一种限流参数全局优化方法

1.本发明涉及混合直流输电系统领域，具体是一种限流参数全局优化方法。


背景技术：

2.多端混合直流输电系统故障呈现复杂化、全局化特征，短路电流水平超标问题严重。大容量高压直流断路器在技术研发和设备制造上均有较大难度，进一步限制了输送功率的提升。在此背景下，有必要配合采取相应的限流措施抑制故障电流的迅速增长，避免在保护动作前mmc因过流发生闭锁使直流系统停运，图1即为三端混合直流输电系统，包括lcc站、mmca站、mccb站，三端混合直流输电系统的送端通过lcc输电技术将新能源接入直流输电系统，受端则通过mmc输电馈入负荷中心，线路采用架空线。。
3.现有柔性电网限流措施主要包括器件限流和附加控制限流两种。然而，在直流电网中加装过大的限流器件(器件限流)会给系统引入了诸多弊端，如降低系统的响应速度、增加能量耗散以及增加交流保护误动的可能性等；通过控制策略限流(控制限流)的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析，忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小进而加剧线路过流现象。此外，多数研究并未考虑lcc换流站的低压限流环节，不适用于多端混合直流输电系统的分析。
4.综上，现有的电网限流措施存有弊端，需要改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种限流参数全局优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种限流参数全局优化方法，包括以下步骤：
8.步骤1，对本端换流站的限流参数灵敏性进行校验得到限流参数的最优初值以及合适的灵敏度区间；
9.步骤2，建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制限流参数的最优解；
10.步骤3，在得到第一组最优控制限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，最终得到控制参数全局优化结果。
11.作为本发明再进一步的方案：所述限流参数全局优化方法还包括：
12.步骤4，对mmc站主动限流特性作优化处理，降低交流电流激增对受端系统的冲击。
13.作为本发明再进一步的方案：步骤1包括：
14.步骤11，选取各线路始端、末端、中点形成故障集合n；
15.步骤12，选取弱受端换流站出口故障记为i；
16.步骤13，校验本站限流参数灵敏度获得的最优初值以及合适的灵敏度区间。
17.作为本发明再进一步的方案：步骤2包括：
18.步骤21，根据步骤1获得的限流参数最优初值以及合适的灵敏度区间分别作为后
续多目标规划的问题的迭代初值和约束条件；
19.步骤22，建立考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制参数的最优解，模型为：
[0020][0021]
其中，为10ms内故障极线路短路电流最大值；为受端交流系统电压变化幅值；为10ms内线路电流大于1.5倍额定电流持续的时间；i
abc
为mmc三相桥臂电流；与分别为所有线路故障极与非故障极短路电流的最大值，若为双极故障则无约束；i
arm.max
、i
gmax
与i
gmax
'对应于约束条件的上限值，所有参量均取标幺值形式，j为对应于判断矩阵中参数的序号。
[0022]
作为本发明再进一步的方案：步骤3包括：
[0023]
步骤31，在得到第一组最优限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，若本组参数满足适应性校验则进行下一组故障类型校验，直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成输出最优全局性限流控制参数；
[0024]
步骤32，若后续故障类型不满足适应性区间(即)，则通过修改相应参数直至满足适应性校验的上限或下限值，将本组参数替代上一组最优参数而后循环上述过程直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成,，此时限流参数全局优化i段已完成。
[0025]
作为本发明再进一步的方案：步骤4包括：
[0026]
步骤41，当换流站主动限流启动时监测限流因子k值并开始计时，设其首次跌落至0.2.p.u的时间为δt
p
，此时开始启动直流电压恢复策略以降低对换流器桥臂的二次冲击，其恢复特性为：
[0027][0028]
其中kh为恢复系数取0.3～0.5。
[0029]
步骤42，k计算表达式为：
[0030]
1-(i
dc-i
dcref
)/i
dcref
×
kb＝k k∈[0,1] (3)
[0031]idc
为直流电流实际值；i
dcref
为其参考值。
[0032]
作为本发明再进一步的方案：控制限流参数包括低压限流参数u
l
、低压限流参数i
l
、主动限流参数k
b1
、主动限流参数k
b2
。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先通过状态枚举法得到主要典型故障类型、故障位置形成集合，对最严重的弱受端换流站出口侧故障进行限流参数优化，之后对故障集中的其他故障类型进行适应性校验，进而得到全局最优控制参数结果。
附图说明
[0034]
图1为三端混合直流输电系统拓扑的示意图。
[0035]
图2为一种限流参数全局优化方法的流程图。
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
请参阅图2，一种限流参数全局优化方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤1，对本端换流站的限流参数灵敏性进行校验得到限流参数的最优初值以及合适的灵敏度区间；
[0039]
步骤2，建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制限流参数的最优解；
[0040]
步骤3，在得到第一组最优控制限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，最终得到控制参数全局优化结果。
[0041]
在具体实施例中：请参阅图2，以三端混合直流输电系统井下举例介绍，但是本发明不仅仅适用于三端混合直流输电系统，适用于多端混合直流输电系统；首先通过状态枚举法得到主要典型故障类型、故障位置形成集合n，选取第一个故障点i(i＝1)，通过多目标规划模型，获取第一个故障点的最优控制限流参数；再换成第二个故障点i(i＝2)来获取相对应的最优控制限流参数，直至最后一个故障点i(i＝n)的最优控制限流参数。
[0042]
在本实施例中：请参阅图2，所述限流参数全局优化方法还包括：
[0043]
步骤4，对mmc站主动限流特性作优化处理，降低交流电流激增对受端系统的冲击。
[0044]
在本实施例中：请参阅图2，步骤1包括：
[0045]
步骤11，选取各线路始端、末端、中点形成故障集合n；
[0046]
步骤12，选取弱受端换流站出口故障记为i；
[0047]
步骤13，校验本站限流参数灵敏度获得的最优初值以及合适的灵敏度区间。
[0048]
在本实施例中：请参阅图2，步骤2包括：
[0049]
步骤21，根据步骤1获得的限流参数最优初值以及合适的灵敏度区间分别作为后续多目标规划的问题的迭代初值和约束条件；
[0050]
步骤22，建立考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制参数的最优解，模型为：
[0051][0052]
其中，为10ms内故障极线路短路电流最大值；为受端交流系统电压变化
幅值；为10ms内线路电流大于1.5倍额定电流持续的时间；i
abc
为mmc三相桥臂电流；与分别为所有线路故障极与非故障极短路电流的最大值，若为双极故障则无约束；i
arm.max
、i
gmax
与i
gmax
'对应于约束条件的上限值，所有参量均取标幺值形式，j为对应于判断矩阵中参数的序号。
[0053]
由于高压直流输电系统具有强非线性的特点，电气量的变化受控制系统的影响，故障条件下的故障电压、故障电流等电气量难以通过解析的方法求解。因此本发明在通过灵敏度校验得到迭代初值及迭代区间后，遍历所有典型故障，利用状态枚举法得到故障集合，求取各故障状态下计算的f值并寻求控制参数最优解。
[0054]
此外，本发明在利用层次分析法求取各目标权重时，利用一致性指标进行校验并通过算数平均法求得各参数具体权重。
[0055]
在本实施例中：请参阅图2，步骤3包括：
[0056]
步骤31，在得到第一组最优限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，若本组参数满足适应性校验则进行下一组故障类型校验，直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成输出最优全局性限流控制参数；
[0057]
步骤32，若后续故障类型不满足适应性区间(即)，则通过修改相应参数直至满足适应性校验的上限或下限值，将本组参数替代上一组最优参数而后循环上述过程直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成,，此时限流参数全局优化i段已完成。
[0058]
其中ε为适应性系数可取0.2-0.35，反应本组参数对其他故障情况的适应能力，若ε设定值过大，所得结果在其他故障条件下对过流现象的限制能力下降；若ε设定值过小，输出的优化结果可能为空集。
[0059]
在本实施例中：请参阅图2，步骤4包括：
[0060]
步骤41，当换流站主动限流启动时监测k值并开始计时，设其首次跌落至0.2.p.u的时间为δt
p
，此时开始启动直流电压恢复策略以降低对换流器桥臂的二次冲击，其恢复特性为：
[0061][0062]
其中kh为恢复系数取0.3～0.5。
[0063]
kb为可调系数，k为限流因子，经调制信号后得到输出直流电压表示为k
×
u的形式，由于k值属于[0,1]，因此可通过降低故障后mmc直流输出电压以达到限流的目的。
[0064]
步骤42，k计算表达式为：
[0065]
1-(i
dc-i
dcref
)/i
dcref
×
kb＝k k∈[0,1] (3)
[0066]idc
为直流电流实际值；i
dcref
为其参考值。
[0067]
在得到合理的优化参数后，为进一步降低交流电流激增对受端系统的冲击，可对mmc主动限流特性进一步作优化处理。
[0068]
在本实施例中：请参阅图2，控制限流参数包括低压限流参数u
l
、低压限流参数i
l
、主动限流参数k
b1
、主动限流参数k
b2
。
[0069]
最终不同故障点有着不同的控制限流参数，来对故障区域进行限流处理，抑制故障电流的迅速增长。
[0070]
本发明提出了一种限流参数全局优化方法，通过建立多目标规划模型来获得最优
控制限流参数，多端混合直流输电系统的不同故障点都有不同的控制限流参数，抑制故障电流的迅速增长。
[0071]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0072]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种限流参数全局优化方法，其特征在于：该限流参数全局优化方法包括以下步骤：步骤1，对本端换流站的限流参数灵敏性进行校验得到限流参数的最优初值以及合适的灵敏度区间；步骤2，建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制限流参数的最优解；步骤3，在得到第一组最优控制限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，最终得到控制参数全局优化结果。2.根据权利要求1所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，所述限流参数全局优化方法还包括：步骤4，对mmc站主动限流特性作优化处理。3.根据权利要求1所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，步骤1包括：步骤11，选取各线路始端、末端、中点形成故障集合n；步骤12，选取弱受端换流站出口故障记为i；步骤13，校验本站限流参数灵敏度获得的最优初值以及合适的灵敏度区间。4.根据权利要求1所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，步骤2包括：步骤21，根据步骤1获得的限流参数最优初值以及合适的灵敏度区间分别作为后续多目标规划的问题的迭代初值和约束条件；步骤22，建立考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制参数的最优解，模型为：其中，为10ms内故障极线路短路电流最大值；为受端交流系统电压变化幅值；为10ms内线路电流大于1.5倍额定电流持续的时间；i
abc
为mmc三相桥臂电流；与分别为所有线路故障极与非故障极短路电流的最大值，若为双极故障则无约束；i
arm.max
、i
gmax
与i
gmax
'对应于约束条件的上限值，所有参量均取标幺值形式，j为对应于判断矩阵中参数的序号。5.根据权利要求1所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，步骤3包括：步骤31，在得到第一组最优限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，若本组参数满足适应性校验则进行下一组故障类型校验，直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成输出最优全局性限流控制参数；步骤32，若后续故障类型不满足适应性区间，则通过修改相应参数直至满足适应性校验的上限或下限值，将本组参数替代上一组最优参数而后循环上述过程直至故障集合中的最后一个故障类型校验完成,，此时限流参数全局优化i段已完成。6.根据权利要求2所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，步骤4包括：
步骤41，当换流站主动限流启动时监测限流因子k值并开始计时，设其首次跌落至0.2.p.u的时间为δt
p
，此时开始启动直流电压恢复策略以降低对换流器桥臂的二次冲击，其恢复特性为：其中k
h
为恢复系数取0.3～0.5。步骤42，k计算表达式为：1-(i
dc-i
dcref
)/i
dcref
×
k
b
＝k k∈[0,1]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)i
dc
为直流电流实际值；i
dcref
为其参考值。7.根据权利要求1到6任意一项所述的限流参数全局优化方法，其特征在于，控制限流参数包括低压限流参数u
l
、低压限流参数i
l
、主动限流参数k
b1
、主动限流参数k
b2
。

技术总结
本发明公开了一种限流参数全局优化方法，涉及混合直流输电系统领域，该限流参数全局优化方法包括以下步骤：步骤1，对本端换流站的限流参数灵敏性进行校验得到限流参数的最优初值以及合适的灵敏度区间；步骤2，建立多目标规划模型，通过层次分析法得到控制限流参数的最优解；步骤3，在得到第一组最优控制限流参数后，对后续故障类型进行适应性校验，最终得到控制参数全局优化结果；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先通过状态枚举法得到主要典型故障类型、故障位置形成集合，对最严重的弱受端换流站出口侧故障进行限流参数优化，之后对故障集中的其他故障类型进行适应性校验，进而得到全局最优控制参数结果。进而得到全局最优控制参数结果。进而得到全局最优控制参数结果。


技术研发人员：戴志辉 李杭泽 石旭 韦舒清 奚潇睿
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/9