一直基于電網(wǎng)直流換相失敗下的交直流協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交直流協(xié)調(diào)控制方法，具體涉及一直基于電網(wǎng)直流換相失敗下的 交直流協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國能源分布的不均勻，豐富的一次能源和清潔能源往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，形 成了遠(yuǎn)距離大容量輸電的格局。多回大容量交直流外送電網(wǎng)往往處于電網(wǎng)遠(yuǎn)端，直流換相 失敗發(fā)生后，大量的盈余功率自送端電網(wǎng)向系統(tǒng)內(nèi)擴(kuò)散，對系統(tǒng)造成巨大沖擊，嚴(yán)重情況下 將會造成系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)失穩(wěn)，威脅著整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并制約著整個(gè)送端電網(wǎng)交 直流外送通道的送電能力。
[0003] 作為能源基地的區(qū)域遠(yuǎn)端弱聯(lián)直流送端電網(wǎng)，在發(fā)生直流換相失敗后，大量過剩 盈余功率將會連續(xù)沖擊交流同步電網(wǎng)各關(guān)鍵薄弱斷面，使電網(wǎng)承受巨大的加速能量，容易 導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)功角失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。這種由直流功率擾動觸發(fā)，交直流耦合影響，電網(wǎng)多級 斷面運(yùn)行方式相互制約的復(fù)雜工況，嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并給電網(wǎng)運(yùn)行 人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。針對這種情況，目前運(yùn)行人員往往需要通過預(yù)控直流運(yùn)行功率以 及送端電網(wǎng)個(gè)薄弱斷面的功率運(yùn)行水平，該方法一方面需要安排大量的運(yùn)行方式、工作強(qiáng) 度大，可能導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行范圍較窄，且不利于發(fā)揮整個(gè)送端電網(wǎng)交直流外送通道的送電能 力以及大規(guī)模清潔能源的消納。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一直基于電網(wǎng)直流換相失敗下的交直 流協(xié)調(diào)控制方法，本發(fā)明快速有效地制定適用于直流換相失敗后保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的 安全穩(wěn)定控制措施，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗直流擾動能力以及交直流外送電網(wǎng)內(nèi)清潔能源的消 納能力。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] -直基于電網(wǎng)直流換相失敗下的交直流協(xié)調(diào)控制方法，所述方法包括如下步驟：
[0007] (1)在線監(jiān)測送端系統(tǒng)各薄弱斷面的運(yùn)行狀態(tài)信息；
[0008] (2)提取電網(wǎng)的狀態(tài)變量，計(jì)算各薄弱斷面靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限；
[0009] (3)確定區(qū)域遠(yuǎn)端電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生換相失敗的直流運(yùn)行情況、直流條數(shù)和發(fā)生時(shí)間，基 于聯(lián)絡(luò)線功率波動峰值理論快速估算直流換相失敗后系統(tǒng)中各個(gè)薄弱斷面的波動峰值； [0010] (4)對比各斷面的所述靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限和所述波動峰值確定各斷面功率運(yùn)行區(qū) 間；
[0011] (5)基于不平衡功率分配理論分析直流緊急調(diào)制措施實(shí)施后是否增加了任一處于 非線性區(qū)斷面的功率波動或?qū)е戮€性區(qū)斷面功率波動大于斷面靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限，若是則 直接轉(zhuǎn)到步驟(8);否則轉(zhuǎn)到步驟(6);
[0012] (6)采取直流功率緊急調(diào)制；
[0013] (7)判斷電網(wǎng)各薄弱斷面功率波動量Pimd。加斷面初始功率P』是否小于斷面靜穩(wěn)， 若是則方法結(jié)束;否則轉(zhuǎn)到步驟(8);
[0014] (8)根據(jù)所述直流緊急調(diào)制措施的分析情況，計(jì)算所需采取的切除發(fā)電機(jī)的措施 量；
[0015] (9)判斷所述切機(jī)措施量是否導(dǎo)致任一斷面功率波動量大于所述靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極 限;若是則調(diào)整斷面功率波動量大于靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限的斷面運(yùn)行方式，并轉(zhuǎn)到步驟(1)。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中，所述運(yùn)行狀態(tài)信息包括:薄弱斷面的當(dāng)前功率運(yùn)行水平 PwQ、網(wǎng)內(nèi)直流初始運(yùn)行狀態(tài)P_q、預(yù)先設(shè)置安控切機(jī)位置發(fā)電機(jī)和送端大電網(wǎng)內(nèi)各典型大 機(jī)組的狀態(tài)變量，所述狀態(tài)變量包括:發(fā)電機(jī)功角3k、轉(zhuǎn)子角速度ω k、發(fā)電機(jī)出力Pk和發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)動慣量Mk。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述電網(wǎng)狀態(tài)變量包括送端電網(wǎng)內(nèi)各交流薄弱斷面兩端 功率相量、f和電壓相量f>，所述斷面靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限P x計(jì)算公式如下：
[0019] 其中，S1為薄弱斷面送段功率,U1,U2分別為薄弱斷面送、受端電壓，各符號上的· 表示相量，*表示相量的共輒。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟(3)包括如下步驟：
[0021] 步驟3-1:統(tǒng)計(jì)送端電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生換相失敗的直流條數(shù)N;發(fā)生換相失敗的每回直流 換相失敗期間的功率Pdca以及相應(yīng)直流換相失敗的持續(xù)時(shí)間L 1;薄弱斷面兩端區(qū)域振蕩模 式的阻尼比L、振蕩頻率fdl&及參與振蕩機(jī)群所在區(qū)域的慣量比ε;
[0022] 步驟3-2:基于聯(lián)絡(luò)線功率波動峰值理論快速估算直流換相失敗后系統(tǒng)中各個(gè)薄 弱斷面的波動量Pim，估算公式如下：
[0024]其中，τ為直流換相失敗等效持續(xù)時(shí)間，
[0025] Pdoh為直流初始運(yùn)行功率;Mi、M2分別為聯(lián)絡(luò)線兩端電網(wǎng)等效轉(zhuǎn)動慣量；ωη為系統(tǒng) 振蕩頻率;ξ為聯(lián)絡(luò)線兩端區(qū)域阻尼比。
[0026]優(yōu)選的，所述步驟(4)包括如下步驟：
[0027] 步驟4-1:對比各斷面的所述靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限和所述波動峰值確定各斷面功率 運(yùn)行區(qū)間；所述運(yùn)行區(qū)間分為線性區(qū)和非線性區(qū)，若各個(gè)薄弱斷面的波動量P im加初始功率 Pw小于所述靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限則此斷面為線性區(qū)，反之則為非線性區(qū)：
[0028] 步驟4-2:判斷各斷面所處運(yùn)行區(qū)間的情況，各斷面是否均處于線性區(qū);若是，則方 法結(jié)束，否則轉(zhuǎn)到步驟(5)。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟(5)中，所述不平衡功率分配理論估算公式為：
[0031] 式中，MhM2分別為聯(lián)絡(luò)線兩端電網(wǎng)等效轉(zhuǎn)動慣量;P△為不平衡功率。
[0032] 優(yōu)選的，所述步驟(6)中，所述直流功率緊急調(diào)制包含直流功率緊急提升和下降， 考慮到換相失敗后送端電網(wǎng)功率盈余，優(yōu)先采取直流功率緊急提升；當(dāng)直流功率緊急提升 沒有裕度后，再考慮直流功率緊急下降。
[0033] 優(yōu)選的，所述步驟(8)中，所述切除發(fā)電機(jī)的措施量是通過非線性區(qū)斷面在換相失 敗后未采取直流調(diào)制的功率波動量Pim或采取直流調(diào)制的功率波動量P imd。加斷面初始功率 Pw減去斷面靜穩(wěn)限額計(jì)算得到的。
[0034]優(yōu)選的，所述切除發(fā)電機(jī)按照dS/dt，dc〇/dt以及dP/dM三個(gè)條件從大到小的順序 進(jìn)行排序切除，其中S為發(fā)電機(jī)功角，ω為發(fā)電機(jī)角速度，P發(fā)電機(jī)機(jī)械功率，M為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動 慣量，t為時(shí)間，d為微分運(yùn)算符。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0036] 本發(fā)明快速有效地制定適用于直流換相失敗后保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的安全穩(wěn) 定控制措施，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗直流擾動能力以及交直流外送電網(wǎng)內(nèi)清潔能源的消納能 力；并能夠在直流換相失敗發(fā)生后，綜合考慮送端系統(tǒng)多個(gè)薄弱斷面的不同運(yùn)行方式的耦 合影響，提高跨區(qū)大容量電力輸送能力，為電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行提供參考。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明提供的一直基于電網(wǎng)直流換相失敗下的交直流協(xié)調(diào)控制方法流程圖
[0038] 圖2是本發(fā)明提供的區(qū)域遠(yuǎn)端電網(wǎng)及其相應(yīng)的送端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040] 如圖2所示，為本發(fā)明提供的區(qū)域遠(yuǎn)端電網(wǎng)及其相應(yīng)的送端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，圖中，區(qū) 域遠(yuǎn)端電網(wǎng)與電網(wǎng)1、電網(wǎng)2共同組成送端電網(wǎng)，斷面1與斷面2為送端電網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)薄弱斷面， 區(qū)域遠(yuǎn)端電網(wǎng)內(nèi)共有3回特高壓直流送受端電網(wǎng)；電網(wǎng)1中有4回常規(guī)直流送受端電網(wǎng)，也為 本文所采取的直流功率緊急調(diào)制措施中所提到的直流。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明提供的基于響應(yīng)的區(qū)域遠(yuǎn)端電網(wǎng)直流換相失敗下的交直流協(xié) 調(diào)控制方法，具體步驟如下：
[0042] 步驟1:在線監(jiān)測送端系統(tǒng)各薄弱斷面的運(yùn)行狀態(tài)信息
[0043] 基于WAMS系統(tǒng)在線監(jiān)測送端系統(tǒng)內(nèi)2個(gè)薄弱斷面的當(dāng)前功率運(yùn)行水平均為2000MW 和4000MW;網(wǎng)內(nèi)7條直流均維持在各自額定功率狀態(tài);安控切機(jī)布點(diǎn)處的發(fā)電機(jī)和送端大電 網(wǎng)內(nèi)各典型大機(jī)組均為滿出力，并實(shí)時(shí)監(jiān)測相應(yīng)發(fā)電機(jī)功角Sk、轉(zhuǎn)子角速度Q k、發(fā)電機(jī)出力 Pk以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量Mk;
[0044] 步驟2:提取的電網(wǎng)狀態(tài)變量，計(jì)算各薄弱斷面靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限
[0045] 提取送端電網(wǎng)2個(gè)交流薄弱斷面兩端功率相量和電壓相量，估算斷面靜穩(wěn)極限分 別為6800麗和6100麗；
[0046] 步驟3:估算直流換相失敗后系統(tǒng)中各個(gè)薄弱斷面的波動量
[0047] 所述步驟3具體包括以下步驟：
[0048] 步驟3-1:本次實(shí)施方式基于3條特高壓直流同時(shí)發(fā)生1次換相失敗，每條直流換相 失敗持續(xù)時(shí)間約為200ms;2個(gè)薄弱斷面兩端區(qū)域振蕩模式的阻尼比分別為1: = 0.067742 = 0.1098;振蕩頻率分別為fdi = 0.3113Hz、fd2 = 0.1691Hz ;薄弱斷面兩側(cè)參與振蕩機(jī)群所在 區(qū)域的送受端慣量比ει= 1/3.1、ε2 = 1/1.1。
[0049] 步驟3-2:基于聯(lián)絡(luò)線