CN106849145B - 用于直流频率限制器与功率调制协调的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直流频率限制器与功率调制协调控制方法及系统，包括：采集送端电网频率f；判断送端电网频率f是否超出频率限制器的限制范围，若超过，则继续执行；若没超过，则返回；判断直流功率调制信号△P_d的正负；确定直流频率限制的控制参数；根据控制参数控制频率限制器。本发明提供的方法，能够保证当送端系统交直流出现频率大幅波动时，频率限制控制器能够发挥其调节灵活、快速、精确度高的优点，对系统扰动后频率稳定起到积极作用，同时保证直流功率运行在规定范围内的期望值，提高直流设备安全水平和电网稳定运行能力。

Description

用于直流频率限制器与功率调制协调的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种用于直流频率限制器与直流功率调制协调的控制方法及系统。

背景技术

由于我国一次能源与负荷中心之间呈逆向分布，为实现资源跨大区优化配置，需要利用高压直流输电进行电力大容量远距离输送，直流输电在西电东送和全国联网中发挥着重要作用。目前，我国西南电网已投运三大特高压直流工程，将西南地区丰富的水电资源送至华东负荷中心。根据规划，2018年渝鄂背靠背直流工程将建成，届时西南电网将与华东和华中电网实现异步联网运行。

考虑到西南输送端电网规模减小以及水轮机的负阻尼效应，扰动冲击易造成输送端电网频率发生超低频振荡，威胁电网稳定运行。直流系统对输送端电网而言相当于刚性负荷，正常情况下直流功率不随电网频率变化。频率限制控制器(FLC)是直流输电系统中重要的附加控制器之一，在输送端频率变化时，通过调节直流输电的有功功率，来达到控制输送端系统频率的目的，相当于为直流增加了可控的负荷频率。

由于直流输送功率具有快速可控的特点，利用直流功率调制控制快速补偿扰动引起的功率盈缺，能够提升输送端电网的稳定运行能力。直流功率调制包括直流功率提升和直流功率速降，可以同时控制输送功率的大小和方向。但当直流控制系统同时配备FLC和功率调制时，可能引起直流功率超出系统最大过负荷能力或者直流功率无法按照期望值运行，影响直流设备的安全和电网稳定运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于直流频率限制器与直流功率调制协调的控制方法及系统，

其控制方法包括：1)采集送端电网频率f；2)判断送端电网频率f是否超出频率限制器的限制范围，若超过，则继续执行，若没超过，则返回步骤1)；3)判断直流功率调制信号△P_d的正负；4)确定直流频率限制的控制参数；5)根据控制参数控制频率限制器。

进一步，步骤2)中，限制范围：49.9～50.1Hz。

进一步，步骤3)中，若直流功率调制信号ΔP_d＞0，则直流功率提升；若直流功率调制信号ΔP_d＜0，则直流功率降低。

进一步，步骤4)中，若f＞50.1且ΔP_d＞0，则频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax计算公式如下所示：

P_modmax＝kP_d-ΔP_d

式中，P_d为直流功率额定值，k为直流功率过负荷能力，k的取值为1.1。

进一步，步骤4)中，若f＜49.9且ΔP_d＜0，则频率限制器输出的直流功率调制量下限P_modmin的计算公式如下所示：

P_modmin＝mP_d+ΔP_d

式中，P_d为直流功率额定值，m为直流功率最低运行水平，m的取值为0.5。

进一步，若f＜49.9Hz且ΔP_d＞0或f＞50.1Hz且ΔP_d＜0，则频率限制器频差死区限制范围f_bend为0.2Hz。

步骤5)包括：若f＜49.9Hz，则根据直流功率调制量下限P_modmin和频率限制器频差死区限制范围f_bend控制频率限制器；

若f＞50.1Hz，则根据直流功率调制量上限P_modmax和频率限制器频差死区限制范围f_bend控制频率限制器、

其控制系统包括：采集模块，采集送端电网频率f；判断模块，判断送端电网频率是否超出频率限制器的限制范围，若超过限制范围，则判断直流功率调制信号△P_d的正负；若没超过，则返回采集模块；计算模块，计算直流频率限制器的控制参数；控制模块，根据控制参数控制频率限制器。

限制范围：49.9～50.1Hz。若直流功率调制信号ΔP_d＞0，则直流功率提升；若直流功率调制信号ΔP_d＜0，则直流功率降低。

控制参数包括：频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax、直流功率调制量下限P_modmin和频率限制器频差死区限制范围f_bend。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用直流功率调制信号P_d确定频率限制器控制参数P_modmax、P_modmin和f_bend，可以避免直流功率超过直流最大过负荷能力或直流功率无法按照期望值运行，提高了送端电网的频率稳定性。

2、本发明对系统扰动后频率稳定起到积极作用，同时保证直流功率运行在规定范围内的期望值，提高直流设备安全水平和电网稳定运行能力。

3、本发明能够保证当送端系统交直流出现功率不平衡扰动时，频率限制控制器能够发挥其调节灵活、快速、精确度高的优点。

附图说明

图1是本发明提供的控制方法流程图；

图2是本发明的电网频率仿真结果示意图；

图3是本发明的直流功率仿真结果示意图。

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。

本发明提供的直流频率限制器控制系统包括：用于采集送端电网频率f的采集模块、用于判断送端电网频率是否超出频率限制器的限制范围的判断模块、用于计算直流频率限制器控制参数的计算模块、及根据控制参数控制频率限制器的控制模块。

具体的，控制系统的限制范围：49.9～50.1Hz。若直流功率调制信号ΔP_d＞0，则直流功率提升；若直流功率调制信号ΔP_d＜0，则直流功率降低。控制参数包括：频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax、直流功率调制量下限P_modmin和频率限制器频差死区限制范围f_bend。

如图1所示，本发明提供的直流频率限制器控制方法，包括如下具体步骤：

(1)获取送端电网的频率f；

(2)判断送端电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)；若否，则返回步骤(1)；

(3)判断直流功率调制信号△P_d大小；

(4)确定直流频率限制的控制参数P_modmax、P_modmin和f_bend；

其中，频率限制器控制参数P_modmax和P_modmin分别为频率限制器输出的直流功率调制量上限和下限，f_bend为频率限制器频差死区限制范围；

(5)根据P_modmax、P_modmin和f_bend控制频率限制器。

具体的，在步骤(1)中，测量整流站换流母线的频率，即送端电网的频率f。

步骤(2)中，频率限制器的限制范围为[49.9Hz,50.1Hz]，若f＜49.9或f＞50.1，则送端电网的频率f超出频率限制器的限制范围。

步骤(3)中，直流功率调制信号△P_d是整流站定功率器中在直流功率参考值上所叠加的附加控制信号，若ΔP_d＞0，表示直流功率提升，若ΔP_d＜0，表示直流功率降低。

步骤(4)中，若f＞50.1且ΔP_d＞0，计算得到频率限制器控制参数P_modmax为：

P_modmax＝kP_d-ΔP_d (1)

式(1)中，P_d为直流功率额定值，k为直流功率过负荷能力，k的取值为1.1，即取为1.1倍。

步骤(4)中，若f＜49.9且ΔP_d＜0，计算得到频率限制器控制参数P_modmin为：

P_modmin＝mP_d+ΔP_d (2)

式(2)中，P_d为直流功率额定值，m为直流功率最低运行水平，m的取值为0.5，即取为0.5倍。

步骤(4)中，若f＜49.9且ΔP_d＞0或者f＞50.1且ΔP_d＜0，频率限制器控制参数f_bend为0.2Hz。

步骤(5)中，所述频率限制器控制参数P_modmax和P_modmin分别为频率限制器输出的直流功率调制量上限和下限，f_bend为频率限制器频差死区限制范围。

如图2和3所示，直流送端的暂态响应情况具体实施例如下：

本发明提供一种直流频率限制器控制的实施例，以西南电网2018年丰期小负荷运行方式为例，收集楚西南电网数据，包括复奉、锦苏、宾金三回特高压直流输电系统，利用电力系统机电暂态仿真软件PSD-BPA建立直流送端电网潮流稳态仿真计算模型以及机电暂态仿真计算模型。

(1)获取送端电网的频率f；

当复奉直流发生双极闭锁故障，系统检测复奉直流送端复龙流站母线频率f；

(2)判断送端电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)，若否，则返回步骤(1)；

将锦苏直流、复奉直流和宾金直流的频率限制器频差死区限制范围设置为±0.1Hz，发生故障后，双龙换流站交流母线频率逐渐升高，当孤岛电网频率高于50.1Hz时需要进一步判断直流功率调制信号ΔP_d大小；

(3)判断直流功率调制信号大小；

复奉直流发生闭锁故障后，为降低送端电网频率升高幅度，紧急提升宾金直流功率400MW，即ΔP_d＝400；

(4)确定直流频率限制的控制参数P_modmax、P_modmin和f_bend；

根据若f＞50.1且ΔP_d＞0，计算得到频率限制器控制参数P_modmax为：

P_modmax＝0.1P_d-400

(5)根据P_modmax、P_modmin和f_bend控制频率限制器。

由于调制了频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax，当频率大于上限值50.1Hz且宾金直流功率提升400MW时，宾金直流功率最大值未超过1.1pu。

若采取仅采用直流功率调制，由于复奉直流外送功率减小，送端机组有功功率过剩，引起送端电网频率上升至51Hz，FLC通过提高宾金直流功率减小频率偏差，但直流功率会超过1.1倍。采用本实施方案协调控制后，FLC通过提高宾金直流功率减小频率偏差，并且宾金直流功率不会超过直流功率额定值的1.1倍。与仅依靠直流功率调制相比，采用本实施方案协调控制后，电网频率能够快速恢复到稳态运行水平。

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 (9)

1.一种用于直流频率限制器与功率调制协调的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

1)采集送端电网频率f；

2)判断所述送端电网频率f是否超出频率限制器的限制范围，若超过，则继续执行，若没超过，则返回步骤1)；

3)判断直流功率调制信号△P_d的正负；

4)确定直流频率限制的控制参数；

5)根据所述控制参数控制频率限制器；

所述步骤2)中，所述限制范围：49.9～50.1Hz；

所述步骤3)中，若所述直流功率调制信号ΔP_d＞0，则直流功率提升；若所述直流功率调制信号ΔP_d＜0，则直流功率降低；

所述步骤4)中，若f＞50.1且ΔP_d＞0，则频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax计算公式如下所示：

P_modmax＝kP_d-ΔP_d

式中，P_d为直流功率额定值，k为直流功率过负荷能力；

所述步骤4)中，若f＜49.9且ΔP_d＜0，则频率限制器输出的直流功率调制量下限P_modmin的计算公式如下所示：

P_modmin＝mP_d+ΔP_d

式中，P_d为直流功率额定值，m为直流功率最低运行水平。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，k的取值为1.1。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，m的取值为0.5。

4.如权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，若f＜49.9Hz且ΔP_d＞0或f＞50.1Hz且ΔP_d＜0，则频率限制器频差死区限制范围f_bend为0.2Hz。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤5)包括：

若f＜49.9Hz，则根据所述直流功率调制量下限P_modmin和所述频率限制器频差死区限制范围f_bend控制所述频率限制器；

若f＞50.1Hz，则根据所述直流功率调制量上限P_modmax和所述频率限制器频差死区限制范围f_bend控制所述频率限制器。

6.一种应用于如权利要求 1-5所述的任一项直流频率限制器与功率调制协调的控制方法的系统，其特征在于，所述系统包括：

采集模块，采集送端电网频率f；

判断模块，判断所述送端电网频率是否超出频率限制器的限制范围，若超过所述限制范围，则判断直流功率调制信号△P_d的正负；若没超过，则返回所述采集模块；

计算模块，计算所述直流频率限制器的控制参数；

控制模块，根据所述控制参数控制频率限制器。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述限制范围：49.9～50.1Hz。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，若所述直流功率调制信号ΔP_d＞0，则直流功率提升；若所述直流功率调制信号ΔP_d＜0，则直流功率降低。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制参数包括：

频率限制器输出的直流功率调制量上限P_modmax、直流功率调制量下限P_modmin和频率限制器频差死区限制范围f_bend。

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