CN107069736A - 用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，交直流混联输电系统在因受端负荷增加、交流输电线路切除等原因导致交流线路出现功率越限时，本方法通过引入有功功率转移因子，估算出柔性直流线路应多送有功功率，并依此对柔性直流线路的输送功率进行自动调节，进而消除与之并列的交流线路出现的功率越限问题。本方法控制环节简单，在工程中容易实现，控制稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于电力系统输电领域中的柔性直流输电（Voltage Source Converterbased High Voltage Direct Current，VSC-HVDC）技术，具体涉及一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法。
背景技术
近年来，随着MMC-HVDC（Modular Multilevel Converter-High Voltage DirectCurrent，MMC-HVDC）朝着高电压等级、大容量的方向发展，柔性直流输电技术正逐渐被运用于城市输配电网当中，并在一些工程中与交流输电线路并列运行，构成了含柔性直流线路的交直流混联输电系统。
交直流混联系统正常运行时需考虑其经济性，但由于柔性直流整体损耗相对较大，特别是当与之并列的交流线路较短时，其运行经济性不占优势，因此柔性直流有功功率输送值通常按经济最优等约束条件进行设定，输送功率往往不高。当其他交流通道出现故障时，柔性直流线路此时如不能自动快速并较为准确地调整功率，可能造成剩余其他交流线路相继过载，进而发展成连锁故障。反之，如果柔性直流在安排正常运行方式时，考虑安全约束条件，则将牺牲一定的经济性。
柔性直流输电本身具有的快速可控的特点，可利用该特点设定恰当合理的在线紧急功率控制策略，在故障工况时，或发生运行方式安排时所预想不到的工况时，能自动迅速准确的调整输送功率，则既可兼顾交直流混联系统正常运行的经济性，又可保障故障发生时的安全性。
发明内容
本发明的目的在于实现交直流混联系统正常运行时经济运行，故障时快速控制潮流的目的提供一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，该方法通过引入有功功率转移因子，实现紧急状态下柔性直流功率在线且较为准确的调整，以提高交直流混联输电系统的安全稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，包括如下步骤，
步骤S1：获取交流线路i有功功率值P i；所述有功功率值P i，取自交流线路受端侧变电站母线处，通过测量获得，以注入受端电网为正；
步骤S2：获取交流线路i有功功率越限值ΔP，即将步骤S1中获得的交流线路i有功功率值P i与设定的交流线路有功功率限值P ilim求差得到ΔP，当ΔP为正时，将ΔP传入柔性直流外环控制系统；当ΔP为负时表示未越限，传入0，及ΔP=0；
步骤S3：获取越限支路信息i，即当步骤S2中ΔP为正时，将越限的交流支路编号信息i传入有功功率转移因子表；
步骤S4：获取切除支路信息j，即通过监测各交流支路首末两端开关信号，当动作时发送切除支路信息j传入有功功率转移因子表；
步骤S5：获取柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0，即将步骤S3和步骤S4中获取的越限支路信息i和切除支路信息j传入有功功率转移因子表，通过查有功功率转移因子表获得柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0；
步骤S6：获取柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0，即将步骤S2中获得的ΔP与步骤S5中获得的柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0相除，得到柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0；
步骤S7：获取柔性直流外环有功功率控制命令P ord，即将原外环有功功率参考值P ref与步骤S6中获取的ΔP 0叠加，获得柔性直流外环有功功率控制命令P ord，并传入柔性直流外环控制系统作为柔性直流外环有功功率控制的控制目标值。
在本发明一实施例中，所述步骤S5中，有功功率转移因子表由以下方法获得：
根据有功功率转移因子的定义，计算正常运行方式下柔性直流线路0对交流线路i的有功功率转移因子 ，柔性直流线路0对交流线路j的有功功率转移因子，以及交流线路j向交流线路i的有功功率转移因子；交流线路j切除后，则柔性直流线路0向交流线路i的有功功率转移因子为由下式计算得到
按照上述方法，分别计算正常运行方式下、切除交流线路j后的有功功率转移因子，即可得有功功率转移因子表。
在本发明一实施例中，在所述步骤S7中，柔性直流外环有功功率控制为dq解耦控制。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法通过引入有功功率转移因子，实现紧急状态下柔性直流功率在线且较为准确的调整，以提高交直流混联输电系统的安全稳定性。
附图说明
图1为典型的多回交流-单回柔性直流混联输电系统。
图2为本发明用于交直流混联输电系统的柔性直流紧急功率控制方法示意图。
图3为本发明柔性直流外环有功功率控制框图。
图4为仿真实例中厦门岛进岛通道接线示意图。
图5为仿真实例中无线路切除工况下负荷突增仿真波形图。
图6为仿真实例中进岛通道1切除，柔性直流紧急在线功率控制投入前后仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图2所示，本发明的一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，包括如下步骤，
步骤S1：获取交流线路i有功功率值P i；所述有功功率值P i，取自交流线路受端侧变电站母线处，通过测量获得，以注入受端电网为正；
步骤S2：获取交流线路i有功功率越限值ΔP，即将步骤S1中获得的交流线路i有功功率值P i与设定的交流线路有功功率限值P ilim求差得到ΔP，当ΔP为正时，将ΔP传入柔性直流外环控制系统；当ΔP为负时表示未越限，传入0，及ΔP=0；
步骤S3：获取越限支路信息i，即当步骤S2中ΔP为正时，将越限的交流支路编号信息i传入有功功率转移因子表；
步骤S4：获取切除支路信息j，即通过监测各交流支路首末两端开关信号，当动作时发送切除支路信息j传入有功功率转移因子表；
步骤S5：获取柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0，即将步骤S3和步骤S4中获取的越限支路信息i和切除支路信息j传入有功功率转移因子表，通过查有功功率转移因子表获得柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0；
步骤S6：获取柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0，即将步骤S2中获得的ΔP与步骤S5中获得的柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0相除，得到柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0；
步骤S7：获取柔性直流外环有功功率控制命令P ord，即将原外环有功功率参考值P ref与步骤S6中获取的ΔP 0叠加，获得柔性直流外环有功功率控制命令P ord，并传入柔性直流外环控制系统作为柔性直流外环有功功率控制的控制目标值。
所述步骤S5中，有功功率转移因子表由以下方法获得：
根据有功功率转移因子的定义，计算正常运行方式下柔性直流线路0对交流线路i的有功功率转移因子，柔性直流线路0对交流线路j的有功功率转移因子，以及交流线路j向交流线路i的有功功率转移因子；交流线路j切除后，则柔性直流线路0向交流线路i的有功功率转移因子为由下式计算得到
按照上述方法，分别计算正常运行方式下、切除交流线路j后的有功功率转移因子，即可得如表1所示的有功功率转移因子表。
如图3所示，在所述步骤S7中，柔性直流外环有功功率控制为dq解耦控制。
以下为本发明的具体实施过程。
本发明的目的是，针对如图1所示的交直流混联输电系统，提出故障情况下柔性直流功率在线功率调增的控制目标，以及为达到控制目标所采用的控制策略。以图4厦门电网为例进行仿真计算。
1.仿真主电路的建立。
在PSCAD/EMTDC中搭建了含厦门柔性直流线路的厦门交直流电网。厦门电网现由3座500kV变电站、2座接入220kV电压等级的电厂（总装机1920MW）供电，仿真中对于厦门以外的电网采用Ward等值方法进行等值，等值为三个无穷大电源分别注入3座500kV变电站500kV母线；保留厦门220kV电网，其中第一通道的双回交流海缆线路在柔性线路投运后将停运一回。进岛交流第一~四通道的热稳定限额如表2所示，柔性直流输电系统仿真参数如表3所示。
2. 潮流转移因子表的计算
利用说明书中步骤S5所述方法，可计算出柔性直流线路不同工况下对于其他交流潮流转移因子，计算结果如表4所示。
可见，在无交流线路切除、切除进岛通道1、切除进岛通道2、切除进岛通道3的工况下，柔直线路对进岛通道4的支援作用最强，而对其他进岛通道的支援能力作用较弱。在切除进岛通道4的工况下，柔性直流紧急提升功率对其他交流进岛通道有一定的支援作用。
3. 无线路切除工况下负荷突增仿真
在某一运行方式下（仅作为算例，非实际运行方式），岛外送端电源满发，初始状态下柔性直流输送有功功率400MW，进岛通道1～4分别输送有功功率341MW、725MW、1012MW、878MW。
0.1s时，岛内负荷突增，至0.2s时进岛通道4输送功率达到952MW，超过其热稳定极限（892MW），功率越限值为60MW。
0.2s时柔性直流紧急在线功率控制动作。查表4可知，无交流线路切除时，柔性直流对交流通道1的有功功率转移因子为0.809，大于设定的0.1限值，优先采用柔性直流控制，在进岛通道4越限60MW的情况下，柔性直流至少需多送74MW才能消除过载。柔性直流有功功率按此命令值叠加迅速提升后，进岛通道4有功功率迅速降至限值。
上述过程仿真波形如图5所示，图中由上到下依次给出了交流通道1～4及柔性直流线路的功率仿真波形，可见，该工况下本文提出的控制策略有效。
4. 交流线路因故障切除工况下仿真
在某一运行方式下（仅作为算例，非实际运行方式），岛外送端电源满发，初始状态下柔性直流输送有功功率400MW，进岛通道1～4分别输送有功功率341MW、725MW、1012MW、878MW。
0.1s时，进岛通道1发生故障被切除后，进岛通道1潮流转移至其他交流通道。转移后其中进岛通道4潮流升至1043MW，超过其热稳定极限（891MW）功率越限值151MW。
0.2s时柔性直流紧急在线功率控制动作。查表4可知，切除进岛通道1时，柔性直流对交流通道4的有功功率转移因子为0.848，大于设定的0.1限值，优先采用柔性直流控制，柔性直流至少需多送178MW才能消除过载。柔性直流有功功率按此命令值迅速提升后，进岛通道4功率迅速降至热稳定限值。
上述过程仿真波形如图6所示。图中由上到下依次给出了交流通道1～4及柔性直流线路的功率仿真波形，可见，该工况下本文提出的控制策略有效。
上述示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：获取交流线路i有功功率值P i；所述有功功率值P i，取自交流线路受端侧变电站母线处，通过测量获得，以注入受端电网为正；
步骤S2：获取交流线路i有功功率越限值ΔP，即将步骤S1中获得的交流线路i有功功率值P i与设定的交流线路有功功率限值P ilim求差得到ΔP，当ΔP为正时，将ΔP传入柔性直流外环控制系统；当ΔP为负时表示未越限，传入0，及ΔP=0；
步骤S3：获取越限支路信息i，即当步骤S2中ΔP为正时，将越限的交流支路编号信息i传入有功功率转移因子表；
步骤S4：获取切除支路信息j，即通过监测各交流支路首末两端开关信号，当动作时发送切除支路信息j传入有功功率转移因子表；
步骤S5：获取柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0，即将步骤S3和步骤S4中获取的越限支路信息i和切除支路信息j传入有功功率转移因子表，通过查有功功率转移因子表获得柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0；
步骤S6：获取柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0，即将步骤S2中获得的ΔP与步骤S5中获得的柔性直流对交流线路有功功率转移因子τ i0相除，得到柔性直流有功功率所需增加量ΔP 0；
步骤S7：获取柔性直流外环有功功率控制命令P ord，即将原外环有功功率参考值P ref与步骤S6中获取的ΔP 0叠加，获得柔性直流外环有功功率控制命令P ord，并传入柔性直流外环控制系统作为柔性直流外环有功功率控制的控制目标值。
2.根据权利要求1所述的用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，有功功率转移因子表由以下方法获得：
根据有功功率转移因子的定义，计算正常运行方式下柔性直流线路0对交流线路i的有功功率转移因子τ i0，柔性直流线路0对交流线路j的有功功率转移因子，以及交流线路j向交流线路i的有功功率转移因子τ ij ；交流线路j切除后，则柔性直流线路0向交流线路i的有功功率转移因子为由下式计算得到
按照上述方法，分别计算正常运行方式下、切除交流线路j后的有功功率转移因子，即可得有功功率转移因子表。
3.根据权利要求1所述的用于含柔性直流的交直流混联输电系统紧急功率控制方法，其特征在于：在所述步骤S7中，柔性直流外环有功功率控制为dq解耦控制。
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