CN103107530B - 一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法，该方法包括下列步骤：(1)从能量管理系统EMS得到当前电网网架拓补数据和各条直流功率值，形成实时计算数据；(2)通过在线计算，得到各条直流故障后其余直流紧急提升功率值对于提高送端领先（最先失稳的）机组的稳定性的灵敏度，并根据灵敏度排序得到多直流紧急协调控制策略表；(3)不断滚动在线计算，根据最新的灵敏度结果更新多直流紧急协调控制策略表；(4)一旦发生直流闭锁故障，根据最新的直流紧急协调控制策略表启动直流紧急协调控制。本发明可以根据电网运行实时情况在线计算形成控制策略表，以实现准确控制。

Description

一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法

技术领域

本发明属于电网在线安全稳定控制领域，是一种适用于复杂多直流电网的在线多直流协调控制方法。

背景技术

随着我国西电东送规模不断扩大，拥有多条直流的送端电网日益增多。送端电网普遍存在着经济欠发达、网架结构薄弱、小电网大外送等特点，一旦发生直流双极闭锁故障，为保持系统稳定必须大量切机，造成较大经济损失。

对于含有并联交流联络线的直流多送出系统，当一条直流因直流故障发生双极闭锁时，闭锁直流原本输送大量有功功率向交流线路转移，但是交流断面输送的功率受通道的输电能力限制，导致大量功率输送不出去，造成送端机组转子加速，频率上升，严重者甚至会使送端机组与受端机组失步；另一方面，大量直流功率转移到交流线路上，会使无功需求增加，导致主要交流通道上电压下降，恶化故障期间系统的电压水平。因此，要提高直流双极闭锁后系统的稳定性，一方面要提高送端系统的电压水平；另一方面，可以对非故障直流采用紧急功率提升措施。

通过多直流紧急协调控制手段提升非故障直流功率值可以有效减少切机量。目前还没有成熟的多直流紧急协调控制方法，理论研究也主要是基于离线计算得到的固定的策略表，很难适应电网复杂多变的运行方式。另外，直流紧急提升功率还受到系统电压的制约，往往故障情况下系统电压大幅降低，传统方法难以实现低电压背景下直流功率的紧急提升。

本发明方法是基于如下技术路线：（1）直流双极闭锁后系统失稳本质上是由闭锁的直流的送端机组相对于受端机组失步引起的，因此要提高闭锁后系统的稳定性，可以从提升非故障直流的输送功率以缓解送端最领先的机组的失步。大量仿真分析结果表明，送端最领先的机组一般就是闭锁的直流的整流侧送端机组，因此可以通过离线仿真，得到提升直流功率对提高送端领先（最先失稳的）机组的稳定性的灵敏度，解决提升哪条直流的功率对缓解送端最领先的机组失步效果最明显的问题。对于某个多直流送端电网，若其中一条直流发生双极闭锁时，其余直流能够充分利用其暂态过负荷能力以及长期过负荷能力，承担一部分原有故障直流线路输送的功率，减轻交流系统的负担，势必可以减少直流线路双极闭锁时的切机量，提高电网的稳定性；但是非故障直流的功率提升对缓解送端最领先的机组的失步效果不同，有些直流的功率提升对缓解送端领先机组的失步效果明显，有些不明显，从措施的简洁性考虑，一般选择对缓解送端最领先的机组的失步效果最明显直流进行紧急功率提升即可。（2）针对故障情况下由于系统电压大幅降低影响直流功率提升的问题，提出了同步提升该直流附近机组的励磁电压参考值的方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法，该方法可以根据电网运行实时情况在线计算形成控制策略表，以实现准确控制。

本发明目的通过下列步骤实现：

(1)    从能量管理系统EMS得到当前电网网架拓补数据和各条直流功率值，形成实时计算数据；

(2)    通过在线计算，得到各条直流故障后其余直流紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度，并根据灵敏度排序得到多直流紧急协调控制策略表；

(3)    不断滚动在线计算，根据最新的灵敏度结果更新多直流紧急协调控制策略表；

(4)    一旦发生直流闭锁故障，根据最新的直流紧急协调控制策略表启动直流紧急协调控制：优先启动策略表上灵敏度最高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升机组励磁电压参考值的信号；若机组强励失败导致直流功率提升无法完成，则由策略表上灵敏度第二高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升励磁电压信号；依此类推。

本发明上述第2步骤中的直流紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度计算方法如下：

(1)    依次仿真计算各回直流双极闭锁故障对应的机组功角曲线，分别把最先失去稳定的发电机组确定为各回直流故障后对应的领先机组，领先机组在t时刻与参考机组之间的相角差计为δ(t,0)。

(2)    首先针对直流D1计算：D1双极闭锁后，若紧急提升直流Di的功率（提升量为ΔP），同时提升Di附近机组的励磁电压，得到机组功角曲线，计算出此时领先机组在t时刻与参考机组之间的相角差δ(t, ΔP)；则D1双极闭锁后，Di紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度S(1,i)计算公式如下：S(1,i)=[δ(t, ΔP)-δ(t,0)]/ ΔP

(3)    依次针对1～n回直流求解，得到全部直流双极闭锁后其余直流紧急提升功率的灵敏度集合：{S(j,i) | j=1～n,i=1～n}

本发明的有益效果为，根据电网运行实时情况在线计算形成控制策略表，以实现准确控制。可以减少切机量，而且可以有效提高系统在故障恢复后的稳定裕度。

本发明通过在线计算各条直流故障后其余直流紧急提升功率值对于提高送端领先（最先失稳的）机组的稳定性的灵敏度，滚动更新多直流紧急协调控制策略表，并且针对故障情况下由于系统电压大幅降低影响直流功率提升的问题，提出了同步提升该直流附近机组的励磁电压参考值的方法。本发明具有方法简洁、准确度高、计算速度快的优点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释。

附图说明

图1：一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法的整体实施流程图。 

图2：金中直流故障后不同直流紧急功率提升时梨园机组功角的轨迹灵敏度。

图3：云广直流故障后不同直流紧急功率提升时金安桥机组功角的轨迹灵敏度。

图4：溪洛渡直流故障后不同直流紧急功率提升时溪洛渡机组功角的轨迹灵敏度。

图5：糯扎渡直流故障后不同直流紧急功率提升时糯扎渡机组功角的轨迹灵敏度。

具体实施方式

图1给出了本发明方法的整体实施流程，从电力系统获得实时数据，在线滚动更新多直流紧急协调控制策略表，一旦发生直流双极闭锁故障，优先启动策略表上灵敏度最高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升机组励磁电压参考值的信号；若机组强励失败导致直流功率提升无法完成，则由策略表上灵敏度第二高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升励磁电压信号；依此类推。当系统重新回到稳定状态后，重新计算新的策略表。

下面给出图1的具体实施方式：

(1)    第一部分“电力系统”：需要调度自动化系统新增从EMS后自动形成BPA计算数据的功能；需要试验验证各条直流紧急提升功率的能力和速度，并在各个直流换流站新增紧急协调控制的信号接口；需要在各个直流附近的发电机组新增在线调整励磁电压的接口，并试验验证其强励能力。

(2)    第二部分“在线计算控制策略”：依据本发明方法编制多直流紧急协调控制策略表在线计算模块，该模块可以直接集成在现有EMS系统中，也可以单独布置一台计算机作为计算平台。

(3)    第三部分“紧急协调控制”：该功能可以集成在电力系统安全稳定控制系统中，与安稳切机同时发挥作用。

下面以云南规划电网为例进一步说明本方法的实施。

云南电网远景年将有5回直流送出，分别为金中直流、云广直流、溪洛渡同塔双回直流、糯扎渡直流，直流外送输电容量达到1940万千瓦。其余4回省间交流联络线路输电功率与直流相比很小，“强直弱交”的特点已经比较明显，直流系统的动态行为将严重影响云南电网的安全与稳定。

（一）运行方式：

假设电网运行在汛期典型大方式下，5回直流全功率运行。

（二）计算该方式下的控制策略：

（1）计算领先机组，结果如下表所示：

 （2）分别计算各条直流故障后其余直流紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度：

在金中直流闭锁后0.2秒分别提升云广、溪洛渡、糯扎渡直流功率，计算提升直流功率对缓解送端领先机组(梨园机组)功角首摆的灵敏度，如附图2所示。

在云广直流闭锁后0.2秒分别提升金中、溪洛渡、糯扎渡直流功率，计算提升直流功率对缓解送端领先机组(金安桥机组)功角首摆的灵敏度，如附图3所示。

在溪洛渡直流闭锁后0.2秒分别提升金中、另一回溪洛渡、糯扎渡、云广直流功率，观察提升直流功率对缓解送端领先机组(溪洛渡机组)功角首摆的灵敏度，如附图4所示。

在糯扎渡直流闭锁后0.2秒分别提升金中、溪洛渡、云广直流功率，观察提升直流功率对缓解送端领先机组(糯扎渡机组)功角首摆的灵敏度，如附图5所示。

可见，当金中直流双极闭锁时，提升云广直流的输送功率对缓解送端功角领先的梨园机组的失步效果最明显；当云广直流闭锁时，提升溪洛渡直流的输送功率对缓解送端功角领先的金安桥机组的失步效果最明显；当溪洛渡直流双极闭锁时，提升另一回溪洛渡直流的输送功率对缓解送端功角领先的溪洛渡机组的失步效果最明显；当糯扎渡直流双极闭锁时，提升云广直流的输送功率对缓解送端功角领先的糯扎渡机组的失步效果最明显。形成如下表所示的策略表：

（三）紧急协调控制及效果：

控制措施如下：故障直流双极闭锁0.2s后，提升优先控制直流的强励机组励磁电压参考值0.1pu，并提升控制直流功率指令值0.3pu，持续3s后，将直流提升功率指令值降为0.1pu长期运行。

控制效果见下表示。可以看出：在直流发生双极永久闭锁时，与传统安稳从事只考虑切机相比，采用本发明提出的方案不仅可以减少切机量，而且可以有效提高系统在故障恢复后的稳定裕度。

Claims (1)

1.一种基于灵敏度的多直流紧急协调控制方法，其特征在于,该方法包括下列步骤：

1)从能量管理系统EMS得到当前电网网架拓补数据和各条直流功率值，形成实时计算数据；

2)通过在线计算，得到各条直流故障后其余直流紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度，并根据灵敏度排序得到多直流紧急协调控制策略表；直流紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度计算方法包括如下步骤：

a)依次仿真计算各回直流双极闭锁故障对应的机组功角曲线，分别把最先失去稳定的发电机组确定为各回直流故障后对应的领先机组，领先机组在t时刻与参考机组之间的相角差计为δ(t,0)；

b)针对直流D1计算：D1双极闭锁后，若紧急提升直流Di的功率，提升量为ΔP，同时提升Di附近机组的励磁电压，得到机组功角曲线，计算出此时领先机组在t时刻与参考机组之间的相角差δ(t,ΔP)；则D1双极闭锁后，Di紧急提升功率值对于提高送端领先机组的稳定性的灵敏度S(1,i)计算公式如下：S(1,i)＝[δ(t,ΔP)-δ(t,0)]/ΔP；

c)依次针对1～n回直流求解，得到全部直流双极闭锁后其余直流紧急提升功率的灵敏度集合：{S(j,i)|j＝1～n,i＝1～n}；

3)不断滚动在线计算，根据最新的灵敏度结果更新多直流紧急协调控制策略表；

4)一旦发生直流闭锁故障，根据最新的直流紧急协调控制策略表启动直流紧急协调控制：优先启动策略表上灵敏度最高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升机组励磁电压参考值的信号；若机组强励失败导致直流功率提升无法完成，则由策略表上灵敏度第二高的直流功率提升，同时向该直流附近机组发出提升励磁电压信号；依此类推。