CN104253441B - 一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，包括以下步骤：建立交直流协调控制平台；进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；确定直流功率调制量P′_mod；抑制跨大区电网交流联络线低频振荡。本发明基于安全稳定控制装置构建交直流协调控制平台，采用一种校正逻辑控制输出的以交流联络线功率为输入量的直流功率调制技术，通过对直流输电系统输送功率的调制实现对跨区电网联络线低频振荡的抑制。

Description

一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法

技术领域

本发明涉及一种抑制方法，具体涉及一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法。

背景技术

电力系统跨区联网势必经过一个从弱联系到强联系的发展过程，交流弱联系系统存在十分突出的安全稳定问题，在某些运行方式下容易诱发低频振荡。如川渝电网接入华中电网后，新增了低于0.3Hz的典型区域间振荡模式。

对于电网低频振荡，可以采用直流功率调制的方式进行阻尼。由于区域互联电网的振荡模式能够在区域联络线输送功率上得到集中反映，因此针对这种稳定控制需求，适当的方案是直接监测联络线功率波动、通过对并列运行直流输电系统的功率调制来进行抑制。本发明应用一种采用校正逻辑控制输出的以交流联络线功率为输入量的直流功率调制技术，通过对直流输电系统输送功率的调制实现对跨区电网低频振荡模式的阻尼。

这种方案存在的技术问题包括：

1)对于被控直流，该方式需要采集远方信号，整个系统延时可能较长，而过长的延时可能导致控制发散；

2)线路的投运和停运操作可能引起直流功率调制逻辑的误动。

对第二个问题，图1中波形模拟了交流线路的投/停操作，即线路功率由无至有和由有至无；图2中波形为在采用线路功率作为输入量时，不采取任何防误动措施条件下，直流调制模块的输出。可以看到，在线路投停时，直流调制功能会有较大的输出，而这种输出可能是不适当的。因为监测到的线路输送功率突变并不意味着系统的巨大暂态波动，这种情况下无需进行直流功率调制。

曾有见诸文献的有采用PMU广域控制方法实现的交直流协调控制平台，实现对跨区电网低频振荡模式的阻尼，但该技术的整个控制系统延时较长。此外，对于以交流联络线功率为输入量的直流功率调制技术，对断面线路投退引起装置误动的处理措施未见诸文献。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，基于安全稳定控制装置构建交直流协调控制平台，采用一种校正逻辑控制输出的以交流联络线功率为输入量的直流功率调制技术，通过对直流输电系统输送功率的调制实现对跨区电网联络线低频振荡的抑制。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立交直流协调控制平台；

步骤2：进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

步骤3：确定直流功率调制量P′_mod；

步骤4：抑制跨大区电网交流联络线低频振荡。

所述步骤1中，基于安全稳定控制装置建立的交直流协调控制平台，所述交直流协调控制平台包括交流子站、协控主站和多个直流子站，所述交流子站与协控主站之间、协控主站与直流子站之间均通过光纤通道连接；所述直流子站设有与极控系统连接的接口，且通过接口与极控系统连接。

所述交流子站设置在交流联络线所属变电站，其测量交流联络线的电流和电压，并计算交流联络线功率，并上送至协控主站；

所述直流子站设置在被控直流换流站，其收集极控系统直流状态信息并上送至协控主站，同时接收协控主站的直流功率调制命令并下发给极控系统；

所述协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率及直流子站上传的极控系统直流状态信息，并判断是否需要进行直流功率调制及确定直流功率调制量。

所述交直流协调控制平台的延时在30～40ms之间，主要包括站间通信时间以及调制信号出口时间。

所述步骤2中，根据防误动原则进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

防误动原则为：在所监控断面的最后一回线路退运时，需可靠闭锁直流功率调制功能，进行防误动操作；在所监控断面的首回线路投运时，根据交直流协调控制平台实际运行条件，对直流调制功能是否投入进行人工设定。

防误动操作在交流子站及协控主站上实现；

所述交流子站通过采集交流联络线功率信号及其两侧断路器信号，通过交流联络线功率及断路器变位判定是否发生交流联络线线路投退；

所述交流子站将交流联络线线路投退信息送至协控主站，协控主站根据防误动原则，确定是否投入直流功率调制功能。

所述步骤3中，协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率P_ac，并采用校正逻辑控制的直流功率调制算法确定直流功率调制量P′_mod。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

步骤3-2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

步骤3-3：确定经过校正逻辑控制的直流功率调制量P′_mod，有P′_mod＝P_mod·K_mod。

所述步骤3-1中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，依次通过低通滤波环节、WASHOUT环节、增益/滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，最后经过限幅环节得到直流功率调制量P_mod，其表示为：

$P_{\mathrm{mod}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{T_{W}s}{1+T_{W}s}\·\frac{K_p}{1+T_{0}s}\·\frac{1+s{T}_1}{1+s{T}_2}\·\frac{1+s{T}_3}{1+s{T}_4}$

其中，T_mes为低通滤波环节时间常数，T_W为WASHOUT环节时间常数，K_p为调节器增益，T₀为增益/滤波环节时间常数，T₁和T₂为第一超前滞后环节时间常数，T和T₄为第二超前滞后环节时间常数；

且P_mod满足：

P_min≤P_mod≤P_max

其中，P_max和P_min为直流功率调制量上下限。

所述步骤3-2中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，通过低通滤波环节、功率阈值环节、功率死区环节和触发保持环节，得到调制允许指令K_mod；

所述步骤3-2包括以下步骤：

步骤3-2-1：通过功率阈值环节判断是否满足交流联络线功率阈值条件；

比较P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的值与交流联络线功率阈值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率阈值条件满足；

步骤3-2-2：通过功率死区环节判断是否满足交流联络线功率死区条件；

具体包括以下步骤：

(1)计算P_ac在T_n内的平均值表示为：

$\stackrel{\‾}{P_{\mathrm{ac}}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{{\∫}_{t-T_n}^t(P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s})\mathrm{dt}}{T_n}$

其中，T_n为计算的时间窗长度，取值范围为30s～40s；

(2)求交流联络线功率波动量，即P_ac与的差值ΔP_ac，有

(3)比较ΔP_ac与交流联络线功率死区定值d的大小，若满足|ΔP_ac|＞d2，则表明交流联络线功率死区条件满足；

步骤3-2-3：通过触发保持环节计算调制允许指令K_mod；

若交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件同时持续满足的时间大于触发时间定值T_d1，则调制允许指令K_mod为1；如果调制允许指令为1后，交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件有任一不满足的时间大于保持时间定值T_d2，则调制允许指令K_mod为0；其中触发时间定值T_d1取值范围为0.3s～0.5s。

所述步骤4中，直流子站接收协控主站下发的直流功率调制命令，通过与极控系统连接的接口将直流功率调制量指令下发至直流极控系统，最终通过直流极控系统的调节实现跨大区电网交流联络线低频振荡的抑制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用安全稳定控制装置构建的交直流协调控制平台，具有整体延时较短，以及性能可靠、运行稳定的优点。

(2)对于所监控联络线的投退操作所做的防误动措施，可以有效防止功能误动，并可以选择性的应用该功能在投运工况下的对系统振荡的阻尼能力。

附图说明

图1是现有技术中交流线路投运和停运时线路有功功率波形示意图；

图2是现有技术中交流线路投运和停运时无防误动措施时直流调制功能的输出示意图；

图3是本发明实施例中基于安全稳定控制装置建立的交直流协调控制平台结构示意图；

图4是本发明实施例中跨区电网示意图；

图5是本发明实施例中确定直流功率调制量P′_mod流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立交直流协调控制平台；

步骤2：进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

步骤3：确定直流功率调制量P′_mod；

步骤4：抑制跨大区电网交流联络线低频振荡。

所述步骤1中，基于安全稳定控制装置建立的交直流协调控制平台(如图3)，所述交直流协调控制平台包括交流子站、协控主站和多个直流子站，所述交流子站与协控主站之间、协控主站与直流子站之间均通过光纤通道连接；所述直流子站设有与极控系统连接的接口，且通过接口与极控系统连接。

所述交流子站设置在交流联络线所属变电站，其测量交流联络线的电流和电压，并计算交流联络线功率，并上送至协控主站；

所述直流子站设置在被控直流换流站，其收集极控系统直流状态信息并上送至协控主站，同时接收协控主站的直流功率调制命令并下发给极控系统；

所述协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率及直流子站上传的极控系统直流状态信息，并判断是否需要进行直流功率调制及确定直流功率调制量。

所述交直流协调控制平台的延时在30～40ms之间，主要包括站间通信时间以及调制信号出口时间(其中策略计算时间由装置的步长决定，约为0.8ms，可以忽略不计)。该方式的整体延时低于采用PMU方式实现协控系统，PMU方式的整体延时约为60～70ms。

所述步骤2中，根据防误动原则进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

对于联络线投运和退运引起直流调制功能误动的情况可以分别进行讨论：

图4中区域电网1和区域电网2分别表示1个大的区域区电网，区域电网1和区域电网2之间通过两回交流输电线路和1回直流输电系统相连，假定交流联络线输送功率方向和直流输送功率方向相同。

1)当交流联络线投运时，联络线功率由0变正，无防误动措施下直流功率调制算法要抑制联络线功率上升，则会相应动作去提升直流输送功率。但联络线投运属于系统正常操作，常规情况下无需直流调制功能动作。但在联络线投运时，直流功率调制功能的动作可以抑制联络线功率的快速上升，在某些情况下对系统是有利的。

2)当交流联络线退运时，联络线功率由正变0，无防误动措施下直流功率调制算法要抑制联络线功率下降，则会相应动作去降低直流输送功率。但实际由于交流联络线退出运行，区域电网1的功率未能正常送出，此时实际需要直流输电系统多输送功率以保持区域电网1内部的功率平衡，而直流功率调制功能反而降低直流输送功率，这是错误的。

防误动原则为：在所监控断面的最后一回线路退运时，需可靠闭锁直流功率调制功能，进行防误动操作；在所监控断面的首回线路投运时，根据交直流协调控制平台实际运行条件，对直流调制功能是否投入进行人工设定。

防误动操作在交流子站及协控主站上实现；

所述交流子站通过采集交流联络线功率信号及其两侧断路器信号，通过交流联络线功率及断路器变位判定是否发生交流联络线线路投退；

所述交流子站将交流联络线线路投退信息送至协控主站，协控主站根据防误动原则，确定是否投入直流功率调制功能。

所述步骤3中，协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率P_ac，并采用校正逻辑控制的直流功率调制算法确定直流功率调制量P′_mod(如图5)。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

所述步骤3-1中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，依次通过低通滤波环节、WASHOUT环节、增益/滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，最后经过限幅环节得到直流功率调制量P_mod，其表示为：

$P_{\mathrm{mod}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{T_{W}s}{1+T_{W}s}\·\frac{K_p}{1+T_{0}s}\·\frac{1+s{T}_1}{1+s{T}_2}\·\frac{1+s{T}_3}{1+s{T}_4}$

其中，T_mes为低通滤波环节时间常数，T_W为WASHOUT环节时间常数，K_p为调节器增益，T₀为增益/滤波环节时间常数，T₁和T₂为第一超前滞后环节时间常数，T和T₄为第二超前滞后环节时间常数；

且P_mod满足：

P_min≤P_mod≤P_max

其中，P_max和P_min为直流功率调制量上下限。

所述步骤3-2中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，通过低通滤波环节、功率阈值环节、功率死区环节和触发保持环节，得到调制允许指令K_mod；

步骤3-2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

所述步骤3-2包括以下步骤：

步骤3-2-1：通过功率阈值环节判断是否满足交流联络线功率阈值条件；

比较P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的值与交流联络线功率阈值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率阈值条件满足；

步骤3-2-2：通过功率死区环节判断是否满足交流联络线功率死区条件；

具体包括以下步骤：

(1)计算P_ac在T_n内的平均值表示为：

$\stackrel{\‾}{P_{\mathrm{ac}}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{{\∫}_{t-T_n}^t(P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s})\mathrm{dt}}{T_n}$

其中，T_n为计算的时间窗长度，取值范围为30s～40s；

(2)求交流联络线功率波动量，即P_ac与的差值ΔP_ac，有

(3)比较ΔP_ac与交流联络线功率死区定值d的大小，若满足|ΔP_ac|＞d2，则表明交流联络线功率死区条件满足；

步骤3-2-3：通过触发保持环节计算调制允许指令K_mod；

若交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件同时持续满足的时间大于触发时间定值T_d1，则调制允许指令K_mod为1；如果调制允许指令为1后，交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件有任一不满足的时间大于保持时间定值T_d2，则调制允许指令K_mod为0；触发时间常数T_d1对于正确判断系统振荡，防止功能误动影响很大。通过实际调研和仿真试验所确定的参数，T_d1取值范围为0.3s～0.5s，可以有效躲过大多数交流系统短路故障引起的暂态功率波动，以及躲过非直流功率调制功能所需应对的系统较高频率功率振荡。

步骤3-3：确定经过校正逻辑控制的直流功率调制量P′_mod，有P′_mod＝P_mod·K_mod。

所述步骤4中，直流子站接收协控主站下发的直流功率调制命令，通过与极控系统连接的接口将直流功率调制量指令下发至极控系统，最终通过极控系统的调节实现跨大区电网交流联络线低频振荡的抑制。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立交直流协调控制平台；

步骤2：进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

步骤3：确定直流功率调制量P′_wod；

步骤4：抑制跨大区电网交流联络线低频振荡；

所述步骤1中，基于安全稳定控制装置建立的交直流协调控制平台，所述交直流协调控制平台包括交流子站、协控主站和多个直流子站，所述交流子站与协控主站之间、协控主站与直流子站之间均通过光纤通道连接；所述直流子站设有与极控系统连接的接口，且通过接口与极控系统连接；

所述交流子站设置在交流联络线所属变电站，其测量交流联络线的电流和电压，并计算交流联络线功率，并上送至协控主站；

所述直流子站设置在被控直流换流站，其收集极控系统直流状态信息并上送至协控主站，同时接收协控主站的直流功率调制命令并下发给极控系统；

所述协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率及直流子站上传的极控系统直流状态信息，并判断是否需要进行直流功率调制及确定直流功率调制量。

2.根据权利要求1所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述交直流协调控制平台的延时在30～40ms之间，主要包括站间通信时间以及调制信号出口时间。

3.根据权利要求1所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤2中，根据防误动原则进行防误动判断，确定是否进行直流功率调制；

防误动原则为：在所监控断面的最后一回线路退运时，需可靠闭锁直流功率调制功能，进行防误动操作；在所监控断面的首回线路投运时，根据交直流协调控制平台实际运行条件，对直流调制功能是否投入进行人工设定。

4.根据权利要求3所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：防误动操作在交流子站及协控主站上实现；

所述交流子站通过采集交流联络线功率信号及其两侧断路器信号，通过交流联络线功率及断路器变位判定是否发生交流联络线线路投退；

所述交流子站将交流联络线线路投退信息送至协控主站，协控主站根据防误动原则，确定是否投入直流功率调制功能。

5.根据权利要求1所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，协控主站收集交流子站上传的交流联络线功率P_ac，并采用校正逻辑控制的直流功率调制算法确定直流功率调制量P′_mod。

6.根据权利要求1或5所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3‐1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

步骤3‐2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

步骤3‐3：确定经过校正逻辑控制的直流功率调制量P′_mod，有P′_mod＝P_mod·K_mod。

7.根据权利要求6所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤3‐1中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，依次通过低通滤波环节、WASHOUT环节、增益/滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，最后经过限幅环节得到直流功率调制量P_mod，其表示为：

$P_{\mathrm{mod}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{T_{W}s}{1+T_{W}s}\·\frac{K_p}{1+T_{0}s}\·\frac{1+s{T}_1}{1+s{T}_2}\·\frac{1+s{T}_3}{1+s{T}_4}$

其中，T_mes为低通滤波环节时间常数，T_W为WASHOUT环节时间常数，K_p为调节器增益，T₀为增益/滤波环节时间常数，T₁和T₂为第一超前滞后环节时间常数，T和T₄为第二超前滞后环节时间常数；

且P_mod满足：

P_min≤P_mod≤P_max

其中，P_max和P_min为直流功率调制量上下限。

8.根据权利要求7所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤3‐2中，采用交流联络线功率P_ac作为输入，通过低通滤波环节、功率阈值环节、功率死区环节和触发保持环节，得到调制允许指令K_mod；

所述步骤3‐2包括以下步骤：

步骤3‐2‐1：通过功率阈值环节判断是否满足交流联络线功率阈值条件；

比较P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的值与交流联络线功率阈值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率阈值条件满足；

步骤3‐2‐2：通过功率死区环节判断是否满足交流联络线功率死区条件；

具体包括以下步骤：

(1)计算P_ac在T_n内的平均值表示为：

$\stackrel{\‾}{P_{\mathrm{ac}}}=P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s}\·\frac{{\∫}_{t-T_n}^t(P_{\mathrm{ac}}\·\frac{1}{1+T_{\mathrm{mes}}s})\mathrm{dt}}{T_n}$

其中，T_n为计算的时间窗长度，取值范围为30s～40s；

(2)求交流联络线功率波动量，即P_ac与的差值ΔP_ac，有

(3)比较ΔP_ac与交流联络线功率死区定值d的大小，若满足|ΔP_ac|＞d/2，则表明交流联络线功率死区条件满足；

步骤3‐2‐3：通过触发保持环节计算调制允许指令K_mod；

若交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件同时持续满足的时间大于触发时间定值T_d1，则调制允许指令K_mod为1；如果调制允许指令为1后，交流联络线功率阈值条件和交流联络线功率死区条件有任一不满足的时间大于保持时间定值T_d2，则调制允许指令K_mod为0；其中触发时间定值T_d1取值范围为0.3s～0.5s。

9.根据权利要求1所述的跨大区电网联络线低频振荡的直流功率调制抑制方法，其特征在于：所述步骤4中，直流子站接收协控主站下发的直流功率调制命令，通过与极控系统连接的接口将直流功率调制量指令下发至极控系统，最终通过极控系统的调节实现跨大区电网交流联络线低频振荡的抑制。