本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制
技術(shù)領(lǐng)域：
：，尤其涉及一種應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法。
背景技術(shù)：
：：異步聯(lián)網(wǎng)運行方式削弱了送受端系統(tǒng)功率支援能力，導致在直流故障下送端系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題突出，因此送受端系統(tǒng)需要采取基于頻率波動的功率控制措施。相較于依據(jù)頻率動作的低頻減載和高頻切機的被動措施，主動性質(zhì)的緊急切機切負荷方法具有預測控制特性，可以在系統(tǒng)頻率達到臨界值之前進行相應控制，增加系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，避免故障范圍的擴大。但是目前涉及純直流異步互聯(lián)系統(tǒng)的緊急控制相關(guān)研究較少，且大部分控制是基于“離線仿真，在線匹配”對策表方式展開，對實時故障位置考慮不足，對控制地點、控制容量以及控制效果的研究不夠深入，導致匹配度不高，實時控制效果差的現(xiàn)象。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)合功率平衡控制思想具有預測性的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急切機控制方法，在直流故障發(fā)生的前期即可預測系統(tǒng)最大頻率偏差，并采取相應措施，避免系統(tǒng)進入緊急狀態(tài)，有效增加了系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定運行。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法，包括以下步驟：步驟1，通過擬合曲面預測異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)在直流故障下的系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為啟動緊急控制的判據(jù)；步驟2，根據(jù)功率平衡控制原理和預測系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差求出緊急控制所需切機量，同時依據(jù)電源與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行機組切除優(yōu)先度排序，再進行機組有效切除。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，步驟1的實現(xiàn)包括：步驟1.1通過設(shè)置不同直流不同緊急降功率量來模擬不同故障，得到送端系統(tǒng)頻率偏差曲線，從而獲得用于擬合曲面的直流降功率量、臨界時間以及送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差的原始數(shù)據(jù)；步驟1.2利用b樣條插值曲面擬合方法對原始數(shù)據(jù)進行擬合，得到擬合曲面，在擬合曲面上，任意直流任意緊急降功率量情況下均對應擬合曲面上的一個矢量點；步驟1.3根據(jù)在直流故障發(fā)生的前期通過監(jiān)測直流降功率量和臨界時間預測得到送端系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為緊急控制啟動判據(jù)。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，步驟2的實現(xiàn)包括：步驟2.1緊急控制需要切除的量等于直流緊急降功率量減去送端系統(tǒng)在限定頻率偏差范圍內(nèi)功率調(diào)節(jié)量，公式為：(1)式中pc為緊急控制需要切除的量，δp為直流緊急降功率量，δflim為送端系統(tǒng)允許的頻率偏差，δfmax為送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差；步驟2.2將水電機組和新能源機組節(jié)點優(yōu)先選為可控電源節(jié)點，并按照與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行優(yōu)先度排序，在節(jié)點內(nèi)按整臺數(shù)切除，實現(xiàn)分層切機控制；同時還選擇某個主調(diào)頻電廠作為比例可控機組，作為整切機組的補充措施；切除量為(2)式中，m為實際切除機組涉及的節(jié)點數(shù)，m為送端系統(tǒng)內(nèi)所有可切節(jié)點總數(shù)，且0<m≤m；ci,j為第i節(jié)點第j機組的出力水平，ni為第i節(jié)點可切機組的總數(shù)；cm,j為第m個節(jié)點第j機組的出力水平,nm為第m個節(jié)點實際切除的機組數(shù)；α為調(diào)頻機組的控制比例系數(shù)，且0<α≤50％；pf為調(diào)頻機組滿載出力。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，所述臨界時間為送端系統(tǒng)頻率偏差到達0.1hz的時長。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，步驟1.2所述擬合曲面為三維曲面。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，步驟2.2所述送端系統(tǒng)允許的頻率偏差δflim為0.2hz。本發(fā)明的有益效果：(1)采用三次b樣條曲面擬合實現(xiàn)作為啟動判據(jù)的多變量條件下系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差預測，在直流降功率的前期可以判定是否存在頻率偏差越限危險；(2)根據(jù)功率平衡控制原理和預測得到的送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，可以計算得出緊急切機總量，考慮了系統(tǒng)一次調(diào)頻作用，避免了系統(tǒng)的過切或欠切，求解相對更為快速準確；(3)根據(jù)與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離來對機組切除優(yōu)先度排序，不同直流切除對策表不同，保證最佳切除效果；(4)相較于高頻切機，有效降低了送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率偏差最大值，幫助系統(tǒng)頻率快速恢復到穩(wěn)定狀態(tài)，同時能幫助其他直流恢復到額定運行狀態(tài)，增加系統(tǒng)的備用及穩(wěn)定裕度，加強應對后續(xù)故障的能力。附圖說明圖1為本發(fā)明一個實施例直流故障下緊急切機方法流程圖；圖2為本發(fā)明一個實施例送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運行示意圖；圖3為本發(fā)明一個實施例根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行擬合得到的系統(tǒng)頻率偏差曲面圖；圖4為本發(fā)明一個實施例同一直流故障下，不采取措施、采取高頻切機和本實施例方法緊急切機措施的系統(tǒng)頻率偏差對比圖；圖5為本發(fā)明一個實施例同一直流故障下，不采取措施、采取高頻切機和本實施例方法緊急切機措施，jz直流功率對比圖；圖6為本發(fā)明一個實施例同一直流故障下，不采取措施、采取高頻切機和本文方法緊急切機措施，lx直流功率對比圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其它工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”“連接"應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。本實施例采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)，一種應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法，包括以下步驟：步驟1，通過擬合曲面預測異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)在直流故障下的系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為啟動緊急控制的判據(jù)；步驟2，根據(jù)功率平衡控制原理和預測系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差求出緊急控制所需切機量，同時依據(jù)電源與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行機組切除優(yōu)先度排序，再進行機組有效切除。進一步，步驟1的實現(xiàn)包括：步驟1.1通過設(shè)置不同直流不同緊急降功率量來模擬不同故障，得到送端系統(tǒng)頻率偏差曲線，從而獲得用于擬合曲面的直流降功率量、臨界時間以及送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差的原始數(shù)據(jù)；步驟1.2利用b樣條插值曲面擬合方法對原始數(shù)據(jù)進行擬合，得到擬合曲面，在擬合曲面上，任意直流任意緊急降功率量情況下均對應擬合曲面上的一個矢量點；步驟1.3根據(jù)在直流故障發(fā)生的前期通過監(jiān)測直流降功率量和臨界時間預測得到送端系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為緊急控制啟動判據(jù)。在上述的應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法中，步驟2的實現(xiàn)包括：步驟2.1緊急控制需要切除的量等于直流緊急降功率量減去送端系統(tǒng)在限定頻率偏差范圍內(nèi)功率調(diào)節(jié)量，公式為：(1)式中pc為緊急控制需要切除的量，δp為直流緊急降功率量，δflim為送端系統(tǒng)允許的頻率偏差，δfmax為送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差；步驟2.2將水電機組和新能源機組節(jié)點優(yōu)先選為可控電源節(jié)點，并按照與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行優(yōu)先度排序，在節(jié)點內(nèi)按整臺數(shù)切除，實現(xiàn)分層切機控制；同時還選擇某個主調(diào)頻電廠作為比例可控機組，作為整切機組的補充措施；切除量為(2)式中，m為實際切除機組涉及的節(jié)點數(shù)，m為送端系統(tǒng)內(nèi)所有可切節(jié)點總數(shù)，且0<m≤m；ci,j為第i節(jié)點第j機組的出力水平，ni為第i節(jié)點可切機組的總數(shù)；cm,j為第m個節(jié)點第j機組的出力水平,nm為第m個節(jié)點實際切除的機組數(shù)；α為調(diào)頻機組的控制比例系數(shù)，且0<α≤50％；pf為調(diào)頻機組滿載出力。進一步，所述臨界時間為送端系統(tǒng)頻率偏差到達0.1hz的時長。進一步，步驟1.2所述擬合曲面為三維曲面。更進一步，步驟2.2所述送端系統(tǒng)允許的頻率偏差δflim為0.2hz。具體實施時，如圖1所示，一種應對直流故障的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急控制方法，包括步驟：s1，通過擬合曲面預測異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)在直流緊急降功率故障下的送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為啟動緊急控制方法的判據(jù)，具體步驟為：s1.1通過設(shè)置不同直流不同緊急降功率量來模擬不同故障，得到送端系統(tǒng)頻率偏差曲線，從而獲得用于擬合曲面的直流降功率量、臨界時間(即送端系統(tǒng)頻率偏差到達0.1hz的時長)以及送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差的原始數(shù)據(jù)；s1.2利用b樣條插值曲面擬合方法對原始數(shù)據(jù)進行擬合，得到三維曲面，在該擬合曲面上，任意直流任意緊急降功率量情況下均對應擬合曲面上的一個矢量點；s1.3根據(jù)在直流故障發(fā)生的前期通過監(jiān)測直流降功率量和臨界時間預測得到送端系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為緊急切機啟動判據(jù)；s2，送端系統(tǒng)緊急控制策略，具體為：s2.1根據(jù)功率平衡控制原理和預測暫態(tài)頻率最大偏差求出緊急控制所需切機量，基于功率平衡原理，緊急控制需要切除的量等于送端系統(tǒng)擾動量減(本實施例所述方法中指直流緊急降功率量)去送端系統(tǒng)在限定頻率偏差范圍內(nèi)功率調(diào)節(jié)量，即pc＝δp-δp1，δp代表直流緊急降功率量，δp1代表送端系統(tǒng)在限定頻差范圍內(nèi)功率調(diào)節(jié)量，δp1＝δflim×k，δflim代表送端系統(tǒng)允許的頻率偏差，采用0.2hz，k表示的是送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率特性系數(shù)，表征的是送端系統(tǒng)由機組和負荷作用而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)頻率的能力，其值等于電力系統(tǒng)發(fā)生直流緊急降功率量與其所發(fā)生的暫態(tài)頻率最大偏差的相對值之比，即δfmax代表送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，可以通過預測方法在故障發(fā)生初始階段提前求得，根據(jù)上述分析切除總量為s2.2依據(jù)電源與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行機組切除優(yōu)先度排序，進行機組有效切除，保證切除效果最佳。本實施例將水電機組和新能源機組節(jié)點優(yōu)先選為可控電源節(jié)點，并按照與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行優(yōu)先度排序，在節(jié)點內(nèi)按整臺數(shù)切除，實現(xiàn)分層切機控制。此外，選擇某個主調(diào)頻電廠作為比例可控機組，作為整切機組的補充措施。則切除量為：(2)式中，m為實際切除機組涉及的節(jié)點數(shù)，m為送端系統(tǒng)內(nèi)所有可切節(jié)點總數(shù)，0<m≤m；ci,j為第i節(jié)點第j機組的出力水平，ni為第i節(jié)點可切機組的總數(shù)；cm,j為第m個節(jié)點第j機組的出力水平,nm為第m個節(jié)點實際切除的機組數(shù)；α為調(diào)頻機組的控制比例系數(shù)，一般0<α≤50％；pf為調(diào)頻機組滿載出力。s3：以實際送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差、頻率到達穩(wěn)態(tài)時間以及直流flc恢復至額定狀態(tài)時間為指標，與送端系統(tǒng)采用高頻切機控制進行對比，評價本實施例緊急控制方法的有效性。下面以某一送受端異步聯(lián)網(wǎng)運行的系統(tǒng)為例，作進一步詳細說明，送端電網(wǎng)裝機容量為83639mw，豐大方式下負荷為18200mw，與受端電網(wǎng)通過7條直流線路異步聯(lián)網(wǎng)運行，直流總輸電容量24000mw(其中cs直流5000mw，px直流5000mw，yf直流2400mw，nc雙回直流6400mw，jz直流3200mw，lx直流2000mw)，異步聯(lián)網(wǎng)運行示意圖如圖2所示。具體步驟如下：1，采用運行在豐大極限模式下的bpa等值模型進行仿真獲得擬合需要的原始數(shù)據(jù)。對cs直流、px直流以及yf直流采取800mw～2400mw不等的直流緊急降功率故障，得到送端電網(wǎng)的頻率特性曲線。選擇重要節(jié)點bf50kv點對頻率偏差進行觀測。根據(jù)各種情況下的送端電網(wǎng)頻率特性曲線，可以得到直流緊急降功率量，臨界時間，送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差，記錄在表1中。表1不同直流降功率數(shù)據(jù)統(tǒng)計1.2使用matlab2014b軟件，對表1中的數(shù)據(jù)采用b樣條插值方法進行曲面擬合，得到如圖3所示的三維曲面，在該擬合曲面上，任意直流任意緊急降功率量情況下均對應曲面上的一個矢量點；1.3根據(jù)在直流故障發(fā)生的前期通過監(jiān)測降功率量和臨界時間預測得到送端系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，并以此作為緊急切機啟動判據(jù)，本系統(tǒng)容量超過3000mw，允許的頻率偏差為0.2hz。設(shè)置px直流緊急降功率700mw，監(jiān)測得到到達0.1hz頻差時長為1.71s，根據(jù)b樣條擬合曲面預測得到系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差為0.185hz，未到達啟動要求，則不需要采取緊急降功率措施。設(shè)置cs直流降功率3000mw，監(jiān)測得到到達0.1hz的時長為0.58s，根據(jù)b樣條擬合曲面，預測得到送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差為0.674，大于臨界頻差，啟動送端緊急切機控制；2，針對cs直流降功率3000mw送端系統(tǒng)緊急控制策略，具體步驟為：2.1根據(jù)功率平衡控制原理和預測系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差求出送端緊急控制所需切機量，得到送端切機總量為，2.2依據(jù)電源與發(fā)生緊急降功率故障直流換流器間的電氣距離進行機組切除優(yōu)先度排序，進行機組有效切除，保證切除效果最佳。根據(jù)電源與cs直流間的電氣距離，得到應對cs直流降功率的切機策略表如表2所示。表2cs直流降功率時分層切機控制方案table2hierarchicalemergencygeneratortrippingcontrolstrategywhencshvdcdropspower根據(jù)表2，分層切機策略為切xw電廠1#機、2#機、3#機，并利用主調(diào)頻電廠進行頻率協(xié)調(diào)控制，減少10mw出力。3，以實際系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差、頻率到達穩(wěn)態(tài)時間以及直流flc恢復至額定狀態(tài)時間為指標，與系統(tǒng)采用高頻切機控制進行對比，評價本實施例緊急控制方法的有效性。根據(jù)系統(tǒng)的原有的高頻切機策略，共切負荷1175mw，對比本實施例緊急控制方法，得到送端電網(wǎng)的頻率曲線如圖4所示，以及具有flc上調(diào)能力的jz直流和lx直流輸出功率曲線如圖5和圖6所示。表3對高頻切機和緊急切機的性能效果進行了對比。表3不同控制方法效果對比table3comparisonofdifferentcontrolmethods表3說明，雖然原有高頻切機動作使頻率偏差有所減小，但是高頻切機根據(jù)實際到達頻率偏差閾值啟動，啟動時系統(tǒng)已處于緊急狀態(tài)，因此送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差依舊高達0.507hz，且輪次切機，為防止頻率惡化設(shè)定的切除量較少，頻率到達穩(wěn)態(tài)時間長達69s，穩(wěn)態(tài)頻差偏差并未有實質(zhì)性的改善，依舊高達0.1hz。而本實施例所采用的緊急控制方法，可以提前預測偏差，在頻率偏差未達到限值時就優(yōu)先切除超量功率，使得頻率偏差控制在合理范圍內(nèi)，送端系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差僅為0.201hz，且未啟動高頻切機措施，僅20s使頻率保持穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)頻率偏差也控制在0.05hz以內(nèi)。圖5和圖6表明，采取高頻切機后，其他直流的flc，運行在最大直流輸出功率時間減少，所需支撐量減少，但是依舊需要長時間處于過載運行狀態(tài)，不利于直流器件壽命，削弱了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。而采用本實施例的緊急切機措施后，其他直流的flc并未達到最大運行狀態(tài)，且能快速回到正常運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)備用充足，足以抵抗后續(xù)故障。從表3中兩者切機措施效果對比可得，本實施例緊急控制方法的緊急切機措施效果優(yōu)于高頻切機，使頻率快速有效的恢復穩(wěn)定。應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。當前第1頁12當前第1頁12