CN105375464A - 一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，属于电力系统安全稳定控制领域。本发明方法在安全稳定控制系统主站中增加智能可控设备的控制灵敏度信息，当安全稳定控制系统检测到故障发生后，通过故障前后智能可控设备发来的动态调节容量差异，计算智能可控设备主动参与调节的综合控制效应，并依此修正离线控制策略；控制策略执行后经过延时判定系统未恢复至合理水平时，紧急执行追加控制措施。

Description

一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法。

背景技术

目前，大区电网互联、特高压交直流、远距离大容量输电格局基本形成。我国电网成为世界上规模最大、电压等级最高、复杂性程度最高的电网。分布式发电、大规模新能源接入和微电网的兴起以及多回大容量直流输电系统投运，极大地增加了系统的非线性程度。随着电力电子技术快速发展，移相器(IPC)、大容量高压直流、可控串补(TCSC)、静态无功补偿器(SVC)及静态同步补偿器(STATCOM)等智能可控设备应用越来越广泛。这些智能可控设备都是基于电力电子器件，响应时间常数可以小到几个毫秒，响应速度远远快于常规紧急控制，其调节响应对对关键送电断面的静态稳定和暂态稳定、电压水平以及频率特性产生重要影响，并极大提高电网输电容量，挖掘设备输电潜力。

文献(跨区互联电网紧急控制技术未来发展分析，作者：方勇杰，电力系统自动化，35卷15期)指出：安全稳定控制策略的设计与实现也要更加注意对这些设备响应时间的准确把握。多种智能控制手段的出现，会产生1个扰动触发多个控制设备同时动作的情况，必须重视新型控制设备之间及其与传统控制手段的协调配合。

为应对受扰系统动态过程中出现的多种形态的稳定问题，有必要将切机、切负荷等传统控制手段将与直流调制、动态串联补偿调节等新型控制手段一起构成紧急控制的组合措施。

然而，目前的智能可控设备，特别是TCSC、SVC及STATCOM等设备还主要是依赖就地或近区采集的断面功率或电压水平信息，按既定策略动作，既不考虑智能可控设备间的交互影响，也没有实现与传统切机切负荷控制措施的协调；而且，在实际系统运行中智能可控设备对电网中频繁出现的小扰动事件同样予以响应，导致其应对严重故障的动态可调容量往往小于设计容量。目前的离线仿真分析还难以真实模拟这种情况，导致离线控制策略表在不考虑智能可控设备条件下的断面极限过于保守，紧急控制措施较重；而考虑智能可控设备全部容量均可用于暂态过程时，又导致断面极限过于乐观，紧急控制措施不足。

因此，迫切需要一种能够有效评估多种智能可控设备参与对暂态安全稳定综合支撑能力，并与传统切机切负荷控制有机结合的暂态安全稳定紧急控制方法。

发明内容

本发明的目的是：为了有效评估智能可控设备快速调节特性对电网暂态安全稳定的影响，并实现与现有安全稳定紧急控制系统的协调控制，提出一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法。

具体地说，本发明采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)针对预想故障集中的各个故障进行离线仿真，计算智能可控设备的控制灵敏度，并将得到的灵敏度矩阵预先配置在安全稳定控制系统主站；

2)智能可控设备实时上传当前时刻的动态可调容量至安全稳定控制系统主站；

3)若检测到有预想的故障发生，安全稳定控制系统主站查找与该故障对应的离线控制策略表，确定针对该故障的紧急控制量；否则，返回步骤2)；

4)安全稳定控制系统主站根据故障发生前后接收到的智能可控设备动态可调容量之差，对离线控制策略进行修正，并将修正后紧急控制量下发至执行站，实施紧急控制；

5)如果判定系统不能自行恢复暂态安全稳定时，分轮次实施追加控制。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中通过离线仿真计算得到的灵敏度矩阵与预想故障集中的各个故障存在一一对应关系，不同的预想故障对应不同的灵敏度矩阵。

上述技术方案的进一步特征在于，对预想故障集中的各个故障而言，与各个故障相对应的各个灵敏度矩阵均为n维行向量，其中n为电网中的智能可控设备个数，各个灵敏度矩阵中的第i个元素λ_i表示发生对应的故障后，n个智能可控设备同时投入时第i个智能可控设备的控制灵敏度，如公式(1)所示：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{P_{\lim \_new}-P_{\lim \_ori}}{{\mathrm{\ΔC}}_{i\_off}}---\left(1\right)$

其中，P_{lim_ori}为n个智能可控设备全部退出条件下离线仿真计算发生对应故障时受该故障约束的断面送出极限；P_{lim_new}为n个智能可控设备全部投入条件下离线仿真计算发生对应故障时受该故障约束的断面送出极限；ΔC_{i_off}为n个智能可控设备全部投入条件下离线仿真计算发生对应故障时第i个智能可控设备释放的调节容量。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，安全稳定控制系统主站根据公式(2)计算智能可控设备快速调节的综合控制效应ΔP_em，并以此为基础利用公式(3)修正根据离线策略表确定的紧急控制量P_coff，得到修正后紧急控制量P_con：

${\mathrm{\ΔP}}_{em}=\frac{1}{n}\·\[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& \mathrm{...}& {\mathrm{\λ}}_n\end{array}\]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ {\mathrm{\ΔC}}_n\end{array}\right]---\left(2\right)$

P_con＝P_coff-ΔP_em(3)

其中，列向量 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{C}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ \mathrm{\Δ}{C}_n\end{array}\right]$ 中的元素为故障发生前后，安全稳定控制系统主站接收到的各个智能可控设备动态可调容量之差。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中，安全稳定控制系统主站根据当前时刻的断面输送功率信息和断面两侧母线暂态电压信息判断系统是否恢复暂态安全稳定，当满足公式(4)中任意两项判据时，认为电网不能自行恢复安全稳定，否则认为电网可恢复安全稳定：

其中，t代表当前时刻，t₀代表安全稳定控制系统主站开始判断系统是否恢复暂态安全稳定的起始时刻，为t时的断面输送有功功率，为t₀时的断面输送有功功率，为t时的断面两侧母线电压相角差，为t₀时的断面两侧母线电压相角差，为t时刻断面两侧母线电压中的较小值，为t₀时的断面两侧母线电压中的较小值。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中追加控制分N轮执行，2≤N≤5，且N轮中第k轮的动作条件为：自t_k-1时刻起，持续Δt时间内均判定系统不能自行恢复安全稳定，则在t_k时刻触发追加控制，追加控制量为P_k，第k轮触发动作时刻t_k如公式(5)所示，第k轮动作时的控制量P_k计算公式如公式(6)：

t_k＝t_k-1+Δt+(k-1)Δd(5)

$P_k=2\·\frac{N-(k-1)}{N\·(N+1)}\·{\mathrm{\ΔP}}_{em}---\left(6\right)$

其中Δd为固有等待延时，Δt为防误持续判断延时，对首轮而言t_k-1即为时刻t₀。

本发明的有益效果如下：本发明扩展了现有安全稳定控制系统的功能，主站不仅接收子站或执行站发来的故障检测、断面潮流、开关状态等信息，还实时接收各个智能可控设备发来的当前时刻动态可调容量信息，实现了安全稳定控制系统与智能可控设备间的协调。本发明还丰富了离线策略表的内涵，在现有离线策略表基础上增加了针对具体预想故障的智能可控设备控制灵敏度信息。通过本发明方法，可以根据响应速度差异，将智能可控设备投运后的暂态安全稳定紧急控制按执行优先级分为智能可控设备主动调节、紧急执行修正策略和分轮次追加控制三个过程，既能有效计及智能可控设备对暂态安全稳定的影响，又可避免潜在的欠控或过控风险。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

本发明的一个实施例，假定电网中投入了TCSC、SVC及STATCOM共3套智能可控设备，记TCSC的最大可调容量为C_{1_max}，SVC的最大可调容量为C_{2_max}，STATCOM的最大可调容量为C_{3_max}，预想故障集中的故障为f，其控制方法步骤如图1所示。

其中，步骤1通过离线仿真计算完成，主要包括：

1)离线仿真TCSC、SVC及STATCOM全部退出条件下，发生故障f时断面的送出极限P_{lim_ori}；投入TCSC、SVC和STATCOM，重新仿真故障f得到断面送出极限P_{lim_new}，并认为离线仿真故障f时各智能可控设备释放的调节容量ΔC_{i_off}即为各智能可控设备的最大可调容量C_{i_max}(i＝1，2，3)。

2)利用公式计算得到3个智能可控设备的控制灵敏度，并将得到的灵敏度矩阵[λ₁λ₂…λ_n]预先配置于安全稳定控制系统主站(下称“主站”)应对故障f的离线策略表中。

步骤2～步骤5由实际安全稳定控制系统和TCSC、SVC及STATCOM协调完成，具体详述如下。

步骤2：TCSC、SVC及STATCOM实时上传当前时刻的动态可调容量至主站。

步骤3：检测到故障f发生时，主站查找离线控制策略表，确定针对该故障的紧急控制量；否则，返回步骤2。

步骤4：主站根据故障f发生前后接收到的智能可控设备动态可调容量差，计算智能可控设备快速调节的综合控制效应ΔP_em，以离线策略表确定的紧急控制量P_con与综合控制效应ΔP_em之差作为修正后紧急控制量，并将修正后紧急控制量下发至执行站，实施紧急控制。其中，ΔP_em的计算公式如下。

${\mathrm{\ΔP}}_{em}=\frac{1}{n}\·\[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& \mathrm{...}& {\mathrm{\λ}}_n\end{array}\]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ {\mathrm{\ΔC}}_n\end{array}\right]$

其中，列向量 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{C}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ \mathrm{\Δ}{C}_n\end{array}\right]$ 中的元素为故障发生前后接收到的各智能可控设备动态可调容量之差。

步骤5：如果判定系统不能自行恢复暂态安全稳定时，分轮次实施追加控制。具体为，安全稳定控制系统主站根据当前时刻的断面输送功率信息和断面两侧母线暂态电压信息判断系统是否恢复暂态安全稳定，当满足下述公式中任意两项判据时，认为电网不能自行恢复安全稳定，分轮次实施追加控制，否则认为电网可恢复安全稳定：

其中，t代表当前时刻，t₀代表安全稳定控制系统主站开始判断系统是否恢复暂态安全稳定的起始时刻，为t时的断面输送有功功率，为t₀时的断面输送有功功率，为t时的断面两侧母线电压相角差，为t₀时的断面两侧母线电压相角差，为t时刻断面两侧母线电压中的较小值，为t₀时的断面两侧母线电压中的较小值。

追加控制分N(2≤N≤5)轮执行，N轮中第k轮的动作条件为：自t_k-1时刻起，持续Δt时间(Δt取值约为0.2s)内均判定系统不能自行恢复安全稳定，则在t_k时刻触发追加控制，追加控制量为P_k，第k轮触发动作时刻t_k如公式(1)所示，第k轮动作时的控制量P_k计算公式如公式(2)：

t_k＝t_k-1+Δt+(k-1)Δd(1)

$P_k=2\·\frac{N-(k-1)}{N\·(N+1)}\·{\mathrm{\ΔP}}_{em}---\left(2\right)$

其中Δd为固有等待延时，Δt为防误持续判断延时，对首轮而言t_k-1即为时刻t₀。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (6)

1.一种计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)针对预想故障集中的各个故障进行离线仿真，计算智能可控设备的控制灵敏度，并将得到的灵敏度矩阵预先配置在安全稳定控制系统主站；

2)智能可控设备实时上传当前时刻的动态可调容量至安全稳定控制系统主站；

3)若检测到有预想的故障发生，安全稳定控制系统主站查找与该故障对应的离线控制策略表，确定针对该故障的紧急控制量；否则，返回步骤2)；

4)安全稳定控制系统主站根据故障发生前后接收到的智能可控设备动态可调容量之差，对离线控制策略进行修正，并将修正后紧急控制量下发至执行站，实施紧急控制；

5)如果判定系统不能自行恢复暂态安全稳定时，分轮次实施追加控制。

2.根据权利要求1所述的计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤1)中通过离线仿真计算得到的灵敏度矩阵与预想故障集中的各个故障存在一一对应关系，不同的预想故障对应不同的灵敏度矩阵。

3.根据权利要求2所述的计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制，其特征在于，对预想故障集中的各个故障而言，与各个故障相对应的各个灵敏度矩阵均为n维行向量，其中n为电网中的智能可控设备个数，各个灵敏度矩阵中的第i个元素λ_i表示发生对应的故障后，n个智能可控设备同时投入时第i个智能可控设备的控制灵敏度，如公式(1)所示：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{P_{\lim \_new}-P_{\lim \_ori}}{{\mathrm{\ΔC}}_{i\_off}}---\left(1\right)$

其中，P_{lim_ori}为n个智能可控设备全部退出条件下离线仿真计算发生对应故障时受该故障约束的断面送出极限；P_{lim_new}为n个智能可控设备全部投入条件下离线仿真计算发生对应故障时受该故障约束的断面送出极限；ΔC_{i_off}为n个智能可控设备全部投入条件下离线仿真计算发生对应故障时第i个智能可控设备释放的调节容量。

4.根据权利要求3所述的计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，安全稳定控制系统主站根据公式(2)计算智能可控设备快速调节的综合控制效应ΔP_em，并以此为基础利用公式(3)修正根据离线策略表确定的紧急控制量P_coff，得到修正后紧急控制量P_con：

${\mathrm{\ΔP}}_{em}=\frac{1}{n}\·\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& ...& {\mathrm{\λ}}_n\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ΔC}}_n\end{array}\right]---\left(2\right)$

P_con＝P_coff-ΔP_em(3)

其中，列向量 $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_1\\ {\mathrm{\ΔC}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ΔC}}_n\end{array}\right]$ 中的元素为故障发生前后，安全稳定控制系统主站接收到的各个智能可控设备动态可调容量差。

5.根据权利要求4所述的计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤5)中，安全稳定控制系统主站根据当前时刻的断面输送功率信息和断面两侧母线暂态电压信息判断系统是否恢复暂态安全稳定，当满足公式(4)中任意两项判据时，认为电网不能自行恢复安全稳定，否则认为电网可恢复安全稳定：

其中，t代表当前时刻，t₀代表安全稳定控制系统主站开始判断系统是否恢复暂态安全稳定的起始时刻，为t时的断面输送有功功率，为t₀时的断面输送有功功率，为t时的断面两侧母线电压相角差，为t₀时的断面两侧母线电压相角差，为t时刻断面两侧母线电压中的较小值，为t₀时的断面两侧母线电压中的较小值。

6.根据权利要求5所述的计及智能可控设备的暂态安全稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤5)中追加控制分N轮执行，2≤N≤5，且N轮中第k轮的动作条件为：自t_k-1时刻起，持续Δt时间内均判定系统不能自行恢复安全稳定，则在t_k时刻触发追加控制，追加控制量为P_k，第k轮触发动作时刻t_k如公式(5)所示，第k轮动作时的控制量P_k计算公式如公式(6)：

t_k＝t_k-1+Δt+(k-1)Δd(5)

$P_k=2\·\frac{N-(k-1)}{N\·(N+1)}\·{\mathrm{\ΔP}}_{em}---\left(6\right)$

其中Δd为固有等待延时，Δt为防误持续判断延时，对首轮而言t_k-1即为时刻t₀。