CN104485675B - 基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其通过设置直流紧急控制的启动、退出时刻及紧急功率调制量以实现对联络线功率摇摆峰值的抑制，该方法包括：实时测量联络线功率摇摆数据的步骤；当联络线功率值大于启动阈值时，启动直流紧急控制，并根据联络线功率摇摆斜率确定相应的直流紧急功率调制量大小，进而采用直流紧急控制的步骤；以及当联络线功率达到摇摆峰值时退出直流紧急控制，即将直流紧急功率调制量归零的步骤。本发明还公开了一种特高压联络线功率摇摆峰值的抑制方法。本发明的方法抑制了由于暂态功率扰动冲击造成的特高压联络线功率摇摆峰值过高的问题，有效提高了特高压联络线的输电能力和跨大区互联系统的暂态稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种特高压联络线功率摇摆峰值的抑制方法。
背景技术
电力系统中，输电电压一般分高压、超高压和特高压。在国际上，高压(HV)通常指35～220kV的电压；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的电压；特高压(UHV)通常指1000kV及以上的电压。对于我国目前绝大多数电网来说，低压指的是1kV及以下的电压；中压指的是35kV的电压；高压指的是66kV、110kV和220kV电压；超高压指的是330kV，500kV和750kV的电压；而特高压指的正是目前正在大力发展的1000kV交流电压技术。
特高压的最大优点是可以长距离、大容量、低损耗地输送电力。据测算，1000kV交流特高压输电线路的输电能力超过500万kW，接近500kV超高压交流输电线路的5倍，从而使输电能力进一步提高。例如2009年1月投入运行的长治—南阳—荆门特高压交流试验示范工程，该联络线连接了华中、华北两大区域电网，形成了包含12个省(市)级电网的中国最大交流同步电网。然而，在特高压电网的建设初期，由于华中、华北两大区域电网之间仅通过特高压联络线连接，网架结构薄弱，属于典型的长距离、弱互联两端输电系统结构。自2009年投入运行以来，特高压联络线上一直存在着较为严重的随机功率波动问题。
事实上，在我国的220kV、500kV、750kV联网工程中，都曾出现类似的随机功率波动现象。具体的，如1983年12月投入使用的用于连接西北、西南电网的220kV碧洋线、2008年10月投入使用的用于连接华中、华北电网的500kV辛洹线和2011年投入使用的用于连接西北、新疆的750kV联络线，均出现了类似华中—华北特高压联络线上不规则的随机功率波动现象。不仅如此，在国外，如西班牙电网与欧洲互联电网之间的联络线上，也存在着类似的功率波动情况。所以，互联电网间交流联络线上的随机功率波动不是特高压联络线上特有的现象，在国内、国外电网以及不同电压等级的电网联络线上均有发生。
然而，互联电网间交流联络线上随机功率波动的形成机理较为复杂，主要形成原因可分4类：一是区域间或省网间AGC缺乏协调控制造成；二是间歇性能源接入及系统负荷随机变化；三是互联系统区域间弱阻尼低频振荡；四是互联系统区域内暂态功率扰动冲击。
其中，区域间或省网间AGC缺乏协调控制、间歇性能源接入及系统负荷随机变化、互联系统区域间弱阻尼低频振荡这三类因素都属于中长期范畴，时间范围从10s一直到数小时，对应产生的联络线随机功率波动幅值相对较小。目前，针对这三类因素造成的联络线随机功率波动问题的研究开展较多，联络线随机功率波动的抑制效果也较为显著。
然而，随着电网规模的不断扩大，大容量机组、大规模直流输电工程的投运，系统遭受暂态功率扰动冲击的风险在不断增加，使得由此产生的互联系统间交流联络线上随机功率波动现象愈发明显。而且，由于互联系统区域内暂态功率扰动冲击的影响速度较快，通常只需数秒就会使得联络线上产生极高的功率摇摆峰值，逼近甚至超过互联系统的静态稳定极限，严重威胁互联系统的暂态功角稳定。再者，暂态功率扰动会造成联络线功率的剧烈波动，也可能引起局部电压失稳等问题，因此，这已成为当前调度运行亟待解决的重要问题。
针对由于互联系统区域内暂态功率扰动冲击造成的跨区联络线功率摇摆峰值过高的问题，现有技术中存在相应的联络线暂态功率摇摆峰值控制措施。例如，互联电力系统间联络线功率摇摆峰值可利用传统的电气制动、切机、切负荷等紧急控制手段得到抑制，但其不可避免地会造成较大的经济损失。近年来，利用直流附加控制提高交直流混联系统稳定性的设计和应用得到了广泛的研究。目前，典型的直流附加控制方案可分为：直流大方式功率调制、直流小方式功率调制、双侧频差功率调制和紧急直流功率支援等。
考虑到抑制联络线功率摇摆峰值的控制目标，这就要求直流附加控制既具有较快的响应速度，又能在短时间内产生较大的功率调制量。由于直流大方式功率调制、直流小方式功率调制和双侧频差功率调制都是基于惯性的响应，短时间内很难实现较大功率调制量；而紧急直流功率支援(EDCPS)虽然响应速度快，调制量大，但其是基于策略表生成，缺乏处理不同规模暂态功率扰动冲击问题的适应性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其通过实时测量联络线功率摇摆，并经启动、退出判据及直流紧急功率调制量计算，获得输出控制决策并作用于指定直流系统的紧急功率控制单元，从而实现对联络线功率摇摆峰值的抑制，解决目前的控制方式中无法短时间完成较大功率调制量或者无法适应不同规模暂态扰动功率冲击的问题。
为实现上述目的，按照本发明，提供一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其通过设置直流紧急控制的启动、退出时刻及紧急功率调制量实现对联络线功率摇摆峰值进行抑制，其特征在于，该方法包括：
(1)实时测量联络线功率摇摆数据的步骤；
(2)当联络线功率值大于启动阈值时，启动直流紧急控制，即根据联络线功率摇摆斜率确定相应的直流紧急功率调制量大小，进而执行直流紧急控制的步骤；以及
(3)当联络线功率达到摇摆峰值时退出直流紧急控制，即将直流紧急功率调制量归零的步骤，从而实现对联络线功率摇摆峰值的抑制。
作为本发明的改进，所述根据联络线功率摇摆斜率确定相应的直流紧急功率调制量大小中，通过将直流紧急功率调制量根据联络线功率摇摆斜率大小设置为不同梯级，越大的联络线功率摇摆斜率，其相应的直流紧急功率调制量梯级越大。
作为本发明的改进，设置梯级的级数和每一梯级的步长可预先设定。
作为本发明的改进，进行直流紧急控制即是指将直流系统的输送功率紧急地提升或降低上述直流紧急功率调制量，以抑制交流联络线功率的摇摆峰值。
作为本发明的改进，所述启动阈值优选设置为高于所述联络线额定输送功率一定值的数值，优选高300MW至500MW。
作为本发明的改进，所述直流紧急功率调制量不超过对应的直流系统额定功率的0.5倍，优选直流紧急功率调制量为直流系统额定功率的0.2倍。
作为本发明的改进，所述联络线功率达到摇摆峰值时，斜率为0MW/s。
作为本发明的改进，设置了基于下降沿触发的抗干扰环节和基于上升沿触发的保持环节，以降低直流紧急控制方案误动作的可能，同时可维持直流紧急功率调制量持续有效地输出。
作为本发明的改进，在联络线功率测量部分设置了低通滤波，以用于消除高频噪声干扰。
按照本发明，还公开了一种利用上述联络线功率摇摆峰值的抑制方法对特高压联络线功率的摇摆峰值进行抑制的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明的方案解决了系统受暂态功率扰动冲击后，联络线(特别是特高压联络线)功率摇摆峰值过高的问题。
(2)本发明的方案与直流大方式功率调制、直流小方式功率调制和双侧频差功率调制这些基于惯性响应的连续控制相比，直流紧急控制方案只有在出现较大规模暂态功率扰动冲击，联络线功率摇摆PUHV超过启动阈值PUHV-REF时，才输出直流紧急功率调制量PMOD。直流紧急控制亦区别于紧急直流功率支援(EDCPS)基于策略表的控制方式，具有更高的实际应用价值。这是一种基于响应的控制方案，保证了在系统运行正常以及联络线功率摇摆幅值较低时直流紧急控制不投入使用。即直流紧急控制是专门定位为削弱联络线功率摇摆峰值，提升互联系统暂态功角稳定性的一种紧急控制方案，可与其他已有的暂态稳定控制方案并列投入或作为后备保护的有效补充。
(3)本发明的直流紧急控制方案能充分利用直流系统1.1～1.5倍的短时过负荷能力(例如某直流的额定功率为3000MW，则该直流系统在指令要求下可长时间保持1.1倍功率即3300MW正常运行，或短时间内如3s保持1.5倍功率即4500MW正常运行)，有效降低联络线功率摇摆峰值。
(4)本发明的方案中，直流紧急控制分级调制方案能根据联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt的大小，合适地输出直流紧急功率调制量PMOD(为安全起见，最大的直流紧急功率调制量一般不能超过直流系统额定功率的0.5倍即1500MW，通常取为0.2倍即600MW)。其中，分级数n和分级步长ΔPMOD可由外部指令输入，具有较高的自由度，从而增加了控制的鲁棒性与适应性，能充分保证互联系统在遭受不同规模暂态功率扰动冲击时仍具备较高的暂态功角稳定性，同时也有效提高了特高压联络线的输电能力。
(4)本发明中，设置在特高压联络线功率达到摇摆峰值时退出直流紧急控制，可避免直流紧急控制对随后的互联系统反向摇摆过程产生不利影响，减弱功率振荡，有利于联络线功率快速稳定。
(5)本发明在联络线功率测量部分设置了低通滤波，有效消除了高频噪声干扰。直流紧急控制方案模型结构简单，响应速度快，所需元件少，成本低，无需新建工程，同时也能避免传统紧急切机、切负荷方案带来的经济损失。
(6)本发明的方案设置了抗干扰环节和保持环节，降低了直流紧急控制方案误动作的可能，也能维持直流紧急功率调制量PMOD持续有效地输出。
(7)本发明中，控制中心接口设备的数目不受限制，可以直接并接多个直流系统形成协调，使用也简单、方便。
本发明的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方案，其无需建设新的工程，只用在现有直流系统的基础上，增加直流紧急控制功能即可。相比传统的电气制动、切机、切负荷等紧急控制手段，提高了经济性，且所提出的直流紧急控制方案能有效抑制特高压联络线功率摇摆峰值，对后续功率波动也能产生积极的抑制效果，极大地提升了特高压联络线的输电能力以及互联系统的暂态稳定性。
附图说明
图1是暂态功率扰动冲击下的特高压联络线功率摇摆曲线示例图；
图2是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法的示意图；
图3是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法的具体实施流程图；
图4是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法的直流紧急控制方案示意图；
图5是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法中的抗干扰环节示意图；
图6是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法中的保持环节示意图；
图7是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法在基于联络线功率摇摆斜率反馈的直流紧急控制分级调制模型图；
图8是按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法中的直流紧急控制分级调制示意图；
图9是应用按照本发明实施例所构建的基于直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法进行特高压联络线功率摇摆峰值抑制和无控制情况的仿真比较图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
当互联系统受到区域内暂态功率扰动冲击影响时，通常只需数秒就会使得联络线上产生极高的功率摇摆峰值，如图1。本发明的目的就是为了克服直流大方式功率调制、直流小方式功率调制、双侧频差功率调制和紧急直流功率支援等现有技术的不足之处，而设计的一种用于抑制联络线功率摇摆峰值的直流紧急控制方案，如图2所示。
本实施例中优选以特高压联络线功率摇摆峰值的抑制对本发明的方案进行具体阐述，具体地，按照本发明实施例所构建的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法，包括如下步骤：
步骤1：实时测量特高压联络线功率摇摆数据，并将其快速输送至控制中心。
该步骤中，实时监测特高压联络线功率摇摆PUHV，并将该数据利用专用的光纤通道快速输送至控制中心进行分析处理。
步骤2：控制中心确定直流紧急控制是否启动。
当特高压联络线功率摇摆PUHV大于启动阈值PUHV-REF时，启动直流紧急控制，如图3，否则，PUHV＜PUHV-REF，直流无调制(PMOD＝0)。其中，启动阈值PUHV-REF可由外部指令给定，根据运行经验，可设置为超过特高压联络线额定输送功率PUHV0约300MW至500MW，从而既防止直流紧急控制受到联络线上低幅值的随机功率波动影响而频繁启动，又能避免直流紧急控制投入过迟，降低了特高压联络线功率摇摆峰值的抑制效果。
如图3所示，当特高压联络线功率摇摆PUHV大于启动阈值PUHV-REF时，直流紧急控制投入运行。
本发明中，进行直流紧急控制的直流系统通常是电网中的直流输电系统，例如华中、华北互联系统与外部电网联系的任一条或多条直流系统。通过该直流系统在暂态功率扰动冲击发生过程中紧急地提升或降低直流功率，从而削弱功率扰动冲击的影响，实现抑制联络线功率摇摆峰值。
步骤3：控制中心确定直流紧急功率调制量大小，并维持持续的输出。
控制中心根据联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt的情况，确定直流紧急功率调制量PMOD大小。采用分级控制，分级数n和分级步长ΔPMOD可由外部指令给定。若暂态功率扰动冲击越大，则联络线功率摇摆峰值越高，联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt就越大，相应的就取较大的直流紧急功率调制量PMOD，反之亦然。因此，所提的直流紧急控制方案能针对不同程度的暂态功率扰动冲击，而采用不同的功率调制量，具有很强的适应性。
此时，根据联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt的大小，确定直流紧急功率调制量PMOD。将直流系统的输送功率由PHVDC0紧急调整至PHVDC0+PMOD，如图4所示，从而降低暂态功率扰动冲击的影响。其中，为提高控制可靠性，基于下降沿触发的抗干扰环节和基于上升沿触发的保持环节分别如图5和图6所示。
步骤4：控制中心确定直流紧急控制是否退出。
该步骤中，当特高压联络线功率PUHV达到摇摆峰值时，有斜率dPUHV/dt＝0MW/s。这里取退出阈值为0MW/s，当联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt大于0MW/s时，表明此时的联络线功率正摇摆上升，则应输出直流紧急功率调制量PMOD；当联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt开始小于0MW/s时，表明特高压联络线功率已越过峰值，正摇摆下降。考虑为了不对互联系统的反向摇摆过程产生不利影响，应在联络线功率达到摇摆峰值时退出直流紧急控制，PMOD归零。
基于联络线功率摇摆斜率反馈的直流紧急控制分级调制方案，包括输入信号分别为特高压联络线功率摇摆PUHV和功率摇摆斜率dPUHV/dt，并通过外部指令设定分级数n和分级步长ΔPMOD；输出信号为直流紧急功率调制量PMOD。
本实施例中，特高压联络线功率摇摆PUHV优选通过专用光纤通道实时反馈输入，经过低通滤波环节，与启动阈值PUHV-REF比较，若大于该启动阈值时(即PUHV＞PUHV-REF)，则置Tri_P为“1”，表明直流紧急控制基于联络线功率触发启动，否则Tri_P置“0”，表明不启动。
联络线功率PUHV经惯性、微分和低通滤波环节之后，与退出阈值0MW/s比较，若小于该退出阈值(即dPUHV/dt＜0MW/s)，则置Tri_S为“0”，表明直流紧急控制基于联络线功率摇摆斜率触发退出，否则Tri_S置“1”，表明不退出。
本实施例中，TM1表示直流紧急控制的启动、退出信号，TM2表示直流紧急功率调制PMOD信号，输出为直流紧急功率调制指令PMOD，用以抑制联络线功率摇摆峰值，如图7所示。
通过设定直流紧急控制的分级步长ΔPMOD，可外部调整直流紧急控制分级调制方案，从而适应互联系统各种运行工况的变化。当联络线功率摇摆斜率dPUHV/dt大于某一等级时，通过保持环节，维持直流紧急控制方案在联络线功率摇摆上升阶段输出有效的PMOD，如图8所示。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
如图7所示，本实施例优选的联络线初始稳态PUHV0＝5000MW，启动阈值退出阈值为0MW/s，直流系统初始稳态PHVDC0＝3000MW。设置分级数n＝4，Level_1＝100MW/s为第一级；Level_2＝200MW/s为第二级；Level_3＝300MW/s为第三级；Level_4＝400MW/s为第四级。分级步长ΔPMOD＝80MW，如图8所示。直流紧急功率调制的最大功率输出为320MW，约为设定的直流系统(例如龙政直流，3000MW)额定输送功率的10％，具备长时间调制的能力。当特高压联络线功率摇摆斜率大于某一等级时，通过保持环节维持其在联络线功率摇摆上升阶段有效，控制时长tH取功率波动的半个周期约2.8s。此外，其他参数设置如下表所示：
表：直流紧急控制器的结构参数
本实施例的方法可以设置运行工况为特高压南送5000MW，在2s时受端华中电网鄂三峡地区发生机组跳闸故障，产生功率缺额1140MW。
如图9所示，应用直流紧急控制抑制特高压联络线功率摇摆峰值和无控制情况的仿真比较图，表明相比无控制情况，直流紧急控制方案投入后，联络线功率摇摆峰值得到明显削弱，且后续功率波动也得到有效抑制，所以该方法是有效可行的。
当然，本发明的上述抑制方法不仅仅适用于特高压的联络线，也是可以适用于普通联络线(非特高压)的，例如超高压，高压联络线等等，本实施例中仅是优选以特高压联络线对本发明的方案进行示例说明，但本发明的方案并不限于此。
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，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明作了详细地说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其利用直流输电系统进行直流紧急控制并通过设置直流紧急控制的启动、退出时刻及紧急功率调制量以实现对联络线功率摇摆峰值的抑制，其特征在于，该方法包括：
实时测量联络线功率摇摆数据的步骤；
在联络线功率值大于启动阈值时，启动直流紧急控制并根据联络线功率摇摆斜率确定相应的直流紧急功率调制量大小进而进行直流紧急控制的步骤；以及
在当联络线功率达到摇摆峰值时退出直流紧急控制即将直流紧急功率调制量归零的步骤，从而实现对联络线功率摇摆峰值的抑制；
其中，所述根据联络线功率摇摆斜率确定相应的直流紧急功率调制量大小中，通过将直流紧急功率调制量根据联络线功率摇摆斜率大小设置为不同梯级，越大的联络线功率摇摆斜率，相应的直流紧急功率调制量梯级越大；其中，设置梯级的级数和每一梯级的步长可预先设定。
2.根据权利要求1所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，进行直流紧急控制即指将直流系统的输送功率紧急地提升或降低上述的直流紧急功率调制量，用以抑制交流联络线功率摇摆峰值。
3.根据权利要求2所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，所述启动阈值设置为高于所述联络线额定输送功率一定值的量。
4.根据权利要求3所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，所述启动阈值设置为比所述联络线额定输送功率高300MW至500MW。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，所述直流紧急功率调制量不超过对应的直流系统额定功率的0.5倍。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，所述联络线功率达到摇摆峰值时，斜率为0MW/s。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，还包括设置基于下降沿触发的抗干扰环节和基于上升沿触发的保持环节，以降低直流紧急控制方案误动作的可能，同时可维持直流紧急功率调制量持续有效地输出。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种联络线功率摇摆峰值的抑制方法，其中，在联络线功率测量部分设置了低通滤波，以用于消除高频噪声干扰。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的联络线功率摇摆峰值的抑制方法对特高压联络线功率摇摆峰值进行抑制的应用。
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