CN103633638A - 一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略。包括如下步骤：1）对于多直流送出的孤岛电网，由于故障造成系统频率升高或降低，首先启动第一道防线，利用直流系统频率限制功能对系统频率进行控制；2）频率超出发电机调速器频率动作死区，则启动第一道防线中另一个措施：发电机调速器一次调频控制；3）频率超出49.0～50.6赫兹范围，启动第二道防线：按照控制策略切除发电机或负荷；4）频率超出50.6赫兹，启动第三道防线，高周切机保护切除发电机组；5）频率超出51.5赫兹，则发电机过速保护动作，切除发电机组。本发明可作为大规模多直流送出的孤岛系统频率稳定的实际控制策略，投入电网生产运行，也可应用到相关研究的仿真计算。

Description

一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略

技术领域

本发明涉及一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略,属于电力系统安全稳定分析的技术领域。

背景技术

南方电网区域内资源禀赋特性及经济发展不平衡性，决定了南方电网在相当长一段时间内需要进行西电东送与跨区域的资源优化配置。云南水电资源丰富，作为南方电网大型水电外送基地，在“十二五”将建成投产溪洛渡、糯扎渡两回直流，水电送出规模为1910万千瓦，外送直流4回；2016～2030年云南还将规划送出水电1400万千瓦，最终外送直流达到8回。为减少云南电网交直流相互影响，特别是单回或多回直流闭锁后大规模潮流转移引起的功角稳定和电压稳定问题，将云南电网与南方电网主网交流联络断开，实现云南电网孤网运行。

作为多直流集中送出的孤岛电网，云南电网面临的安全稳定问题由联网方式下的功角稳定问题转变为孤岛运行方式下的频率稳定问题。一方面，由于“十二五”到远景，云南电网直流规模逐步增大，且单回直流规模在500万千瓦左右，当系统发生单回或多回直流单极或双极闭锁，由于网内功率过剩，系统频率将升高；另一方面，云南境内大型水电较多，若孤网运行方式下电站送出线路故障，造成电站与系统解裂，网内将出现功率不足导致系统频率降低。

针对多直流送出的孤岛电网的系统运行特性，提出有效的频率控制策略是提高孤岛电网频率水平的有效措施。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略，针对多直流送出孤岛电网的系统运行特点，提出了一套基于直流系统频率限制FLC、发电机一次调频、安稳措施、高周切机和发电机过速保护OPC的优化协调控制策略。同时特别针对多直流送出的特点，提出多直流相互协调的FLC控制策略，能够将电网N-1和部分N-2故障导致的频率升高或降低控制在合理范围，是一种高效的孤岛电网频率控制手段。

本发明的多直流送出的孤岛电网频率控制策略，包括如下步骤：

1） 对于多直流送出的孤岛电网，直流闭锁、发电机送出线路故障造成孤岛系统功率过剩或不足，从而引起系统频率升高或降低；当系统频率升高或降低，首先启动第一道防线，即利用直流系统的频率限制功能（FLC控制）的调节作用，对系统频率进行控制；

2）若孤岛电网多直流频率限制功能（FLC）未能将频率控制在发电机调速器频率动作死区内，则启动第一道防线中另一个措施：发电机调速器一次调频控制；

3）若第一道防线未将孤岛电网频率控制在49.0～50.6赫兹范围内，启动第二道防线安全稳定控制措施：按照控制策略切除孤岛系统发电机或负荷；

4）稳控装置拒动或由于其他原因导致系统频率仍超过50.6赫兹，启动第三道防线，高周切机保护切除发电机组；

5）若第三道防线仍未将孤岛电网频率控制在51.5赫兹以内，则发电机过速保护保护（OPC）动作，切除发电机组。

上述步骤1）中第一道防线充分发挥多直流孤岛电网中直流频率限制器的作用，利用直流输电系统功率的快速可控性，当孤岛电网频率升高或降低时，通过快速调整外送功率来达到控制系统频率的目的，多直流送出的孤岛电网中直流频率限制器（FLC）具体控制策略如下：

11）直流频率限制器与发电机调速器控制策略相互协调，当多直流孤岛电网出现频率稳定问题后，首先通过多直流频率限制器（FLC）进行控制；若该方式无法将频率控制在调速器死区范围内，再启动发电机调速器控制；具体设置为：将频率限制器（FLC）死区设置为±0.1赫兹，发电机调速器死区设置为±0.5赫兹；

12）抑制多直流孤岛电网频率升高的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略；多直流孤岛电网由于直流单极或双极闭锁故障，造成系统功率过剩，导致系统频率升高，多直流频率限制器（FLC）利用直流暂时或短时过负荷能力，提升直流输送功率，降低系统频率，功率调节上限值X的设定方法如下：

a.明确功率调节上限值X的范围，根据目前国内高压直流运行要求，其过负荷能力为1.4 p.u.运行时间为3秒，1.1 p.u.运行时间为2小时，因此考虑其调节上限为                                                

；

b.对于直流单极闭锁故障导致的频率升高问题，为充分发挥同回直流的功率调节作用，同时减少对受端系统潮流的影响，将同回直流另一极功率调节上限值X提高，且大于其他直流上限值，一般可考虑取1.4 p.u.；

c. 对于直流双极闭锁故障导致的频率升高问题，为减少送受端电网的潮流转移，其他直流的功率调节上限值X应根据与故障直流的电气位置、送电区域两个方面设定；对于电气联系紧密、送电方向一致的直流，其功率调节上限值X可取高值；反之电气联系薄弱、送电方向不同的直流，其X值取低值；

13）抑制多直流孤岛电网频率降低的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略，多直流孤岛电网由于系统内电源送出线路故障，造成系统功率不足，导致系统频率降低，多直流频率限制器（FLC）利用直流降功率，提高系统频率，功率调节下限值Y的设定方法如下：

a. 明确功率调节下限值Y的范围，根据目前国内高压直流运行要求和直流功率下降后相关设备过电压绝缘能力，现在实际FLC功率调节下限值的取值，一般为

；

b.根据孤岛电网故障发生区域，有效降低功率不足区域内直流的外送功率，可减少孤岛电网内潮流转移，该区域或近区的直流功率调节下限值Y取低值，其他区域内的直流取高值； 

c.根据直流外送容量的重要程度和受端系统备用能力，设置直流功率调节下限值，对于供电重要区域、受端系统备用不足的送电直流，在频率控制中尽量减少对该区域供电的影响，考虑该直流功率调节下限值Y取高值，其他直流取低值。

上述步骤2）发电机调速器一次调频控制与直流功率限制（FLC）相互协调，其死区设置使得在多直流送出的孤岛电网N-1事故情况下，发电机调速器基本不动作，严重故障情况下与直流功率限制（FLC）共同调节。

上述步骤3），对于第一道防线无法控制的频率稳定问题，启动安全稳定控制措施：系统频率低于49.0赫兹启动低频减载，切除相应负荷；系统频率超出50.6赫兹，按照控制策略切除发电机组。

上述步骤4），稳控装置拒动或由于其他原因导致系统频率仍超50.6赫兹，启动第三道防线，高周切机保护切除发电机组，根据机组频率变化，配置高周保护的轮次和阀值，避免机组过速保护动作。

本发明提出一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略，针对多直流送出孤岛电网的系统运行特点，提出了一套基于直流系统频率限制FLC、发电机一次调频、安稳措施、高周切机和发电机过速保护OPC的优化协调控制策略。同时特别针对多直流送出的特点，提出多直流相互协调的FLC控制策略，能够将电网N-1和部分N-2故障导致的频率升高或降低控制在合理范围，是一种高效的孤岛电网频率控制手段。本发明针对多直流送出的孤岛电网由于直流闭锁、发电机送出线路等故障造成系统频率升高或降低问题，提出的一种有效的频率控制策略。本发明可作为大规模多直流送出的孤岛系统频率稳定的实际控制策略，投入电网生产运行，也可应用到相关研究的仿真计算。

附图说明

图1是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

参照附图1，对本方法进行详细描述：

1）当系统频率升高或降低，首先启动第一道防线，即利用直流系统的频率限制功能（FLC控制）的调节作用，对系统频率进行控制。多直流送出的孤岛电网中直流频率限制器（FLC）具体控制策略如下：

1.1）直流频率限制器与发电机调速器控制策略相互协调，当多直流孤岛电网出现频率稳定问题后，首先通过多直流频率限制器（FLC）进行控制；若该方式无法将频率控制合理范围，再启动发电机调速器控制。具体设置为：将频率限制器（FLC）死区设置为±0.1赫兹，发电机调速器死区设置为±0.5赫兹。

）抑制多直流孤岛电网频率升高的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略。多直流孤岛电网由于直流单极或双极闭锁等故障，造成系统功率过剩，导致系统频率升高，多直流频率限制器（FLC）利用直流暂时或短时过负荷能力，提升直流输送功率，降低系统频率。

）抑制多直流孤岛电网频率降低的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略。多直流孤岛电网由于系统内电源切机等故障，造成系统功率不足，导致系统频率降低，多直流频率限制器（FLC）利用直流降功率，提高系统频率。

）若孤岛电网多直流频率限制功能（FLC）未能将频率控制在发电机调速器频率动作死区内，则启动“第一道防线”中另一个措施发电机调速器一次调频控制。

）若第一道防线未将孤岛电网频率控制在合理范围内，依据《电力系统安全稳定导则》规定，启动安全稳定控制措施：系统频率低于49.0赫兹启动低频减载，切除相应负荷；系统频率超出50.6赫兹，按照控制策略切除发电机组。

）稳控装置拒动或由于其他原因导致系统频率仍超过50.6赫兹，启动“第三道防线”高周切机保护切除发电机组。

）若第三道防线仍未将孤岛电网频率控制在51.5赫兹以内，则发电机过速保护OPC动作，切除发电机组。

Claims (5)

1.一种多直流送出的孤岛电网频率控制策略，其特征在于包括如下步骤：

1） 对于多直流送出的孤岛电网，直流闭锁、发电机送出线路故障造成孤岛系统功率过剩或不足，从而引起系统频率升高或降低；当系统频率升高或降低，首先启动第一道防线，即利用直流系统的频率限制功能（FLC控制）的调节作用，对系统频率进行控制；

2）若孤岛电网多直流频率限制功能（FLC）未能将频率控制在发电机调速器频率动作死区内，则启动第一道防线中另一个措施：发电机调速器一次调频控制；

3）若第一道防线未将孤岛电网频率控制在49.0～50.6赫兹范围内，启动第二道防线安全稳定控制措施：按照控制策略切除孤岛系统发电机或负荷；

4）稳控装置拒动或由于其他原因导致系统频率仍超过50.6赫兹，启动第三道防线，高周切机保护切除发电机组；

5）若第三道防线仍未将孤岛电网频率控制在51.5赫兹以内，则发电机过速保护保护（OPC）动作，切除发电机组。

2.根据权利要求1所述的多直流送出的孤岛电网频率控制策略，其特征在于上述步骤1）中第一道防线充分发挥多直流孤岛电网中直流频率限制器的作用，利用直流输电系统功率的快速可控性，当孤岛电网频率升高或降低时，通过快速调整外送功率来达到控制系统频率的目的，多直流送出的孤岛电网中直流频率限制器（FLC）具体控制策略如下：

11）直流频率限制器与发电机调速器控制策略相互协调，当多直流孤岛电网出现频率稳定问题后，首先通过多直流频率限制器（FLC）进行控制；若该方式无法将频率控制在调速器死区范围内，再启动发电机调速器控制；具体设置为：将频率限制器（FLC）死区设置为±0.1赫兹，发电机调速器死区设置为±0.5赫兹；

12）抑制多直流孤岛电网频率升高的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略；多直流孤岛电网由于直流单极或双极闭锁故障，造成系统功率过剩，导致系统频率升高，多直流频率限制器（FLC）利用直流暂时或短时过负荷能力，提升直流输送功率，降低系统频率，功率调节上限值X的设定方法如下：

a.明确功率调节上限值X的范围，根据目前国内高压直流运行要求，其过负荷能力为1.4 p.u.运行时间为3秒，1.1 p.u.运行时间为2小时，因此考虑其调节上限为                                                

；

b.对于直流单极闭锁故障导致的频率升高问题，为充分发挥同回直流的功率调节作用，同时减少对受端系统潮流的影响，将同回直流另一极功率调节上限值X提高，且大于其他直流上限值，一般可考虑取1.4 p.u.；

c. 对于直流双极闭锁故障导致的频率升高问题，为减少送受端电网的潮流转移，其他直流的功率调节上限值X应根据与故障直流的电气位置、送电区域两个方面设定；对于电气联系紧密、送电方向一致的直流，其功率调节上限值X可取高值；反之电气联系薄弱、送电方向不同的直流，其X值取低值；

13）抑制多直流孤岛电网频率降低的多直流频率限制器（FLC）协调控制策略，多直流孤岛电网由于系统内电源送出线路故障，造成系统功率不足，导致系统频率降低，多直流频率限制器（FLC）利用直流降功率，提高系统频率，功率调节下限值Y的设定方法如下：

a. 明确功率调节下限值Y的范围，根据目前国内高压直流运行要求和直流功率下降后相关设备过电压绝缘能力，现在实际FLC功率调节下限值的取值，一般为

；

b.根据孤岛电网故障发生区域，有效降低功率不足区域内直流的外送功率，可减少孤岛电网内潮流转移，该区域或近区的直流功率调节下限值Y取低值，其他区域内的直流取高值； 

c.根据直流外送容量的重要程度和受端系统备用能力，设置直流功率调节下限值，对于供电重要区域、受端系统备用不足的送电直流，在频率控制中尽量减少对该区域供电的影响，考虑该直流功率调节下限值Y取高值，其他直流取低值。

3.根据权利要求1所述的多直流送出的孤岛电网频率控制策略，其特征在于上述步骤2）发电机调速器一次调频控制与直流功率限制（FLC）相互协调，其死区设置使得在多直流送出的孤岛电网N-1事故情况下，发电机调速器基本不动作，严重故障情况下与直流功率限制（FLC）共同调节。

4.根据权利要求1所述的多直流送出的孤岛电网频率控制策略，其特征在于上述步骤3），对于第一道防线无法控制的频率稳定问题，启动安全稳定控制措施：系统频率低于49.0赫兹启动低频减载，切除相应负荷；系统频率超出50.6赫兹，按照控制策略切除发电机组。

5.根据权利要求1所述的多直流送出的孤岛电网频率控制策略，其特征在于上述步骤4），稳控装置拒动或由于其他原因导致系统频率仍超50.6赫兹，启动第三道防线，高周切机保护切除发电机组，根据机组频率变化，配置高周保护的轮次和阀值，避免机组过速保护动作。

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