CN105006847A - 交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统，所述方法包括：计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg；对所述直流功率调制量P_mod和功率紧急提升或回降量P_emg进行分配；通过多回直流功率控制对交流联络线功率变化进行综合控制。本发明提供的技术方案通过对多回直流输电系统的功率调制及功率紧急提升或回降实现对跨区交流联络线功率波动及功率越限的抑制。

Description

交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统

技术领域：

本发明涉及大电网安全领域，更具体涉及一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统。

背景技术：

随着特高压交流同步电网以及超/特高压直流输电工程的建设，国家电网逐渐形成了一个以交直流并列运行、送端电源/换流站集中以及受端直流多馈入为特征的复杂交直流大电网。交直流混合运行电网的形成，对电力系统安全稳定控制带来了新的挑战，同时也提供了采用交直流协调控制方法提高电网安全稳定性的可能。

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。例如三华电网规划初期，华东电网通过两回特高压交流线路与华北电网相连，以及通过多回超/特高压直流线路从华北、华中受电。在一些运行方式下，落点华东电网的直流闭锁或华东电网内部发生的发电机组掉机故障，均可能引起上述交流联络线上功率的大幅波动，引起华北-华东两区电网间功率持续振荡；甚或由于闭锁或掉机功率过大，损失功率向特高压交流通道转移，使得交流联络线输送功率超过静稳或暂稳极限，引起华北-华东联络线解列。

相比传统的切机、切负荷等安全稳定控制措施，针对这种大区交流联络线上的功率控制，适当的方案是直接监测联络线功率，并通过对并列运行的直流输电系统功率调制来进行抑制。因此需要建立适用于这种稳定控制的跨区交直流协调控制系统，选用合适的功率调制方法及分配方法，实现对跨区交流联络线功率变化的综合控制。

通常采用的直流功率调制技术，其通过对直流输送功率的连续改变来阻尼系统振荡，当系统振荡得到抑制后，直流输电系统将逐渐恢复至故障前输送功率。但如果是由于某种导致区域电网出现功率缺额的不确定故障引起的系统振荡(如掉机、直流闭锁等)，在系统振荡逐渐平息时，交流电网可能仍处于一个不安全的状态，跨区联络线输送功率接近或超过暂稳/静稳极限，而此时直流调制功能不再动作，这可能导致系统失去稳定。

对于由不确定故障引起的区域电网功率缺额，通常电网是通过低周减载、AGC(自动发电控制)或直流输电系统自带的频率调制等控制手段进行调节，但这些手段通常动作周期较长、响应较慢，难以满足跨区电网对于稳定控制的要求。基于此，本发明提出基于一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统，用以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统，实现对跨区交流联络线功率波动及功率越限(静稳及暂稳极限)的抑制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，包括：

计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg；

对所述直流功率调制量P_mod和功率紧急提升或回降量P_emg进行分配；

通过多回直流功率控制对交流联络线功率变化进行综合控制。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，采用复合交流断面功率越限控制的直流功率调制法计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：所述复合交流断面功率越限控制的直流功率调制法包括：

通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

通过交流联络线功率P_ac判断交流断面功率是否越限，如果越限，则计算直流功率紧急控制量P_emg；如果未越限，则P_emg输出为0；

通过输出所述P_mod和P_emg至极控系统，完成交流断面功率变化控制。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，所述通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod的过程包括：

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、隔直环节、增益及滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，得到直流功率调制量P′_mod；

所述P′_mod经过限幅环节得到限幅后的直流功率调制量P_mod，并存储限幅环节前的最大直流功率调制量P_{mod_max}，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。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，判断所述交流联络线功率P_ac是否越限，包括：

比较所述P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的与交流联络线越限定值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率P_ac越限；

根据时延定值环节判断是否满足功率越限时间条件：

若所述交流联络线功率P_ac越限时间持续大于延时定值T_d1，则输出初步紧急控制量P′_emg，否则输出0。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，计算所述直流功率紧急控制量P_emg包括：

通过限幅环节前的所述最大直流功率调制量P_{mod_max}计算加权系数K_w；

通过加权系数K_w和初步紧急控制量P′_emg计算最终紧急控制量P_emg。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，将所述直流功率连续调制量和直流功率紧急提升或回降调制量分配至两个直流群，其中一个直流群专门负责直流功率连续调制量P_mod，另一个直流群专门负责直流功率紧急提升或回降调制量P_emg；

负责所述直流功率连续调制量的直流群和负责所述直流功率紧急提升或回降调制量的直流群，按照常规调制量分配法进行分配，满足调制总量要求。

本发明提供的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法的协控系统，包括：

交流子站，测量线路电压、电流并计算线路功率，将测量和计算到的参数上送至协控主站；

直流子站，收集直流运行状态信息并上送至协控主站；同时接收协控主站调制指令再下发给被控直流的极控系统；

协控主站，收集各被控直流信息及交流子站上传的交流联络线功率信息，并选用功率调制算法计算直流功率调制量以及紧急控制量。

本发明提供的一种协控系统，所述交流子站设置在交流联络线所属变电站；所述直流子站设置在被控直流换流站；各协控站之间通过光纤通道连接。

本发明提供的一种协控系统，当直流功率调制量指令下发至被控直流的极控系统，通过直流输电系统的快速调节实现对跨大区电网交流联络线功率变化的综合抑制。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供的技术方案在实现抑制跨区电网交流联络线功率波动的同时，亦通过紧急功率越限控制保持交流联络线的静稳和暂稳极限不被破坏；

2、本发明提供的技术方案同时提高大区互联电网在复杂运行方式和复杂运行条件下的暂态及动态稳定特性；

3、本发明中提供的技术方案采用多回直流进行协调控制时，将直流功率连续调制量P_mod和功率紧急提升或回降量P_emg，采用不同的直流群进行承担；

4、本发明提供的技术方案有利于直流极控系统中接口软件的实现，并避免由多种不同调制量引起的直流极控系统调节紊乱。

附图说明

图1为本发明提供的系统结构示意图；

图2为本发明提供的方法示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法和系统，交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法包括如图以下步骤：

步骤1：采用复合交流断面功率越限控制的直流功率调制方法计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg；

步骤2：对直流功率调制量P_mod和功率紧急提升或回降量P_emg进行分配；

步骤3：通过多回直流的功率控制对交流联络线功率波动进行综合控制。

步骤1：采用复合交流断面功率越限控制的直流功率调制方法计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升/回降量P_emg：

本发明要解决大型交直流电网跨大区交流联络线上的功率波动及功率越限问题，根据需求，选用一种复合交流断面功率越限控制的直流功率调制方法来实现该功能。所应用的直流功率调制方法采用交流联络线功率P_ac为输入量，通过调制量传函计算和功率越限判断，计算出最终的功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg。算法结构如图2所示。

如图2，采用的复合交流断面功率越限控制直流功率调制方法包括以下步骤：

步骤1-1：通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod，实现交流断面功率波动控制；

步骤1-2：通过交流联络线功率P_ac判断交流断面功率是否越限，如果越限，则执行步骤1-3；

步骤1-3：计算直流功率紧急控制量P_emg，完成交流断面功率越限控制。

所述步骤1-1具体包括以下步骤：

步骤1-1-1：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(即隔直环节)、增益/滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，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；

增益及滤波环节用于对隔直环节输出进行滤波，第一超前滞后环节和第二超前滞后环节均用于对控制器输出进行时滞和相位补偿，限幅环节对控制器输出进行限幅。

步骤1-1-2：P′_mod经过限幅环节得到限幅后的直流功率调制量P_mod，并存储限幅环节前的最大直流功率调制量P_{mod_max}，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1-2包括以下步骤：

步骤1-2-1：判断交流联络线功率P_ac是否越限，具体有：

比较P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的与交流联络线越限定值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率P_ac越限；

步骤1-2-2：根据时延定值环节判断是否满足功率越限时间条件，具体有：

若交流联络线功率P_ac越限时间持续大于延时定值T_d1，则输出初步紧急控制量P′_emg，否则输出0。

所述步骤1-3包括以下步骤：

步骤1-3-1：通过限幅环节前的最大直流功率调制量P_{mod_max}计算加权系数K_w；

步骤1-3-2：通过加权系数K_w和初步紧急控制量P′_emg计算最终紧急控制量P_emg。

所述步骤1-3-1中，加权系数K_w表示为：

K_w＝K′_w·P_{mod_max}

其中，K′_w为增益系数。

所述步骤2-2中，最终紧急控制量P_emg表示为：

P_emg＝K_w·P′_emg

此时，如P_emg有输出，即P_emg＞0，则复位存储器，使P_{mod_max}＝0。

步骤2：对直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg进行分配：

由少量交流联络线互联的跨区电网，电网的波动和功率缺额通常都集中反映在联络线上，从而抑制其功率波动及进行越限控制所需的调制量亦较大，仅靠单回直流进行调制所能提供的调制量不足，因此需要多回直流共同承担。本发明确定了该协控方式下直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg的分配原则。

由于该方法的控制输出存在直流功率连续调制和功率紧急提升或回降同时存在的状态，而在同一回直流输电系统在进行连续调制时，通常难以同时实现功率的紧急控制，因此将功率连续调制和功率紧急提升或回降两种调制量分配至两个直流群，其中一个直流群专门负责直流功率连续调制(P_mod)，另一个直流群专门负责直流功率紧急提升或回降(P_emg)。这种分群原则有利于直流极控系统中接口软件的实现，并避免多种调制量引起的直流极控系统调节紊乱。

负责直流功率连续调制的直流群以及负责直流功率紧急提升或回降的直流群，则按照已有多种常规调制量分配方法，如平均分配调制量或者按照负载率分配调制量等进行分配，满足调制总量要求。

步骤3：通过多回直流的功率调制实现对交流联络线功率变化的综合控制：

直流子站接收协控主站下发的直流功率调制量，通过与被控直流的极控系统接口，将直流功率调制量指令下发至被控直流，最终通过直流输电系统的快速调节实现对跨大区电网交流联络线头摆功率冲击的抑制。

跨区交直流协调控制系统包括：

用于交流联络线功率变化综合控制的交直流协调控制系统结构如图1所示，包括交流子站、协控主站和多个直流子站。各协控站之间通过光纤通道连接。

交流子站设置在交流联络线所属变电站，该子站测量线路电压、电流并计算线路功率，上送至协控主站。

直流子站在被控直流换流站，该子站收集直流运行状态信息并上送至协控主站；直流子站亦同时接收协控主站调制指令再下发给被控直流的极控系统。

协控主站位于系统中与各子站距离适当的站点，其收集各被控直流信息及交流子站上传的联络线功率信息，并选用适当的功率调制算法计算直流功率调制量以及紧急控制量。

最终的直流功率调制量和/或紧急控制量由各被控直流极控系统实现。

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尽管参照上述实施例应当理解：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，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 (10)

1.一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：包括：

计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg；

对所述直流功率调制量P_mod和功率紧急提升或回降量P_emg进行分配；

通过多回直流功率控制对交流联络线功率变化进行综合控制。

2.如权利要求1所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：采用复合交流断面功率越限控制的直流功率调制法计算直流功率调制量P_mod及功率紧急提升或回降量P_emg。

3.如权利要求2所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：所述复合交流断面功率越限控制的直流功率调制法包括：

通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod；

通过交流联络线功率P_ac判断交流断面功率是否越限，如果越限，则计算直流功率紧急控制量P_emg；如果未越限，则P_emg输出为0；

通过输出所述P_mod和P_emg至极控系统，完成交流断面功率变化控制。

4.如权利要求3所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：所述通过交流联络线功率P_ac计算直流功率调制量P_mod的过程包括：

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、隔直环节、增益及滤波环节、第一超前滞后环节和第二超前滞后环节，得到直流功率调制量P′_mod；

所述P′_mod经过限幅环节得到限幅后的直流功率调制量P_mod，并存储限幅环节前的最大直流功率调制量P_{mod_max}，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。

5.如权利要求3所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：判断所述交流联络线功率P_ac是否越限，包括：

比较所述P_ac通过低通滤波环节和绝对值环节后得到的与交流联络线越限定值P_threshold的大小，若满足则表明交流联络线功率P_ac越限；

根据时延定值环节判断是否满足功率越限时间条件：

若所述交流联络线功率P_ac越限时间持续大于延时定值T_d1，则输出初步紧急控制量P′_emg，否则输出0。

6.如权利要求4所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：计算所述直流功率紧急控制量P_emg包括：

通过限幅环节前的所述最大直流功率调制量P_{mod_max}计算加权系数K_w；

通过加权系数K_w和初步紧急控制量P′_emg计算最终紧急控制量P_emg。

7.如权利要求1所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法，其特征在于：将所述直流功率连续调制量和直流功率紧急提升或回降调制量分配至两个直流群，其中一个直流群专门负责直流功率连续调制量P_mod，另一个直流群专门负责直流功率紧急提升或回降调制量P_emg；

负责所述直流功率连续调制量的直流群和负责所述直流功率紧急提升或回降调制量的直流群，按照常规调制量分配法进行分配，满足调制总量要求。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种交流联络线功率变化综合控制的交直流协控方法的协控系统，其特征在于：包括：

交流子站，测量线路电压、电流并计算线路功率，将测量和计算到的参数上送至协控主站；

直流子站，收集直流运行状态信息并上送至协控主站；同时接收协控主站调制指令再下发给被控直流的极控系统；

协控主站，收集各被控直流信息及交流子站上传的交流联络线功率信息，并选用功率调制算法计算直流功率调制量以及紧急控制量。

9.如权利要求8所述的一种协控系统，其特征在于：所述交流子站设置在交流联络线所属变电站；所述直流子站设置在被控直流换流站；各协控站之间通过光纤通道连接。

10.如权利要求8或9所述的一种协控系统，其特征在于：当直流功率调制量指令下发至被控直流的极控系统，通过直流输电系统的快速调节实现对跨大区电网交流联络线功率变化的综合抑制。