CN105162118B - 一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法，包括：(1)确定电网中参与多直流协调控制的直流系统DC_i和需要控制电压的交流母线ACbus，i∈[1,n]；(2)计算各直流系统DC_i至交流母线ACbus的等效阻抗(3)计算各直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i；(4)若直流系统DC_i发生闭锁故障，则计算直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，并根据各支流系统的最大运行功率确定支流系统DC_j的实际功率提升量；本发明提供的方法通过计算直流系统与交流母线之间的等效阻抗，评估不同的直流系统功率转移对特定交流母线电压的影响程度，根据这一结果确定多直流协调控制中各直流应采取的功率控制量，最大程度的降低直流故障功率转移对电网运行的影响。

Description

一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定领域，具体涉及一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法。

背景技术

在多个直流系统并列运行的电网中，一条直流发生闭锁故障时，可以通过其他直流采取紧急功率提升措施，减小该故障直流对电网运行造成的影响，即多直流协调控制。

现有的多直流协调控制中，控制量一般采用等量控制，即参与多直流协调控制的各条直流功率紧急提升总量与发生闭锁故障直流的盈余功率相等，如果受到直流运行功率限制不能达到等量控制，则不足的部分再通过切机、切负荷等安控措施补充。当电网规模较大时，各直流在电网中所处位置不同，相同的功率转移可能对电网运行造成的影响程度不同，采用等量控制并不能达到最佳效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法通过计算直流系统与交流母线之间的等效阻抗，评估不同的直流系统功率转移对特定交流母线电压的影响程度，根据这一结果确定多直流协调控制中各直流应采取的功率控制量，最大程度的降低直流故障功率转移对电网运行的影响。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法，其改进之处在于，所述方法包括：

(1)确定电网中参与多直流协调控制的直流系统DC_i和需要控制电压的交流母线ACbus，i∈[1,n]，n为电网中参与多直流协调控制的直流系统总数；

(2)计算各直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i；

(4)若所述直流系统DC_i发生闭锁故障，则计算直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，并根据各支流系统的最大运行功率确定支流系统DC_j的实际功率提升量。

优选的，所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效电阻公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线ACbus电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线ACbus电压。

优选的，所述步骤(3)包括：计算所述直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i，公式为：

K_i＝Re(Z_eqi)·P_iN (4)

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，P_iN为所述直流系统DC_i的额定功率。

优选的，所述步骤(4)包括：

(4-1)计算在直流系统DC_i发生闭锁故障时，直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，公式为：

式(5)中，P_jN为所述直流系统DC_j的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_j功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-2)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率小于等于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则所述直流系统DC_j的实际功率提升量为ΔP_j；

(4-3)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率大于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则直流系统DC_j的实际功率提升量为P_jmax-P_jN，剩余直流系统DC_l的实际功率提升量ΔP_l公式为：

式(6)中，l∈[1,n]且l≠i,j，P_lN为所述直流系统DC_l的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_l至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与多直流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_l功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-4)重复执行步骤(4-3)直至电网中不存在直流系统在功率提升后的运行功率大于其自身的最大运行功率的情况或直流系统在功率提升后的运行功率全部达到其自身允许的最大运行功率。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法，通过计算直流系统与交流母线之间的等效阻抗，并根据直流系统与交流母线之间的等效阻抗评估不同的直流系统功率转移对特定交流母线电压的影响程度，根据这一结果确定多直流协调控制中各直流系统应采取的功率控制量，最大程度的降低直流故障功率转移对电网运行的影响。

附图说明

图1是本发明提供的一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法流程图；

图2是电力系统中输电线路的集中参数简化模型示意图；

图3是华中电网结构图；

图4是以华中电网为仿真算例结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法，如图1所示，包括：

(1)确定电网中参与多直流协调控制的直流系统DC_i和需要控制电压的交流母线ACbus，i∈[1,n]，n为电网中参与多直流协调控制的直流系统总数；

其中，需要控制电压的交流母线ACbus可以选择电压稳定性最差，抵御直流功率转移能力最弱的交流母线；协调控制目标即为当一条直流发生闭锁故障时，通过其他直流功率提升支援，使交流母线ACbus的电压受到的影响最小。

(2)计算各直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i；

(4)若所述直流系统DC_i发生闭锁故障，则计算直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，并根据各支流系统的最大运行功率确定支流系统DC_j的实际功率提升量。

所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

其中，可以通过改变所述直流系统DC_i的输送功率改变直流系统DC_i的运行状态，该过程的实施可以在电力系统仿真分析软件中建立所研究电网的模型，首先将其调整至直流系统DC_i在正常运行状态，然后略微改变直流系统DC_i的输送功率使电网的运行状态改变，通常可以将直流系统DC_i的输送功率下调额定运行功率的1％～2％；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效电阻公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线ACbus电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线ACbus电压。

所述步骤(3)包括：计算所述直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i，公式为：

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，P_iN为所述直流系统DC_i的额定功率。

计算所述直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i的原理根据，如图2所示，电力系统中输电线路的集中参数简化模型，包括：输电线路的阻抗为Z＝R+jX，忽略了对地导纳。线路首端电压为输送功率为P+jQ，末端电压为

线路首端到末端的电压差可分解为与平行的纵分量ΔU和与垂直的横分量δU，表达式分别为：

线路两端电压幅值的关系为：

由上式可计算末端电压的幅值U₂与输电线路参数及输送功率的关系为：

式中▽可代表P、Q、R、X；

本发明提供的方法中，获取各直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗后，将各直流系统DC_i作为图2中首端，所述交流母线ACbus作为图2中末端，根据两端输电线路模型末端电压表达式，交流母线ACbus的电压幅值受到直流系统DC_i的功率转移的影响为：

在实际电力系统中，有U₁＞＞ΔU₁且U₁＞＞δU₁，上式可近似简化为：

即反映了相同的转移功率造成末端电压幅值下降的大小，的值越大，相同功率转移条件下末端电压幅值下降的越多，因此用反映直流功率转移与交流母线电压的耦合程度；

假设直流系统DC_i发生闭锁故障，其功率下降了ΔP_i，为使交流母线ACbus的电压不受到DC_i功率下降的影响，其余的直流系统DC₁，DC₂…DC_i-1，DC_i+1…DC_n功率分别提升ΔP₁,ΔP₂...ΔP_i-1,ΔP_i+1...ΔP_n，其功率变化量应满足：

令除DC_i之外的所有直流在功率提升后的过载率相等，则有

将其代入上式，即有

所述步骤(4)包括：

(4-1)计算在直流系统DC_i发生闭锁故障时，直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，公式为：

式(5)中，P_jN为所述直流系统DC_j的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_j功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-2)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率小于等于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则所述直流系统DC_j的实际功率提升量为ΔP_j；

(4-3)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率大于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则直流系统DC_j的实际功率提升量为P_jmax-P_jN，剩余直流系统DC_l的实际功率提升量ΔP_l公式为：

式(6)中，l∈[1,n]且l≠i,j，P_lN为所述直流系统DC_l的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_l至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与多直流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_l功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-4)重复执行步骤(4-3)直至电网中不存在直流系统在功率提升后的运行功率大于其自身的最大运行功率的情况或直流系统在功率提升后的运行功率全部达到其自身允许的最大运行功率。

例如，如图3所示，以华中电网为仿真算例；

首先，选取华中电网内的锦苏直流和复奉直流作为参与多直流协调控制的直流系统，鄂渝断面交流通道上恩施变电站500kV母线作为控制目标交流母线。

计算各个直流系统换流母线到交流母线的等效阻抗：

计算结果如下：

锦苏直流～恩施，Z_eq＝32.5∠47.4°Ω

复奉直流～恩施，Z_eq＝20.6∠37.3°Ω

然后，计算各个直流系统参与多直流协调控制的功率控制系数：

计算结果如下：

锦苏直流，K＝1.584×10⁵

复奉直流，K＝1.049×10⁵

最后，计算各直流在不同的直流闭锁故障情况下，需要采取的协调控制功率提升量，并校验是否超过直流运行允许的最大功率，从而确认直流系统的实际功率提升量。

锦苏直流功率降低400MW，用提升复奉直流功率的措施减少对恩施500kV母线电压的影响，计算得到复奉直流功率应提升536MW。复奉直流额定运行功率为6400MW，功率提升536MW小于额定运行功率的10％，在直流允许最大运行功率范围内。

对计算得到的控制措施量效果进行仿真计算校验，在电网正常运行方式下，锦苏直流降功率400MW后，分别采取以下3种措施：1.不采取直流协调控制措施；2.锦苏直流功率下降后0.6秒，复奉直流功率提升400MW；3.锦苏直流功率下降后0.6秒，复奉直流功率提升536MW。各种措施下的恩施500kV母线电压如附图4所示，可以看到措施1和措施2，恩施500kV母线电压均有下降，采取措施3恩施500kV母线电压基本能够保持锦苏直流功率变化前的水平。

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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，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保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多直流协调控制中直流功率控制量的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)确定电网中参与多直流协调控制的直流系统DC_i和需要控制电压的交流母线ACbus，i∈[1,n]，n为电网中参与多直流协调控制的直流系统总数；

(2)计算各直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗

(3)计算各直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i；

(4)若所述直流系统DC_i发生闭锁故障，则计算直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，并根据各直流系统的最大运行功率确定直流系统DC_j的实际功率提升量；

所述步骤(3)包括：计算所述直流系统DC_i参与多直流协调控制的功率控制系数K_i，公式为：

式(4)中，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，P_iN为所述直流系统DC_i的额定功率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

(2-1)计算所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线注入交流电网的电流I_i0，公式为：

式(1)中，U_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的换流母线电压，为U_i0的共轭复数，P_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的有功功率，Q_i0为所述直流系统DC_i在正常运行状态下从交流系统中吸收的无功功率；

(2-2)改变所述直流系统DC_i的输送功率，并计算所述直流系统DC_i改变输送功率后换流母线注入交流电网的电流I_i1，公式为：

式(2)中，U_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后的换流母线电压，为U_i1的共轭复数，P_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的有功功率，Q_i1为所述直流系统DC_i改变输送功率后从交流系统中吸收的无功功率；

(2-3)计算所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效电阻公式为：

式(3)中，U₀为所述直流系统DC_i在正常运行状态下的交流母线ACbus电压，U₁为所述直流系统DC_i在改变输送功率后的交流母线ACbus电压。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

(4-1)计算在直流系统DC_i发生闭锁故障时，直流系统DC_j的功率提升量ΔP_j，j∈[1,n]且j≠i，公式为：

式(5)中，P_jN为所述直流系统DC_j的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_i至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_j功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-2)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率小于等于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则所述直流系统DC_j的实际功率提升量为ΔP_j；

(4-3)若所述直流系统DC_j在功率提升后的运行功率大于直流系统DC_j的最大运行功率P_jmax，则直流系统DC_j的实际功率提升量为P_jmax-P_jN，剩余直流系统DC_l的实际功率提升量ΔP_l公式为：

式(6)中，l∈[1,n]且l≠i,j，P_lN为所述直流系统DC_l的额定功率，ΔP_i为直流系统DC_i发生闭锁故障时的功率下降量，为所述直流系统DC_l至所述交流母线ACbus的等效阻抗的实部，K_k为第k个直流系统DC_k参与多直流协调控制的功率控制系数，为直流系统DC_l功率提升后的过载率，且各直流系统功率提升后的过载率相等；

(4-4)重复执行步骤(4-3)直至电网中不存在直流系统在功率提升后的运行功率大于其自身的最大运行功率的情况或直流系统在功率提升后的运行功率全部达到其自身允许的最大运行功率。