，i=kwpPw+jkwqUpf，i-1.1Upf，iSN+" " " " "jUpf，iUp2Qc-kdcpPdc+jkdcpQdc] （27）

最后，計(jì)算等值電勢：

[Us，i=Upf，i-Ssf，iUpf，i*Rs+jXs] （28）

3 暫態(tài)過電壓快速計(jì)算方法

由于暫態(tài)過電壓為一時變特征量，本文提出一種時變遺忘因子遞推最小二乘（TVFRLS）算法，基于第2節(jié)的計(jì)算流程，對綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓中的時變參數(shù)進(jìn)行精確辨識，將暫態(tài)過電壓計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為TVFRLS算法能適應(yīng)的最小二乘格式。

對時變參數(shù)進(jìn)行辨識計(jì)算時，先將暫態(tài)過電壓計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為TVFRLS算法能適應(yīng)的最小二乘格式：

[y（t）=φT（t）θ（t）+ξ（t）] （29）

式中：[φT（t）]——由并網(wǎng)點(diǎn)功率變化/電壓變化量構(gòu)成的向量；[θ（t）]——暫態(tài)過電壓時變參數(shù)向量，存在：

[φT（t）=-y（t-1），…，-yt-na，u（t-d-1），…，ut-d-nbθ（t）=a1（t），…，ana（t），b1（t），…，bnb（t）] （30）

式中：[a1（t），…，ana（t），] [b1（t），…，bnb（t）]——待辨識的時變參數(shù)，如風(fēng)電、火電的有功無功參數(shù)等。

對上述并網(wǎng)點(diǎn)功率變化量/無功變化量賦加權(quán)重因子，第[L]和[L-n]個變化量測值的權(quán)重為1和[λn0lt;λnlt;1]。該方法的持續(xù)時間越長，初始數(shù)據(jù)對模型的價值越低，能使辨識值越貼近實(shí)際值，該方法的準(zhǔn)則函數(shù)為：

[J（θ）=t=1LλL-ty（t）-φT（t）θ（t）2" " " =YL-HLθTΛLYL-HLθ] （31）

式中：[J]和[λ]——累積平方誤差和遺忘因子，并有[0lt;λ≤1; ][HL]——輔助系數(shù)向量；[ΛL=diagλL-1，λL-2，…，1]。

為使誤差最小化，對式（31）求偏導(dǎo)：

[?J（θ）?θθ0=??θYL-HLθTΛLYL-HLθθ0=0] （32）

由式（32）可得：

[θ0=HTLΛLHL-1HTLΛLYL] （33）

若將遺忘因子矩陣設(shè)為[ΛL=E]，式（33）可簡化為：

[θ=HTLHL-1HTLYL] （34）

為減少運(yùn)算量，令[P（t）=HTtHt-1]，則式（34）可表示為：

[θ（t）=P（t）P-1（t-1）θ（t-1）+φ（t）y（t）] （35）

引入卡爾曼增益矢量[K（t）=P（t）φ（t）]，利用矩陣反演公式可得：

[P（t）=I-K（t）φT（t-1）P（t-1）] （36）

綜上，可得最小二乘法算法表達(dá)式為：

[e（t）=y（t）-φT（t-1）θ（t-1）θ（t）=θ（t-1）+K（t）e（t）K（t）=P（t-1）φ（t-1）1+φT（t-1）P（t-1）φ（t-1）P（t）=I-K（t）φT（t-1）P（t-1）] （37）

本文提出的TVFRLS算法加入時變遺忘因子[λ（t）]，相應(yīng)模型如式（38）所示。

[e（t）=y（t）-φT（t-1）θ（t-1）θ（t）=θ（t-1）+K（t）e（t）K（t）=P（t-1）φ（t-1）λ（t）+φT（t-1）P（t-1）φ（t-1）P（t）=1λ（t）I-K（t）φT（t-1）P（t-1）] （38）

式中：[λ（t）]——[t]時刻的遺忘因子，且有[0lt;λ（t）≤1]。

本文提出的TVFRLS算法引入時變遺忘因子[λ（t）]，不僅能防止數(shù)據(jù)飽和，且能快速有效地跟蹤參數(shù)的變化。[λ（t）]越小，對時變參數(shù)的跟蹤能力越強(qiáng)，辨識靈敏度越高，穩(wěn)定誤差越大；[λ（t）]越大，跟蹤能力越弱，辨識靈敏度降低，穩(wěn)定誤差越小。通過增加敏感因子[μ]，可保證算法的誤差較小。還可根據(jù)準(zhǔn)則函數(shù)判斷[λmin]和[μ]的取值是否能滿足算法的性能，[J]值越小說明取值越優(yōu)。本文TVFRLS算法中[λ（t）]可表示為：

[λ（t）=λmin+1-λminL（t）] （39）

式中：[λmin]——遺忘因子下限值；[L（t）]可表示為：

[L（t）=2Rround μe2（t）] （40）

式中：[Rround[ ]]——取整函數(shù)。

另一方面，對綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓進(jìn)行辨識計(jì)算時，模型階數(shù)低和擬合度高是快速估算的前提。暫態(tài)過電壓計(jì)算模型的階次為待辨識參數(shù)的數(shù)量，本文采用最終預(yù)報(bào)誤差法來計(jì)算模型階次，如式（41）所示：

[fFPEna，nb=L+na+nbL-na+nbσ2] （41）

式中：[na]、[nb]、[σ2]——[a、b]的階次估計(jì)值和交直流系統(tǒng)暫態(tài)過電壓計(jì)算模型殘差的方差。使[fFPEna，nb]計(jì)算值最小時的[na]、[nb]，即為本文計(jì)算模型的階次數(shù)。

TVFRLS算法開始運(yùn)行后，還應(yīng)判斷暫態(tài)過電壓快速計(jì)算模型與仿真實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對比評價。應(yīng)用暫態(tài)過電壓快速計(jì)算輸出[y（t）]和仿真實(shí)際系統(tǒng)輸出[y（t）]的誤差來對比，通過[y（t）]和[y（t）]擬合比來定量分析：

[fFR=1-t=1N（y（t）-y（t））2t=1Ny（t）2×100%] （42）

式中：[fFR]——誤差比；[N]——樣本數(shù)量。

4 算例仿真

將TVFRLS算法應(yīng)用于解決含綜合能源的交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析與快速估算問題中，以某地交直流送端系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立仿真模型，采用機(jī)電暫態(tài)程序PSD-BPA搭建如圖1、圖3所示的等值算例系統(tǒng)。算例系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況和主要參數(shù)為：[Pgw0=5、][Qgw0=1.64、][Pgw=5、][Qgw=0、][Pd=4、][Qd=2.4、][xs=0.08、][xw=0.02、][kw=0.5、][λw=1.5、][xd′=0.1]。

4.1 考慮儲能的暫態(tài)過電壓計(jì)算結(jié)果

1）在不考慮儲能情況下，系統(tǒng)側(cè)送出線路發(fā)生三瞬短路故障（換流站電壓跌落到約0.4 pu），仿真結(jié)果為風(fēng)電機(jī)組側(cè)暫態(tài)電壓[Uw′=1.133]，見圖4。短路故障清除時刻，[Qs′=1.97]、[Ps′=2.30]、[Qw′=-3.46]、[Pw′=1.17]，根據(jù)TVFRLS算法可求得，理論結(jié)果為風(fēng)電機(jī)組側(cè)暫態(tài)電壓[Uw′=1.113]，與仿真結(jié)果相比誤差為1.8%。

2）在考慮風(fēng)電機(jī)組側(cè)加裝儲能情況下（50 MVA），且故障類型相同時，仿真結(jié)果為風(fēng)電機(jī)組側(cè)暫態(tài)電壓[Uw′=1.068]，如圖5所示。短路故障清除時刻，由本文TVFRLS算法可得[ΔQsc=-0.726]，理論結(jié)果為風(fēng)電機(jī)組側(cè)暫態(tài)電壓[Uw′=1.041]，與仿真結(jié)果相比誤差為2.5%。同時對比圖4和圖5可看出在故障發(fā)生后，系統(tǒng)中若接入儲能可減小暫態(tài)過電壓的幅值，明顯降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 考慮風(fēng)電波動的暫態(tài)過電壓計(jì)算結(jié)果

首先，對不考慮風(fēng)電不確定性的場景進(jìn)行計(jì)算。設(shè)置系統(tǒng)發(fā)生直流閉鎖故障，并基于本文的綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓快速計(jì)算方法，暫態(tài)過電壓的計(jì)算值為1.179 pu，如圖6所示，而仿真實(shí)際值為1.173 pu，可得到本文在不考慮風(fēng)電不確定性時暫態(tài)過電壓計(jì)算值與實(shí)際值的誤差為0.51%。

設(shè)置系統(tǒng)發(fā)生換相失敗故障，暫態(tài)過電壓計(jì)算結(jié)果如圖7所示，本文TVFRLS快速計(jì)算方法和仿真實(shí)際的暫態(tài)過電壓結(jié)果分別為1.211和1.199 pu，兩者的誤差為1.0%?？煽闯霰疚腡VFRLS算法的計(jì)算精度較高。

然后，對考慮風(fēng)電不確定性的的場景進(jìn)行暫態(tài)過電壓計(jì)算，風(fēng)電不確定系數(shù)取值0.5，直流系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時處于額定功率狀態(tài)。設(shè)置風(fēng)電機(jī)組的有功和無功系數(shù)分別為1和2。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生直流閉鎖故障時，基于本文提出的暫態(tài)過電壓快速計(jì)算方法，得到的暫態(tài)過電壓的計(jì)算值為1.234 pu，如圖8所示，而仿真實(shí)際值為1.255 pu，可得到本文在不考慮風(fēng)電不確定性時暫態(tài)過電壓計(jì)算值與實(shí)際值的誤差為1.67%。通過兩者結(jié)果對比，可驗(yàn)證本文的方法在風(fēng)電不確定性時的進(jìn)行暫態(tài)過電壓計(jì)算仍具有較優(yōu)的性能。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生換相失敗故障時，本文暫態(tài)過電壓計(jì)算結(jié)果如圖9所示，本文TVFRLS快速計(jì)算方法和仿真實(shí)際的暫態(tài)過電壓結(jié)果分別為1.246和1.264 pu，兩者的誤差為1.44%。

通過本文算法和仿真對比，可看出在故障擾動發(fā)生時，考慮風(fēng)電不確定性會增大系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的幅值，且會影響快速估計(jì)算法的精度，但本文算法的結(jié)果依然具有較小的誤差。

4.3 暫態(tài)過電壓快速計(jì)算算法性能

改變風(fēng)電機(jī)組故障穿越特性，進(jìn)一步驗(yàn)證所提出暫態(tài)過電壓計(jì)算方法的有效性和準(zhǔn)確性。在本文算例基礎(chǔ)上，通過設(shè)置不同的風(fēng)電無功系數(shù)改變無功功率特性。令無功系數(shù)[kwq]為［1，3］，其他參數(shù)保持不變。選取若干場景在仿真模型中進(jìn)行驗(yàn)證，通過理論計(jì)算和仿真分析得到的暫態(tài)過電壓結(jié)果對比如表1所示。

通過實(shí)際值與快速計(jì)算值輸出的暫態(tài)過電壓結(jié)果進(jìn)行對比，在故障擾動時風(fēng)電機(jī)組的無功輸出特性變化情況下依然保持較高的吻合度，由此證明了所提出的TVFRLS算法具有可靠的計(jì)算精度。從表1可看出，機(jī)組無功系數(shù)越大，暫態(tài)過電壓幅值越小。這是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組在故障擾動時可以吸收無功減少向交流電網(wǎng)注入無功，會減少過電壓幅值。

圖10為采用TVFRLS算法與RLS和遺傳算法的性能比較?？煽闯觯z傳算法收斂速度較快，需迭代24次，但誤差較高；RLS算法誤差小但收斂速度慢；本文提出的TVFRLS算法引入時變遺忘因子收斂速度顯著提高，尋優(yōu)能力大大增強(qiáng)，仿真結(jié)果更接近真實(shí)值。

5 結(jié) 論

針對交直流混聯(lián)系統(tǒng)中由于暫態(tài)過電壓計(jì)算困難影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的問題，本文提出綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析與快速估算方法，給出了詳細(xì)的計(jì)算流程，主要結(jié)論如下：

1）考慮儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，建立綜合能源交直流混聯(lián)外送系統(tǒng)等值模型。以某地交直流送端系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提暫態(tài)過電壓方法的有效性和精確性。

2）故障擾動下風(fēng)電機(jī)組的無功輸出與電壓存在動態(tài)關(guān)系，本文提出故障擾動下的暫態(tài)過電壓計(jì)算方法計(jì)及風(fēng)電機(jī)組無功電壓動態(tài)特性，具有較好的計(jì)算精度。

3）提出基于時變遺忘因子遞推最小二乘的交直流外送系統(tǒng)暫態(tài)過電壓計(jì)算方法。相比于傳統(tǒng)最小二乘法和遺傳算法，本文提出的遞推最小二乘辨識在收斂速度以及暫態(tài)過電壓計(jì)算的誤差方面具有明顯的優(yōu)勢。

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TRANSIENT OVERVOLTAGE ANALYSIS AND RAPID ESTIMATION OF INTEGRATED ENERGY AC-DC HYBRID TRANSMISSION SYSTEM

Yi Lidong1，Bai Shibin1，Zhang Wenchao2，Tian Zhihao1，Liu Shunnan2，Liu Gang1

（1. State Grid Ningxia Electric Power Co.， Ltd.， Yinchuan 750001， China；

2. Beijing Kedong Electric Power Control System Co.， Ltd.， Beijing 100192， China）

Abstract：Aiming at the problem that the transient overvoltage caused by fault disturbance is difficult to calculate quickly and accurately in the AC-DC transmission terminal system with large capacity DC and high proportion of new energy centralized access， which leads to the safe and stable operation of the system， a method of transient overvoltage analysis and rapid estimation of the integrated energy AC-DC hybrid transmission system is proposed. In this regard， this paper firstly establishes an equivalent model of the sending end system of wind and fire bundling， considering the regulation characteristics of the AC and DC integrated energy after the energy storage system being connected， and corrects the transient overvoltage after the fault. The dynamic change characteristics of active power and reactive power of wind turbines under fault disturbance are analyzed， and the calculation flow of transient overvoltage is given. Then， the time-varying parameter identification method of transient overvoltage is analyzed， and a fast estimation method of transient overvoltage in AC-DC system is proposed. Finally， a simulation model is established based on the data of the AC/DC transmission side system in a certain place. The simulation results verify that the proposed method has superiority in the calculation accuracy and convergence speed of the transient overvoltage of the AC/DC transmission side system.

Keywords：integrated energy； AC/DC； transient overvoltage； new energy； fast estimation