一种城市供区多端低频互联系统的频率选择方法

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种城市供区多端低频互联系统的频率选择方法。背景技术：2.在进行电网规划时，进行配电网的安全与经济运行评估是十分重要的。目前，一些城市电网在外层形成直接与输电网相连的500kv环网，接受外部电源供电；内层高压电网深入供电中心，构成骨干网架，给负荷中心提供电能。3.一方面，电网规模不断扩大，系统短路电流日益增加，电网中某些母线短路水平甚至可能超过断路器的额定容量，严重影响系统运行安全；另一方面，随着500kv供电环网的建设，500kv与110kv两组不同电压等级电网的线路可能通过变压器磁回路的联接方式形成电磁环网，当上级500kv送电通道在运行中因故障断开时，可能导致大量潮流转移至下级110kv送电通道，超过系统安全稳定运行极限。城市电网采取110kv电压等级分区运行模式，可以解决电网短路电流过大的问题，防止500kv/110kv电磁环网的事故隐患；同时相邻分区互为备用，可以进行功率支援协调，从而为城市电网分区柔性互联提供应用基础。4.相邻分区连接时，采用何种方式输送电能是值得研究的技术问题之一，国内外众多研究者对低频输电在现有系统的应用进行了研究，例如uttam s.satpute等人在文献[feasibility study of fractional frequency transmission system[c]//2010joint international conference on power electronics,drives and energy systems&2010power india,2010:1-6]中通过仿真分析指出，低频输电可以提高线路的传输容量，证明了低频输电应用于陆上输电时对系统稳定性的增强，在现有交流电缆系统两端加变频站即可完成由工频交流互联系统向低频交流互联系统的升级，减小了线路改造的难度和隧道反复开挖对城市环境造成的不良影响。此外，采用低频交流输电技术可以避免直流电网空间电荷积累效应的影响，而且构造低频交流多端输电系统并不存在较大的技术难度。[0005]随着低频输电系统的发展，对于低频输电技术的有效控制策略被提出，例如马正雄等人在文献[research on the control strategy of multi-terminal low frequency transmission system for island power supply scenes[c]//2020 4th international conference on hvdc(hvdc),2020:616-621]中研究了交交变频器的控制策略和多端低频互联电网的协调控制策略，提出了多端低频互联传输系统的主从控制策略。[0006]然而，不难发现，目前现有的技术大多关注于系统采用低频输电时具有的优势和提高低频系统稳定性的控制策略，没有关注于城市电网规划阶段对系统低频输电频率的选择方法。为了进一步发挥低频输电方案在城市供区多端低频互联场景下的经济性优势，有必要对城市供区多端互联拓扑下的频率选择方法进行研究。技术实现要素：[0007]鉴于上述，本发明提供了一种城市供区多端低频互联系统的频率选择方法，以联络线相关信息的筛选为关键，通过计算保留下的联络线处于不同频率下的沿线电流最大值，确定所保留联络线的传输频率上限，并以此为依据选择整个系统的传输频率上限。[0008]一种城市供区多端低频互联系统的频率选择方法，包括如下步骤：[0009](1)建立城市供区多端低频互联系统，系统包括多端内层高压电网、交流电缆以及变频站，所述多端内层高压电网被划分为多个分区，所述变频站为分区的组成部分，分区之间通过联络线即所述的交流电缆连接构成一个环形的拓扑结构；[0010](2)构建系统中联络线的等效电路模型；[0011](3)对系统中的联络线进行筛选，对于筛选保留下来的联络线，利用等效电路模型计算确定联络线的传输频率上限值；[0012](4)对筛选保留下来的所有联络线的传输频率上限值进行比较，取最大值作为整个系统的最优运行频率。[0013]进一步地，所述多端内层高压电网的分区分为送端分区和受端分区，稳态下供电裕度较大的分区作为送端分区，供电裕度较小的分区作为受端分区，送端分区在满足自身安全供电前提下可提供的最大功率为供电裕度pmax；由于联络线上一定会存在功率损耗，从送端分区注入受端分区的功率记为支援功率p'max，则线损率tk＝(pmax-p'max)/pmax。[0014]进一步地，所述联络线的等效电路模型为π型电路结构，其包括串联阻抗及其两侧的并联导纳，等效电路模型中送端分区被等效为交流电压源且与其中一侧的并联导纳并联，受端分区被等效为负荷且与另一侧的并联导纳并联，该负荷吸收的有功功率等于支援功率p'max，吸收的无功功率等于0。[0015]进一步地，所述等效电路模型中各等效器件的参数表达式如下：[0016][0017]其中：zl为串联阻抗，yl为并联导纳，γ为线路传播系数且z1为单位长度线路等值阻抗，y1为单位长度线路等值对地导纳，l为联络线的长度，r1为单位长度线路电阻，l1为单位长度线路电感，g1为单位长度线路电导，c1为单位长度线路电容，fl为联络线的线路输电频率，mk为联络线的线路并联回数，j为虚数单位。[0018]进一步地，所述步骤(3)的具体实现过程如下：[0019]3.1确定系统中每条联络线的编号、传输距离以及线路并联回数，确定系统中每个分区的节点编号以及供电裕度；[0020]3.2根据供电裕度的大小确定每条联络线对应的送端分区和受端分区以及线路上的支援功率；[0021]3.3对于传输距离相同的联络线，只保留其中支援功率最大的一条联络线，其余联络线不参与后续计算；[0022]3.4对于保留下来的任一联络线，计算确定该联络线的传输频率上限值。[0023]进一步地，所述步骤3.4的具体实现过程如下：[0024]3.4.1提取给定频率区间内的离散频率点；[0025]3.4.2根据当前离散频率点和线路并联回数计算联络线的沿线电流；[0026]3.4.3比较沿线电流最大值irmax与当前离散频率点对应的线缆载流量iccc；[0027]若irmax＜iccc，则判断下一个离散频率点并返回执行步骤3.4.2；[0028]若irmax≥iccc，则令当前离散频率点作为联络线的传输频率上限值。[0029]进一步地，所述步骤3.4.1中提取的离散频率点表达式如下：[0030][0031]其中：fp为提取的第p个离散频率点，fmax和fmin分别为给定频率区间的上限值和下限值，nf为所要提取的离散频率点数量，p为自然数且1≤p≤nf。[0032]进一步地，所述步骤3.4.2的具体实现方式为：首先根据当前离散频率点和线路并联回数利用集中参数模型进行潮流计算，得到联络线受端分区的相电压u2和相电流i2；然后在联络线上均匀间距选取多个离散点，其中第r个离散点与受端分区的距离为lr，r为大于0的自然数；进而将联络线作为无源的双口网络，根据以下方程计算联络线的沿线电流；[0033][0034]其中：ur为第r个离散点处的电压相量，ir为第r个离散点处的电流相量，γ为线路传播系数，z1为单位长度线路等值阻抗，y1为单位长度线路等值对地导纳。[0035]与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：[0036]1.对于城市供区多端互联场景，本发明提出了一种城市供区多端低频互联系统的频率选择方法，可基于电网规划阶段给定的供电裕度、传输距离、线路并联回数等信息，得到系统低频输电的频率上限，对于实际工程应用具有重要意义。[0037]2.本发明方法适用于任意供区数量的多端互联场景，拓展性强，实施简单，计算快速，效率高。附图说明[0038]图1为城市供区四端低频互联系统的拓扑结构示意图。[0039]图2为联络线的等效电路模型示意图。[0040]图3为本发明系统频率选择方法的流程示意图。[0041]图4为联络线上的沿线最大电流以及线路最大载流量随频率变化的曲线示意图。具体实施方式[0042]为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。[0043]本实施例中城市供区四端低频互联系统的拓扑结构如图1所示，四端互联系统采用环型结构，即四端城市供区互联场景下，共有四条联络线，每一条联络线给定编号k＝1、2、3、4，每一个电网分区节点给定编号为i＝1、2、3、4，每条联络线的线路并联回数为mk；所选择联络线的两端分区被划分为送端分区和受端分区，稳态下供电裕度较大的分区作为送端分区，供电裕度较小的分区作为受端分区。[0044]联络线的等效电路模型如图2所示，变频站被划分为送端变频站和受端变频站，同时认为变频站是分区的一部分，只起到频率变换的作用。此处认为送端分区支援功率时自身处于稳定的供电状态，因此可将送端变频站和送端分区等效为交流电压源vs，其幅值usmax等于系统的额定电压un；受端变频站和受端分区在等效电路模型中被等效为负荷，该负荷吸收的有功功率等于支援功率p'max，其吸收的无功功率等于0。此处认为受端分区可以设置本地的无功补偿调节辅助设备，使得受端分区对外表现为纯有功功率负荷。[0045]等效电路模型为π型电路，该π型电路包括串联阻抗zl及其两端的并联导纳yl，具体计算表达式如下：[0046][0047]其中：z1为单位长度线路等值阻抗，y1为单位长度线路等值对地导纳，γ表示线路传播系数且l为交流电缆长度，r1为单位长度线路电阻，l1为单位长度线路电感，g1为单位长度线路电导，c1为单位长度线路电容，fl为线路输电频率，mk为线缆回数。[0048]如图3所示，本实施例城市供区多端低频互联系统的频率选择方法，包括如下步骤：[0049]步骤1：设定每条联络线的编号k＝1、2、3、4、传输距离lk和线路并联回数mk＝1。[0050]步骤2：设定每个分区的节点编号i＝1、2、3、4和供电裕度。[0051]步骤3：根据供电裕度的大小，确定每条联络线对应的送端分区、受端分区和支援功率p'max。[0052]步骤4：对于传输距离相同的联络线进行预处理，只保留拥有最大支援功率的那一条线路，其余线路不参与后续计算。[0053]步骤5：对保留下来的每一条联络线独立进行传输频率上限值的计算，采用以下方程式提取给定区间内的离散频率点；[0054][0055]其中：fp为所提取的第p个离散频率点(1≤p≤nf且p为正整数)，fmax和fmin分别为区间的上限值和下限值，nf为区间内的离散频率点数量。[0056]步骤6：根据当前所选择联络线的运行频率fp和并联回数mk计算沿线电流，具体过程如下：[0057]首先，根据当前所选择联络线的的运行频率fp和并联回数mk计算集中参数模型参数，得到所选择联络线受端分区的相电压u2为和相电流i2；[0058]然后，在交流线缆上选取多个离散点，第r个离散点距离受端分区的距离为lr；[0059]进而，将线路作为无源的双口网络处理，计算得到双口网络的传输参数。根据以下方程式计算线缆沿线电流；[0060][0061]其中：ur为第r个离散点处的电压相量，ir为第r个离散点处的电流相量。[0062]步骤7：比较沿线电流最大值irmax(即电流相量ir的最大值)与当前离散频率点对应的线缆载流量iccc；[0063]如果irmax＜iccc，则判断下一个离散频率点并返回执行步骤6；[0064]如果irmax≥iccc，记录此时的频率fp为所选择联络线的传输频率上限值，按照设定的顺序对下一条联络线进行计算，返回执行步骤5。[0065]在求出所有保留下来的联络线自身所对应的传输频率上限值后，按照以下方法选取系统传输频率上限fs：[0066][0067]其中：k'为保留下来的联络线编号，fk'为第k'条联络线的传输频率上限值。[0068]本实施方式中城市供区四端低频互联系统的具体参数如表1和表2所示，每个分区的供电裕度和联络线的传输距离如表3所示，四端互联系统中每条联络线的送端分区、受端分区、支援功率和距离离散点数量如表4所示。[0069]表1[0070][0071]表2[0072][0073]表2中其他频率下联络线的载流量和单位长度参数采用线性差值进行计算。[0074]表3[0075]分区i供电裕度/mw传输距离/km124050223555315050418050[0076]表4[0077]联络线k送端分区编号受端分区编号支援功率/mw距离离散点r/个112240*0.9550223235*0.9555343180*0.9550414240*0.9550[0078]由表3可知，有3条联络线(k＝1、3、4)的传输距离相同，因此只保留拥有最大支援功率的那一条线路k＝1，忽略联络线k＝3,4，这样只用计算联络线k＝1和联络线k＝2的沿线电流分布，且k'＝2。[0079]图4给出了联络线上的线路最大电流以及线路载流量随频率变化的关系；可以看到，联络线k＝1最大电流的分布曲线与线路载流量极限值分布曲线的交点在20hz至21hz之间，当输送频率为21hz时，线路最大电流超过线路载流量限制；向下取整，可以认为联络线k＝1上的传输频率上限为20hz。同理，可以得到联络线k＝2的传输频率上限为28hz。[0080]这样，该四端互联系统得到了k'＝2个传输频率的上限值，即20hz和28hz；从线缆输电能力和整个工程经济性的角度出发，对它们取最小值，最终得到该四端互联系统传输频率的上限值为20hz。[0081]上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!