CN107546756A - 一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统 - Google Patents

一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统，包括：监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。本发明提供的技术方案根据发电机低励限制动作信号解列输电线路，降低线路充电功率，保证电网电压和发电机无功功率运行在规定范围内，提高了设备安全水平和电网稳定运行能力。

Description

一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统。
背景技术
水电及新能源基地内部电源依赖季节和天气变化，地区电网一方面无法充分消纳清洁能源，另一方面无法可靠满足当地负荷增长需求。随着电网建设步伐的加快，将实现地区电网通过长链式结构与主网互联格局。但地区电网通常与主网联系薄弱，长链式输电线路所经地域气候条件恶劣，地质灾害频发，通道发生解列故障风险较大。区域电网与主网解列后将转为孤网运行状态，由于孤岛电网规模较小，电压与频率之间的交互影响更加突出。实际电网发生解列故障后，通常伴随电压和频率耦合现象，系统频率和电压同时面临失稳风险，应考虑暂态频率和电压变化时的协调控制。
孤岛电网本身转动惯量较小，联络通道一旦解列，有功功率不平衡将导致孤岛电网频率失稳，电力系统通常采取紧急连锁切机或集中切负荷控制措施。如果紧急控制措施失败或控制量不足时，则需要考虑利用高频切机或低频减载装置来保障孤网频率稳定。当区域电网与主网解列，安控系统动作快速切除区域电网相应容量电源或负荷后，由于区域电网潮流减轻，无功功率过剩使区域电网电压升高，发电机无功功率进相运行，可能引起发电机进相较深而跳闸，影响设备安全和电网稳定运行。同时伴随着电网电压升高，负荷吸收有功功率增加，导致系统频率将逐渐降低，可能引起电网低频减载装置动作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法及系统，能够保证当区域电网与主网解列后，利用直流输电系统快速、可控的优势，补偿区域电网的有功功率，使系统频率保持稳定运行，同时根据发电机低励限制动作信号解列输电线路，降低线路充电功率，保证电网电压和发电机无功功率运行在规定范围内，提高设备安全水平和电网稳定运行能力。
本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法，包括：
监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。
所述解列措施包括：解列线路集合中排序最高的线路，并将解列后的线路从线路集合中移除。
所述线路集合的建立包括：
采集区域电网运行数据；
根据采集的数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度由小到大依次排序，得到线路集合。
所述采集区域电网运行数据包括采集区域电网与外部电网相联的交流通道功率和直流通道功率以及区域电网500kV线路运行工况。
所述高抗补偿度按下式计算：
式中，K为线路的高抗补偿度，QK为线路两侧高抗容量，QC为线路充电功率。
所述对电网进行直流功率调制包括：
计算电网的直流功率可调制量；
判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若不小于则根据所述直流功率可调制量进行直流功率调制，若小于则计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量进行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施。
所述交流通道开断故障包括：交流通道N-2故障、交流通道双回线无故障开断。
所述故障前时刻交流通道功率从预先采集的区域电网运行数据中提取。
所述直流功率可调制量包括直流功率提升量和直流功率回降量；
当交流通道和直流通道送电方向相同时，采取直流功率提升；当交流通道和直流通道送电方向相反时，采取直流功率回降。
所述直流功率提升量按下式计算：
PDC＝P额定-PN
所述直流功率回降量按下式计算：
PDC＝PN-0.1P额定
式中，PDC为直流功率可调制量，P额定为直流功率额定值，PN为直流功率当前运行值。
所述计算还需配合的切机或切负荷量包括采用最小欠切原则计算切机量，采用最小过切原则计算切负荷量。
本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制系统，包括：
直流调制模块：监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
解列模块：判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作，若没有检测到发电机低励限制动作信号，则电网稳定运行。
所述解列模块包括用于建立线路集合的线路集合子模块；
所述线路集合子模块包括：
采集单元：采集区域电网运行数据；
排序单元：根据采集的数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度由小到大依次排序，得到线路集合。
所述直流调制模块包括：
第一计算子模块：计算电网的直流功率可调制量；
判断子模块：判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若小于则根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制后转到解列模块，否则转到第二计算子模块；
第二计算子模块：计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施后转到解列模块。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供技术方案，利用直流功率可调制量补偿交流通道开断故障产生的有功功率差额，使系统频率保持稳定运行，同时根据发电机低励限制动作信号解列输电线路，降低线路充电功率，保证电网电压和发电机无功功率运行在规定范围内，提高设备安全水平和电网稳定运行能力。
附图说明
图1为本发明一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法流程图；
图2为本发明实施例一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法流程图；
图3为本发明实施例中西藏电网结构图；
图4为本发明实施例中西藏电网暂态响应情况下未采用本发明控制时电网频率的仿真结果示意图；
图5为本发明实施例中西藏电网暂态响应情况下未采用本发明控制时电网电压的仿真结果示意图。
图6为本发明实施例中西藏电网暂态响应情况下采用本发明控制时电网频率的仿真结果示意图；
图7为本发明实施例中西藏电网暂态响应情况下采用本发明控制时电网电压的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：
如图1所示本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法包括：
监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。
所述解列措施包括：解列线路集合中排序最高的线路，并将解列后的线路从线路集合中移除。
具体的一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法，如图2所示，包括：
步骤1：获取区域电网运行数据；
步骤2：按照线路的高抗补偿度大小对线路进行排序得到线路集合；
步骤3：监测到电网发生故障事件时，判断交流通道是否发生开断故障，若发生则执行步骤4，若没发生则返回步骤1；
步骤4：计算电网的直流功率可调制量；
步骤5：判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若不小于则根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制后执行步骤7，若小于则执行步骤6；
步骤6：计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施；
步骤7：根据发电机低励限制动作信号，根据所述的线路集合采取解列措施。
步骤1所述区域电网运行数据包括区域电网与外部电网相联的交流通道功率和直流通道功率以及区域电网500kV线路运行工况。
所述步骤2包括：根据步骤1获取的区域电网运行数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度K由小到大依次排序，得到线路集合L。
所述高抗补偿度按下式计算：
式中，K为线路的高抗补偿度，QK为线路两侧高抗容量，QC为线路充电功率。
步骤3所述的故障事件包括：交流通道N-2故障、交流通道双回线无故障开断。
所述步骤4中故障前时刻交流通道功率从步骤1获取的区域电网运行数据中提取。
所述直流功率可调制量包括直流功率提升量和直流功率回降量；
当交流通道和直流通道送电方向相同时，采取直流功率提升；当交流通道和直流通道送电方向相反时，采取直流功率回降。
所述直流功率提升量按下式计算：
PDC＝P额定-PN
所述直流功率回降量按下式计算：
PDC＝PN-0.1P额定
式中，PDC为直流功率可调制量，P额定为直流功率额定值，PN为直流功率当前运行值。
所述步骤6采用最小欠切原则计算切机量，采用最小过切原则计算切负荷量。
所述步骤7包括：判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，解列线路集合中排序最高的线路，并将解列后的线路从线路集合中移除,之后重复步骤7，若没有检测到发电机低励限制动作信号，则电网稳定运行。
所述发电机包括区域电网内所有发电机容量大于10MW的机组。
实施例：
本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法的实施例，以西藏电网2018年运行方式为例，西藏电网与外部通过交流和直流线路互联，西藏电网结构如图2所示。收集西藏电网数据，包括柴拉直流输电系统，利用电力系统机电暂态仿真软件PSD-BPA建立西藏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)获取区域电网运行数据；
西藏电网与外部电网通过交流和直流线路互联，交流联络通道巴塘-芒康双回线向四川送电350MW，直流联络通道柴拉直流向青海送电300MW，西藏电网内500kV线路均为双回线运行。
(2)按照线路高抗补偿度大小对线路进行排序；
根据线路高抗补偿度由小到大将500kV双回线排序，如下表所示：
(3)判断交流通道是否发生开断故障；
假设2秒时，交流线路巴塘-芒康发生三永N-2故障，系统监测到巴塘-芒康线路开断，则执行步骤(4)。
(4)获取故障前时刻交流通道功率；
有步骤(1)可知，故障前时刻交流通道巴塘-芒康线路功率PAC为350MW。
(5)计算直流功率可调制量；
由于西藏电网通过交流通道受电，通过直流通道送电，交流通道与直流通道送电方向相反，需采取直流功率回降措施。直流功率回降量计算方法如式(3)：
PDC＝PN-0.1P额定
(3)
根据直流额定功率P额定为600MW，直流当前功率PN为300MW，得到直流功率回降量PDC为240MW。
(6)判断直流功率可调制量和交流通道功率大小；
根据PDC＜PAC,执行步骤(7)。
(7)计算还需配合的切机或切负荷量；
巴塘-芒康N-2故障开断后，西藏电网损失350MW功率，柴拉直流功率回降240MW后，西藏电网缺额功率为110MW，按照切负荷量最小过切的原则，还需切除西藏电网负荷116MW。
(8)采取直流功率调制和切机切负荷措施；
根据步骤(5)和步骤(7)计算得到的直流功率回降量和切负荷量，安控系统在2.3秒采取降低柴拉直流送电功率240MW，同时切除西藏电网116MW负荷。
(9)根据发电机低励限制动作信号，采取解列线路措施。
执行步骤(8)后，西藏电网电压升高，藏木发电机无功出力达到-40MVar，2.4秒检测到藏木发电机低励限制动作信号，采取解列步骤(2)中排序第一的线路，即解列澜沧江-芒康一回线路。之后继续检测发电机低励限制动作情况，旁多发电机低励限制动作，继续解列步骤(2)中排序第二的线路，即解列许木-朗县一回线路。系统能够保持稳定运行。
上述故障情况下，西藏电网频率和电压的暂态响应情况如图3至图6所示，图3和图4是只采取直流功率回降和切负荷控制时电压频率和电压仿真结果，图5和图6是未采用本发明控制时电压频率和电压仿真结果。
可以看出，区域电网与主网解列后，采取直流功率回降和切负荷措施不能使系统恢复稳定运行，由于电网电压升高，负荷吸收有功功率大幅增加，将导致系统频率失稳。本发明提出的基于发电机低励限制解列线路的控制措施可以有效缓区域电网与主网解列后的电压升高导致频率失稳问题。在前文所述的故障下，本发明提出的控制策略可将西藏电网频率恢复稳定运行，最低频率为49.2Hz，拉萨站母线的最高电压由1.2pu降低至1.15pu，稳态电压由1.12pu降低至1.08pu，从而验证了该控制方法的有效性。
基于相同的构思，本发明提供一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制系统，可以包括：
直流调制模块：监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
解列模块：判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。
所述解列模块包括用于建立线路集合的线路集合子模块；
所述线路集合子模块包括：
采集单元：采集区域电网运行数据；
排序单元：根据采集的数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度由小到大依次排序，得到线路集合。
所述直流调制模块包括：
第一计算子模块：计算电网的直流功率可调制量；
判断子模块：判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若小于则根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制后转到解列模块，否则转到第二计算子模块；
第二计算子模块：计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施后转到解列模块。
所述采集单元采集的数据包括区域电网与外部电网相联的交流通道功率和直流通道功率以及区域电网500kV线路运行工况。
所述排序单元根据采集模块获取的区域电网运行数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度K由小到大依次排序，得到线路集合。
所述高抗补偿度按下式计算：
式中，K为线路的高抗补偿度，QK为线路两侧高抗容量，QC为线路充电功率。
所述直流调制模块中的所述的交流通道开断故障包括：交流通道N-2故障、交流通道双回线无故障开断。
所述判断子模块中故障前时刻交流通道功率从采集模块获取的区域电网运行数据中提取。
所述第一计算子模块的直流功率可调制量包括直流功率提升量和直流功率回降量；
当交流通道和直流通道送电方向相同时，采取直流功率提升；当交流通道和直流通道送电方向相反时，当采取直流功率回降。
所述直流功率提升量按下式计算：
PDC＝P额定-PN
所述直流功率回降量按下式计算：
PDC＝PN-0.1P额定
式中，PDC为直流功率可调制量，P额定为直流功率额定值，PN为直流功率当前运行值。
所述第二计算子模块采用最小欠切原则计算切机量，采用最小过切原则计算切负荷量。
所述解列模块中的解列措施包括：解列线路集合中排序最高的线路，并将解列后的线路从线路集合中移除。
所述发电机包括区域电网内所有发电机容量大于10MW的机组。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制方法，其特征在于，包括：
监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。
2.如权利要求1所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述解列措施包括：解列线路集合中排序最高的线路，并将解列后的线路从线路集合中移除。
3.如权利要求1所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述线路集合的建立包括：
采集区域电网运行数据；
根据采集的数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度由小到大依次排序，得到线路集合。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采集区域电网运行数据包括采集区域电网与外部电网相联的交流通道功率和直流通道功率以及区域电网500kV线路运行工况。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高抗补偿度按下式计算：
<mrow> <mi>K</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>K</mi> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <mi>C</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
式中，K为线路的高抗补偿度，QK为线路两侧高抗容量，QC为线路充电功率。
6.如权利要求1所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述对电网进行直流功率调制包括：
计算电网的直流功率可调制量；
判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若不小于则根据所述直流功率可调制量进行直流功率调制，若小于则计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量进行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施。
7.如权利要求1所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述交流通道开断故障包括：交流通道N-2故障、交流通道双回线无故障开断。
8.如权利要求6所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述故障前时刻交流通道功率从预先采集的区域电网运行数据中提取。
9.如权利要求6所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述直流功率可调制量包括直流功率提升量和直流功率回降量；
当交流通道和直流通道送电方向相同时，采取直流功率提升；当交流通道和直流通道送电方向相反时，采取直流功率回降。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述直流功率提升量按下式计算：
PDC＝P额定-PN
所述直流功率回降量按下式计算：
PDC＝PN-0.1P额定
式中，PDC为直流功率可调制量，P额定为直流功率额定值，PN为直流功率当前运行值。
11.如权利要求6所述的功率平衡控制方法，其特征在于，所述计算还需配合的切机或切负荷量包括采用最小欠切原则计算切机量，采用最小过切原则计算切负荷量。
12.一种应对频率电压耦合作用的功率平衡控制系统，其特征在于，包括：
直流调制模块：监测到电网发生交流通道开断故障后对电网进行直流功率调制；
解列模块：判断发电机低励限制是否动作，当检测到发电机低励限制动作信号时，依据预先建立的线路集合，对所述电网采取解列措施，直至发电机低励限制不动作。
13.如权利要求12所述的应对频率电压耦合作用的功率平衡控制系统，其特征在于，所述解列模块包括用于建立线路集合的线路集合子模块；
所述线路集合子模块包括：
采集单元：采集区域电网运行数据；
排序单元：根据采集的数据，对500kV双回线运行的线路按照线路的高抗补偿度由小到大依次排序，得到线路集合。
14.如权利要求12所述的应对频率电压耦合作用的功率平衡控制系统，其特征在于，所述直流调制模块包括：
第一计算子模块：计算电网的直流功率可调制量；
判断子模块：判断直流功率可调制量是否小于故障前时刻交流通道功率，若小于则根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制后转到解列模块，否则转到第二计算子模块；
第二计算子模块：计算还需配合的切机或切负荷量，并根据所述直流功率可调制量执行直流功率调制和根据切机或切负荷量执行切机切负荷措施后转到解列模块。
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