專利名稱：一種多直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域，具體涉及一種多直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，除了建立合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、安排合理的運行方式外，還應配套適當?shù)陌踩€(wěn)定控制措施。在多直流電力系統(tǒng)(本方法中指電力系統(tǒng)中運行多條直流線路，且各直流線路的送端和受端換流站分別處于同一交流同步電網(wǎng)中)中， 當發(fā)生直流閉鎖故障時，目前采取的安全穩(wěn)定控制措施只包括在直流線路送端切除機組和 (或)在受端切除負荷，即本優(yōu)化方法中的步驟(1)和步驟O)中的內(nèi)容，并沒有考慮安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化。其原因主要是目前運行的直流線路輸送功率相對較小(實際最大輸送功率均不超過4000MW)，而且國內(nèi)主要電網(wǎng)均不是交直流并列運行(即直流線路的送端和受端不在一個交流同步電網(wǎng)中)，直流閉鎖故障后盈余功率不會大量轉(zhuǎn)移到交流通道上， 因此直流閉鎖故障后采取的切機和切負荷量較小。錦屏 蘇南士SOOkV特高壓直流工程(以下簡稱錦蘇直流)預計于2012年底建成投運，額定輸送容量達到7200MW。錦蘇直流送端處于華中電網(wǎng)，受端處于華東電網(wǎng)，加上原有的葛南直流、龍政直流、宜華直流、林楓直流和復奉直流，華中電網(wǎng)送華東電網(wǎng)的直流線路共6條。華中、華北和華東電網(wǎng)交流聯(lián)網(wǎng)后，與包括錦蘇直流在內(nèi)的直流線路構(gòu)成多直流電力系統(tǒng)(如圖1所示)。當錦蘇直流按額定輸送容量運行發(fā)生雙極閉鎖故障后，采取目前的切機切負荷的安全穩(wěn)定控制措施手段，需在錦蘇直流送端切除機組7200MW、受端切除負荷5750MW。大量切除機組將在電網(wǎng)中產(chǎn)生大幅的潮流變化，增大電網(wǎng)的控制難度，中斷電廠的運行和發(fā)電；而大量切除負荷更是對社會經(jīng)濟和人民生活帶來巨大的影響。因此本發(fā)明對多直流系統(tǒng)發(fā)生直流閉鎖故障后的安全穩(wěn)定控制措施進行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種多直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法，減小穩(wěn)定控制措施中切機、切負荷量，增加故障處理措施，加強電網(wǎng)后備保護手段。本發(fā)明適用于運行多條直流線路的電力系統(tǒng)。本發(fā)明提供的一種多直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟(1)確定目標電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式、直流線路送電方向、直流線路輸送容量和直流線路送受端情況；(2)對目標電力系統(tǒng)進行穩(wěn)定分析，并確定直流線路發(fā)生閉鎖故障時，電網(wǎng)是否需要采取安全穩(wěn)定控制措施；(3)根據(jù)步驟(2)的結(jié)果，若需要采取安全穩(wěn)定控制措施，則選擇直流群進行提升功率的協(xié)調(diào)控制；
(4)確定步驟( 選擇的直流群的提升功率和提升速率；(5)根據(jù)步驟(4)，重新計算直流閉鎖故障時需采取的切機和切負荷措施量；(6)根據(jù)步驟(5)的結(jié)果，若所述直流群的協(xié)調(diào)控制措施全部或部分失效，則采取后備控制措施，計算需要追加切除的機組和負荷量；(7)根據(jù)步驟(5)和步驟(6)的結(jié)果，確定安全穩(wěn)定控制措施的實施方案。優(yōu)選的，步驟(1)所述電網(wǎng)規(guī)模包括電網(wǎng)負荷總量、發(fā)電機組總量和電源特點；所述電網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)網(wǎng)架特點、區(qū)間聯(lián)絡線強弱和是否存在電磁環(huán)網(wǎng)；所述運行方式包括線路接線方式、區(qū)間聯(lián)絡線功率方向/大小、電網(wǎng)樞紐站電壓等級、機組旋轉(zhuǎn)備用容量、電廠開機方式、安全穩(wěn)定控制裝置投入數(shù)目和低壓無功補償設備投入數(shù)目；所述直流線路送受端情況包括直流線路送端配套電源和其他機組出力情況、受端近區(qū)潮流情況和機組出力情況。優(yōu)選的，步驟⑵所述穩(wěn)定分析包括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定以及熱穩(wěn)定； 所述安全穩(wěn)定控制措施包括切除機組和負荷。優(yōu)選的，步驟C3)直流群的選擇條件包括1)選擇送端/受端與故障直流線路的送端/受端分別處于同一交流同步電網(wǎng)、功率輸送方向一致的直流線路；2)選擇送端和/或受端換流站與故障直流電氣距離較近的直流線路；3)選擇額定輸送容量大的直流線路；4)選擇當前輸送容量和額定輸送容量兩者之間裕度大的直流線路。優(yōu)選的，步驟( 所述直流群進行協(xié)調(diào)控制是在故障直流線路的送端和受端分別設置主控站，所述主控站實時匯集電網(wǎng)運行方式、直流運行信息、安控切機執(zhí)行電廠的開機出力和安控切負荷執(zhí)行站的負荷情況；當發(fā)生直流閉鎖故障后，從故障直流的換流站向主控站發(fā)送故障信號，主控站根據(jù)制訂的安全穩(wěn)定控制措施，向選定的直流群各換流站發(fā)送信號，各直流換流站按照事先設定的功率調(diào)整策略進行功率提升；主控站同時向各電廠和變電站發(fā)送信號，切除相應的機組和負荷。優(yōu)選的，步驟(4)所述直流線路提升功率的計算公式為Pi = k · Pn_P，其中PnS直流線路的額定輸送功率，k為過負荷系數(shù)，P為直流當前輸送功率。優(yōu)選的，步驟(5)所述重新計算直流閉鎖故障時需采取的切機和切負荷措施量是在采取步驟中直流群功率提升措施的情況下，進行穩(wěn)定分析，重新計算直流故障后需要采取的切機和切負荷措施量?？紤]到實際電網(wǎng)中直流群功率提升功能的可靠性，可在直流功率提升功能失效后采取后備控制措施，追加切除機組和負荷，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。優(yōu)選的，步驟(6)所述后備控制措施包括當直流線路提升功率失效后，其換流站向主控站發(fā)出反饋信號，主控站收到信號后在故障直流的送端追加切除機組，受端追加切除負荷。由于信號傳輸需要一定的時間，因此追加切除機組和負荷的后備控制措施動作時間相對滯后。根據(jù)通信傳輸實際情況確定追加切機和切負荷的時間后，計算需要追加的切機和切負荷量。優(yōu)選的，步驟(7)所述實施方案包括安全穩(wěn)定控制措施主控站的選擇，安控切機執(zhí)行電廠和安控切負荷執(zhí)行站的選擇。優(yōu)選的，所述電源特點包括水電、火電或風電的比例。優(yōu)選的，所述電網(wǎng)網(wǎng)架特點包括長鏈式、雙環(huán)網(wǎng)或日字型環(huán)網(wǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明可運用于含多條直流線路的電力系統(tǒng)，通過安全穩(wěn)定控制措施協(xié)調(diào)優(yōu)化方法的應用和實施，可以減小安全穩(wěn)定控制措施中切機、切負荷量，增加故障處理措施，加強電網(wǎng)后備保護手段。采取該發(fā)明對多直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制措施進行協(xié)調(diào)優(yōu)化后，可有效利用系統(tǒng)內(nèi)直流可調(diào)容量，提高故障后系統(tǒng)穩(wěn)定水平，減少切機、切負荷等安全穩(wěn)定控制措施量，從而減小直流故障對電力系統(tǒng)運行、工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的影響。


圖1為本發(fā)明提供的華中、華北、華東多直流電力系統(tǒng)網(wǎng)架示意圖；圖2為本發(fā)明提供的多直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法的流程圖；圖3為本發(fā)明提供的應用于錦蘇直流的安全穩(wěn)定控制措施優(yōu)化方法實施方法。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。圖2是本實施方法的流程圖，具體步驟包括步驟(1)確定研究的多直流電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模、結(jié)構(gòu)、運行方式、直流送電方向和輸送容量、直流送受端情況。本實施例研究的電網(wǎng)包括華中、華北、華東三個大區(qū)電網(wǎng) (簡稱三華電網(wǎng))，三華電網(wǎng)總負荷5億千瓦，總開機5. 1億千瓦，機組旋轉(zhuǎn)備用容量1000 萬千瓦。華中電網(wǎng)尤其是四川電網(wǎng)以水電為主，華北和華東電網(wǎng)以火電為主。根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃方案，華中 華北 華東電網(wǎng)通過IOOOkV交流特高壓聯(lián)絡線互聯(lián)，華東電網(wǎng)內(nèi)部建成淮南 皖南 浙北 滬西的半環(huán)結(jié)構(gòu)IOOOkV交流特高壓電網(wǎng)，整個三華電網(wǎng)呈倒U型。電網(wǎng)主網(wǎng)以500kV網(wǎng)架為主。由于處在特高壓電網(wǎng)建設的過渡期，大區(qū)間的IOOOkV交流特高壓聯(lián)絡線相對薄弱。重要的輸電斷面方向為華中送華北、華北送華東，四川重慶送湖北，斷面功率均按極限輸送功率安排。各樞紐站電壓均符合電網(wǎng)運行規(guī)定。直流方面，錦蘇直流采用1回士SOOkV特高壓直流輸電方案從華中電網(wǎng)送電華東電網(wǎng)，直流工程起點為四川省西昌地區(qū)、落點為江蘇省吳江地區(qū)，直流工程額定容量7200MW。華中送電華東的其他直流線路包括葛南、龍政、宜華、林楓、復奉直流，東北送電華北的直流有高嶺直流，西北送電華中的直流有靈寶直流、德寶直流，西北送電華北的直流有銀東直流，華中送電南方電網(wǎng)的直流有江城直流。各直流均按其額定輸送容量滿功率運行。步驟O)參照《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》等技術(shù)標準，對電網(wǎng)故障進行穩(wěn)定分析。首先校核電網(wǎng)單一元件故障，不采取安全穩(wěn)定控制措施，必須保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的正常供電，如果系統(tǒng)失穩(wěn)，則調(diào)整輸電斷面潮流等運行方式，使得故障后系統(tǒng)保持穩(wěn)定。在以上運行方式的基礎上，校核直流雙極閉鎖故障，分析為保證系統(tǒng)穩(wěn)定需采取的切機、切負荷安全穩(wěn)定控制措施。穩(wěn)定分析的結(jié)果表明，錦蘇直流雙極閉鎖故障后，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，需采取切除直流送端的四川水電機組以及受端華東地區(qū)負荷的安全穩(wěn)定控制措施。步驟(3)基于步驟O)的結(jié)果，可以選擇直流群進行協(xié)調(diào)控制。錦蘇直流為華中送電華東的直流工程，根據(jù)選擇協(xié)調(diào)控制直流群的原則，選擇葛南、龍政、宜華、林楓、復奉直流共5條直流線路群進行協(xié)調(diào)穩(wěn)定控制。步驟根據(jù)直流最大可提升量Pi的計算公式Pi = k · Pn-P計算可提升量。其中，本例的電網(wǎng)運行方式中，各直流的實際輸送功率均達到了其額定輸送容量，即P = Pn。 考慮到安全穩(wěn)定控制措施的可靠性及設備能力，過負荷系數(shù)k取11，公式變成Pi = 0. 1 -Pn, 葛南、龍政、宜華、林楓、復奉直流的總額定容量為20200麗，因此總的可提升功率Σ Pi = 2020MW。考慮到直流設備控制系統(tǒng)實際情況，直流功率提升的參數(shù)如下故障后0. 3秒開始提升直流功率，0. 3秒的時間完成功率提升。步驟(5)根據(jù)步驟C3)選定的直流群、步驟(4)確定的直流提升功率和提升速率，依據(jù)步驟(2)中的計算原則和方法，重新計算穩(wěn)定措施量，結(jié)果如下表1所示，顯示了應用本實施例帶來的好處。由表可知，如果不采取“優(yōu)化辦法”，需在四川切除水電機組7200MW 并在華東切負荷5800MW，損失了大量機組和負荷；如果采取“優(yōu)化辦法”制訂協(xié)調(diào)控制措施，僅需在四川切除水電機組6600MW并在華東切負荷3000MW，減少切機量600MW，減少切負荷量沘00麗。表1優(yōu)化前后的錦蘇直流雙極閉鎖故障安全穩(wěn)定控制措施
權(quán)利要求
1.一種多直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)確定目標電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式、直流線路送電方向、直流線路輸送容量和直流線路送受端情況；(2)對目標電力系統(tǒng)進行穩(wěn)定分析，并確定直流線路發(fā)生閉鎖故障時，電網(wǎng)是否需要采取安全穩(wěn)定控制措施；(3)根據(jù)步驟O)的結(jié)果，若需要采取安全穩(wěn)定控制措施，則選擇直流群進行提升功率的協(xié)調(diào)控制；(4)確定步驟( 選擇的直流群的提升功率和提升速率；(5)根據(jù)步驟G)，重新計算直流閉鎖故障時需采取的切機和切負荷措施量；(6)根據(jù)步驟(5)的結(jié)果，若所述直流群的協(xié)調(diào)控制措施失效，則采取后備控制措施， 計算需要追加的切除機組和負荷量；(7)根據(jù)步驟(5)和步驟(6)的結(jié)果，確定安全穩(wěn)定控制措施的實施方案。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述電網(wǎng)規(guī)模包括電網(wǎng)負荷總量、 發(fā)電機組總量和電源特點；所述電網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)網(wǎng)架特點、區(qū)間聯(lián)絡線強弱和是否存在電磁環(huán)網(wǎng)；所述運行方式包括線路接線方式、區(qū)間聯(lián)絡線功率方向/大小、電網(wǎng)樞紐站電壓等級、 機組旋轉(zhuǎn)備用容量、電廠開機方式、安全穩(wěn)定控制裝置投入數(shù)目和低壓無功補償設備投入數(shù)目；所述直流線路送受端情況包括直流線路送端配套電源和其他機組出力情況、受端近區(qū)潮流情況和機組出力情況。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述穩(wěn)定分析包括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定以及熱穩(wěn)定；所述安全穩(wěn)定控制措施包括切除機組和負荷。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)直流群的選擇條件包括1)選擇送端/受端與故障直流線路的送端/受端分別處于同一交流同步電網(wǎng)、功率輸送方向一致的直流線路；2)選擇送端和/或受端換流站與故障直流電氣距離較近的直流線路；3)選擇額定輸送容量大的直流線路；4)選擇當前輸送容量和額定輸送容量兩者之間裕度大的直流線路。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C3)所述直流群進行協(xié)調(diào)控制是在故障直流線路的送端和受端分別設置主控站，所述主控站實時匯集電網(wǎng)運行方式、直流運行信息、安控切機執(zhí)行電廠的開機出力和安控切負荷執(zhí)行站的負荷情況；當發(fā)生直流閉鎖故障后，從故障直流的換流站向主控站發(fā)送故障信號，主控站根據(jù)制訂的安全穩(wěn)定控制措施， 向選定的直流群各換流站發(fā)送信號，各直流換流站按照事先設定的功率調(diào)整策略進行功率提升；主控站同時向各電廠和變電站發(fā)送信號，切除相應的機組和負荷。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述直流線路提升功率的計算公式為Pi = k*Pn-P，其中Pn*直流線路的額定輸送功率，k為過負荷系數(shù)，P為直流當前輸送功率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述重新計算直流閉鎖故障時需采取的切機和切負荷措施量是在采取步驟中直流群功率提升措施的情況下，進行穩(wěn)定分析，重新計算直流故障后需要采取的切機和切負荷措施量?？紤]到實際電網(wǎng)中直流群功率提升功能的可靠性，可在直流功率提升功能失效后采取后備控制措施，追加切除機組和負荷，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(6)所述后備控制措施包括提升功率失效的直流線路發(fā)出反饋信號，主控站收到信號后在故障直流的送端切除機組，受端切除負荷。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電源特點包括水電、火電或風電的比例。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電網(wǎng)網(wǎng)架特點包括長鏈式、雙環(huán)網(wǎng)或日字型環(huán)網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化方法，包括確定目標電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模、運行方式，直流送電功率和送受端情況；對目標電力系統(tǒng)進行穩(wěn)定分析，并確定直流線路故障后，電網(wǎng)是否需采取安全穩(wěn)定控制措施；若需要，則選擇直流群進行協(xié)調(diào)控制；確定直流群的提升功率和提升速率；重新計算直流故障的切機和切負荷量，可在直流功率提升失效后追加切機切負荷的后備控制措施；確定安全穩(wěn)定控制措施的實施方案。本發(fā)明對多直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制措施進行協(xié)調(diào)優(yōu)化后，可有效利用系統(tǒng)內(nèi)直流可調(diào)容量，提高故障后系統(tǒng)穩(wěn)定水平，減少切機、切負荷等安全穩(wěn)定控制措施量，減小直流故障對電力運行、工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的影響。
文檔編號H02J3/36GK102427226SQ20111037289
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者任大偉, 孫華東, 宋墩文, 張健, 易俊, 王建明 申請人:中國電力科學研究院