CN104253442B - 一种跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，包括以下步骤：建立交直流协调控制平台；确定直流功率调制量P′_mod；对直流功率调制量P′_mod进行分配；抑制交流联络线头摆功率冲击。本发明基于电网安全稳定控制装置构建交直流协调控制平台，将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应用于交直流协调控制平台中，并通过对多回直流输电系统输送功率的调制实现对跨大区联络线头摆功率冲击的抑制。

Description

一种跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法

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交流联络线头摆功率冲击的抑制方法。

背景技术

对于大区电网之间通过单一交流通道进行联网的网架结构，任一侧电网发生故障，都可能引起该交流通道输送功率的大幅波动，进而影响系统的稳定运行。如现在已投运的国家电网华北-华中特高压交流线路就属于跨区电网间弱电气联系的重要联络线。在华北-华中特高压联网初期，交流网内发生的短路故障(如四川尖山近区的三永故障)、掉机故障、直流闭锁故障等均可能会对该回特高压交流联络线造成较大冲击，引起特高压联络线暂态功率波动(头摆冲击)接近稳定极限，系统运行风险增大。

电网的常规安全稳定控制会对一些特定的故障设置相对应的安稳措施，如对直流闭锁故障采取切机或切负荷措施；但对于一个跨大区互联电网，电网规模庞大，运行控制复杂，无法对所有可能引起联络线功率振荡的故障逐一设置特定的安稳措施，既不现实也不经济。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。

这种方案存在的技术问题包括：1)系统严重故障引起的跨大区联络线功率波动幅度通常较大，从而所需的调制量亦较大。2)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。

通常采用的直流功率调制，仅用于对单回直流的控制，由此提供的可调量不足。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，该技术的整个控制系统延时较长。

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交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，基于电网安全稳定控制装置构建交直流协调控制平台，将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应用于交直流协调控制平台中，并通过对多回直流输电系统输送功率的调制实现对跨大区联络线头摆功率冲击的抑制。

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交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，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：确定直流功率调制量P′_mod；

步骤3：对直流功率调制量P′_mod进行分配；

步骤4：抑制交流联络线头摆功率冲击。

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，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2具体包括以下步骤：

步骤2-1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

步骤2-2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

步骤2-3：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2-1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2-2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2-2包括以下步骤：

步骤2-2-1：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2-2-2：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，若满足则表明交流联络线功率死区条件满足；

步骤2-2-3：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3中，先对交直流协调控制平台中所有被控直流子站设置调制优先级，并给出档位定值，即直流子站每轮分配的直流功率调制量；然后在交直流协调控制平台进行直流功率调制，每个时步中将总直流功率调制量结合优先级、档位定值和极控系统上送的可用直流功率调制量对所有被控直流子站逐一循环分配，计算出被控直流子站需承担的直流功率调制量，并通过光纤通道下发给直流子站。

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对跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)可以对功能的投退进行较好的控制，通过设置一个阈值来控制功能投入的功率水平，在交流联络线运行功率或波动过程中，当交流联络线功率始终未超过功率阈值时，则认为该交流联络线的功率波动不会引起交直流协调控制平台失稳，可不投入功能；

(2)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；

(3)对连续调制过程提出调制量采用多回直流进行分配的策略，可以较好的满足交直流协调控制平台对抑制头摆冲击较大调制量的需求。

附图说明

图1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2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交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，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：确定直流功率调制量P′_mod；

步骤3：对直流功率调制量P′_mod进行分配；

步骤4：抑制交流联络线头摆功率冲击。

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1)，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。

本发明所要解决的问题为当大区电网之间通过弱电气联系进行联网时，如何抑制出现在交流联络线上的暂态功率波动。根据需求，选用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来实现该功能。所应用的直流功率调制技术采用交流联络线功率P_ac为输入量，通过交流联络线功率绝对值大小、相对故障前稳态的波动幅值大小以及持续时间等条件来确定是否需要投入功能，并计算出最终的功率调制量P′_mod。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

步骤2-2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

步骤2-3：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2-1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2-2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2-2包括以下步骤(如图2)：

步骤2-2-1：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2-2-2：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，在可预见的大多数情况下，该取值范围既不会因为平均值变化太快导致功能拒动，亦不会因为平均值变化太慢导致功能误动；

(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2-2-3：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。

由于系统严重故障引起的跨大区联络线功率波动幅度通常较大，从而所需的暂态调制量亦较大，仅靠单回直流进行调制所能提供的调制量不足。对该方式下需要的连续调制过程提出了采用多回直流共同承担的策略。

所述步骤3中，先对交直流协调控制平台中所有被控直流子站设置调制优先级，并给出档位定值，即直流子站每轮分配的直流功率调制量；然后在交直流协调控制平台进行直流功率调制，每个时步中将总直流功率调制量结合优先级、档位定值和极控系统上送的可用直流功率调制量对所有被控直流子站逐一循环分配，计算出被控直流子站需承担的直流功率调制量，并通过光纤通道下发给直流子站。

假定交直流协调控制平台中共有3回被控直流，优先级分别为1，2，3；所设定档位定值为100MW。假设当每回被控直流具备充足的可用调制量时，第m时步，如所需的总调制量为750MW，则3回直流分别承担的调制量为300MW，250MW，200MW；第n时步，如所需的总调制量为550MW，则3回直流分别承担的调制量为200MW，200MW，150MW。对第n时步，假定优先级为2的直流不具备可用调制量，其它两回直流具备充足可用调制量，则3回直流分别承担的调制量为300MW，0MW，250MW。

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对跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制。

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 (6)

1.一种跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，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：确定直流功率调制量P′_mod；

步骤3：对直流功率调制量P′_mod进行分配；

步骤4：抑制交流联络线头摆功率冲击；

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；

所述步骤2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中，先对交直流协调控制平台中所有被控直流子站设置调制优先级，并给出档位定值，即直流子站每轮分配的直流功率调制量；然后在交直流协调控制平台进行直流功率调制，每个时步中将总直流功率调制量结合优先级、档位定值和极控系统上送的可用直流功率调制量对所有被控直流子站逐一循环分配，计算出被控直流子站需承担的直流功率调制量，并通过光纤通道下发给直流子站；

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对跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制。

2.根据权利要求1所述的跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，其特征在于：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。

3.根据权利要求1所述的跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，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。

4.根据权利要求1所述的跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2‐1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

步骤2‐2：通过交流联络线功率P_ac确定调制允许指令K_mod；

步骤2‐3：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。

5.根据权利要求4所述的跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，其特征在于：所述步骤2‐1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，T₃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。

6.根据权利要求4所述的跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制方法，其特征在于：所述步骤2‐2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2‐2包括以下步骤：

步骤2‐2‐1：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2‐2‐2：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2‐2‐3：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。