CN107994598B - 一种交直流协调控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种交直流协调控制方法及系统，包括：当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；然后计算电网孤岛运行后的功率盈余；根据所述功率盈余进行交直流协调控制。本发明提供的技术方案为柔性直流工程接入的电网规划、运行等方面提供参考，为孤岛经柔直送出系统安全稳定控制系统的设计提供依据。

Description

一种交直流协调控制方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种交直流协调控制方法及系统。
背景技术
随着交直流互联电网安全稳定运行水平日益提升的需要，以及可再生能源发电的飞速发展，柔性直流输电(VSC-HVDC)技术已经成为保障输电安全性与可靠性的最优选择之一，并已在全球范围内应用到可再生能源发电并网、城市供电、交流系统的非同步互联与电力市场交易以及多端直流输电等领域。
对于送端交流电网经直流输电送出的系统，当送端电源与直流输电构成孤岛送电系统时，若采用的是传统直流输电技术，则系统面临振荡失稳的风险，极易造成系统失稳、直流闭锁的后果，需要采取复杂的稳控措施以保障孤岛送出系统的稳定。而柔性直流与传统直流相比，具有有功/无功独立调节、自换相、潮流反转电压极性不变、无需无功补偿设备等技术优势，可以实现柔性直流与送端交流孤岛电网的协调控制，保障孤岛经柔直送出的系统稳定运行。
柔性直流送端交流电网成为孤岛后，保障孤岛送出系统稳定运行的关键是柔性直流输送功率与孤岛交流电网盈余功率之间的协调控制问题，以及如何维持孤岛交流电网频率稳定问题。柔性直流送端交流电网一旦形成孤岛，交流电网的规模相对缩小，柔性直流送端交流电网强度降低，柔性直流控制模式需要与孤岛交流电网强度之间协调匹配，以保障柔性直流与送端孤岛交流电网的稳定运行。
目前，针对柔性直流送端交流电网形成孤岛后的运行控制问题，还没有相关评估方法可供参考。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种交直流协调控制方法及系统，为柔性直流工程接入的电网规划、运行等方面提供参考，为孤岛经柔直送出系统安全稳定控制系统的设计提供依据。
一种交直流协调控制方法，包括：
当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；
然后计算电网孤岛运行后的功率盈余；
根据所述功率盈余进行交直流协调控制。
进一步的，所述调整柔性直流换流站的有功控制模式包括：将送端由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制。
进一步的，所述计算电网孤岛运行后的功率盈余如下式所示：
Figure BDA0001452057750000021
其中，Ps为交流电网孤岛运行后的功率盈余；Pline为发生故障的交流线路i在发生故障前的运行功率；j为发生故障的交流线路条数。
进一步的，所述根据所述功率盈余进行交直流协调控制包括：
当功率盈余大于零时，若功率盈余大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施消除送端交流电网孤岛的过剩功率；若功率盈余小于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则不动作；
当功率盈余小于零时，若功率盈余绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率；若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率。
进一步的，所述根据所述功率盈余进行交直流协调控制还包括：
将与交流电网孤岛相联的柔性直流有功功率控制模式切换为定频率控制模式。
进一步的，所述柔性直流送端交流电网孤岛来源于导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
所述导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集是通过仿真得到的。一种交直流协调控制系统，包括：
调整模块，用于当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；
计算模块，用于计算电网孤岛运行后的功率盈余；
控制模块，用于根据所述功率盈余进行交直流协调控制。
进一步的，所述调整模块，用于，
将送端由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制。
进一步的，所述控制模块包括：
大于零子模块，用于当功率盈余大于零时，若功率盈余大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施消除送端交流电网孤岛的过剩功率；若功率盈余小于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则不动作；
小于零子模块，用于当功率盈余小于零时，若功率盈余绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率；若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率。
进一步的，所述控制模块还包括：
切换子模块，用于将与交流电网孤岛相联的柔性直流有功功率控制模式切换为定频率控制模式。
进一步的，还包括：
仿真模块，用于所述柔性直流送端交流电网孤岛来源于导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
所述导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集是通过仿真得到的。
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：
本发明提供的技术方案为柔性直流工程接入的电网规划、运行等方面提供参考，为孤岛经柔直送出系统安全稳定控制系统的设计提供依据。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明实施例中交直流协调控制方法流程图；
图3为本发明实施例中某背靠背柔直工程北通道送端孤岛电网结构图；
图4为本发明实施例中检修方式下万县-九盘三永N-2后送端孤岛母线频率示意图；
图5为本发明实施例中采取协调控制措施后渝鄂柔直送端交流系统频率示意图。
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。
本发明提供了一种交直流协调控制方法，如图1所示，包括：
当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；
然后计算电网孤岛运行后的功率盈余；
根据所述功率盈余进行交直流协调控制。
本发明实施例的一种交直流协调控制方法流程图如图2所示。该方法包括：
(1).搭建柔性直流接入交流电网的数据模型；
(2).构建可导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
(3).步骤(2)故障集中的故障发生后，调整柔性直流送受端换流站的有功控制模式；
(4).计算柔性直流送端交流电网孤岛运行后的功率盈余；
(5).判断步骤(4)得到的功率盈余是否大于零，根据判断结果转至步骤(6)或(7)；
(6).盈余功率大于零，且大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施，消除送端交流孤岛电网的过剩功率，否则转步骤(8)；
(7).盈余功率小于零，若盈余功率绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率，若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率；
(8).将与交流孤岛相联的柔性直流有功控制模式切换为定频率控制，以控制孤岛交流电网频率稳定。
步骤(1)：采用电力系统仿真软件，根据柔性直流送受端交流电网的结构，搭建柔性直流接入交流电网的潮流数据、稳定数据模型。
步骤(2)：结合柔性直流送端交流电网结构特点，对其外联交流输电通道进行正常方式和检修方式下的N-1/N-2故障扫描，判断柔性直流送端交流电网在这些故障发生后，是否有形成为交流孤岛电网的风险，将导致送端形成孤岛电网的故障构成故障集。
步骤(3)：当步骤(2)中的故障发生后，调整柔性直流送受端的有功控制模式，将送端由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制。
步骤(4)：计算柔性直流送端交流电网孤岛运行后的功率盈余Ps，采用以下计算公式：
Figure BDA0001452057750000041
其中，Ps为交流电网孤岛运行后的功率盈余；Pline为发生故障的交流线路i在发生故障前的运行功率，采取流出孤岛电网的方向为潮流的正方向；j为发生故障的交流线路条数。
步骤(5)：判断步骤(4)得到的功率盈余是否大于零，根据判断结果转至步骤(6)或(7)。
步骤(6)：盈余功率大于零，且大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施，消除送端交流孤岛电网的过剩功率，否则转步骤(8)。
步骤(7)：盈余功率小于零，若盈余功率绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率，柔性直流速降功率的定值为|Ps|；若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率，反转后的输送功率采用如下公示计算：
P′VSC＝|PS|-PVSC
其中，P′VSC为柔性直流功率反转后的输送功率数值，功率方向为注入孤岛交流电网，PVSC为柔性直流送端成为孤岛前的输送功率数值。
步骤(8)：将与交流孤岛相联的柔性直流有功控制模式切换为定频率控制，以控制孤岛交流电网频率稳定，并最终输出结果。
下面以某柔直背靠背工程北通道为例，对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
(1)搭建柔性直流接入交流电网的数据模型
渝鄂柔直背靠背工程实施后，其北通道送端横路电厂在特殊运行条件下会形成孤岛送电模式。渝鄂柔性直流北通道满送功率2500MW。在PSD-BPA程序中，建立渝鄂背靠背柔性直流输电的网架数据，系统基准容量取100MVA，设备参数均取以系统基准容量为参考的标幺值。具体电网结构如附图3所示。
(2)构建可导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集
万县-九盘三回线在单回线检修方式下，剩余两回线路发生三永N-2故障，渝鄂柔性直流北通道送端形成孤岛。将万县-九盘三回线轮流单回检修，则生成三种N-2故障，由此即可生成导致渝鄂柔直背靠背北通道送端形成孤岛的故障集。万县-九盘单回线路检修，剩余两回线发生N-2后，送端孤岛系统频率失去稳定，如图4所示。
(3)调整柔性直流送受端换流站的有功控制模式
调整柔性直流送受端的有功控制模式，将渝鄂柔直北通道送端换流站由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制。
(4)计算柔性直流送端交流电网孤岛运行后的功率盈余
根据万县-九盘N-2故障前输送功率，可以确定送端孤岛后，功率盈余为-1500MW，功率盈余小于零。
(5)速降渝鄂柔直北通道运行功率
根据第(4)步得到的送端孤岛后功率盈余数值，采取速降渝鄂柔直北通道运行功率的控制措施，速降功率1500MW。
(6)将与交流孤岛相联的柔性直流交流控制模式切换为定频率控制
将与交流孤岛相联的渝鄂柔直北通道送端换流站的有功控制模式切换为定频率控制，进一步控制孤岛交流电网频率稳定。采取速降和定频率控制模式后，送端孤岛系统频率如图5所示。
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范围当中。

Claims (9)

1.一种交直流协调控制方法，其特征在于，包括：
该方法包括如下步骤：
(1)搭建柔性直流接入交流电网的数据模型；
(2)构建可导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
(3)步骤(2)故障集中的故障发生后，调整柔性直流送受端换流站的有功控制模式；
(4)计算柔性直流送端交流电网孤岛运行后的功率盈余；
(5)判断步骤(4)得到的功率盈余是否大于零，根据判断结果转至步骤(6)或(7)；
(6)盈余功率大于零，且大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施，消除送端交流孤岛电网的过剩功率，否则转步骤(8)；
(7)盈余功率小于零，若盈余功率绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率，若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率；
(8)将与交流孤岛相联的柔性直流有功控制模式切换为定频率控制，以控制孤岛交流电网频率稳定；
所述步骤(1)：采用电力系统仿真软件，根据柔性直流送受端交流电网的结构，搭建柔性直流接入交流电网的潮流数据、稳定数据模型；
所述步骤(2)：结合柔性直流送端交流电网结构特点，对其外联交流输电通道进行正常方式和检修方式下的N-1/N-2故障扫描，判断柔性直流送端交流电网在这些故障发生后，是否有形成为交流孤岛电网的风险，将导致送端形成孤岛电网的故障构成故障集；
所述步骤(3)：当步骤(2)中的故障发生后，调整柔性直流送受端的有功控制模式，将送端由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制；
当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；
然后计算电网孤岛运行后的功率盈余；
根据所述功率盈余进行交直流协调控制。
2.如权利要求1所述的一种交直流协调控制方法，其特征在于，所述计算电网孤岛运行后的功率盈余如下式所示：
Figure FDA0003577091200000021
其中，Ps为交流电网孤岛运行后的功率盈余；Pline为发生故障的交流线路i在发生故障前的运行功率；j为发生故障的交流线路条数。
3.如权利要求1所述的一种交直流协调控制方法，其特征在于，所述根据所述功率盈余进行交直流协调控制包括：
当功率盈余大于零时，若功率盈余大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施消除送端交流电网孤岛的过剩功率；若功率盈余小于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则不动作；
当功率盈余小于零时，若功率盈余绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率；若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率。
4.如权利要求3所述的一种交直流协调控制方法，其特征在于，所述根据所述功率盈余进行交直流协调控制还包括：
将与交流电网孤岛相联的柔性直流有功功率控制模式切换为定频率控制模式。
5.如权利要求1所述的一种交直流协调控制方法，其特征在于，所述柔性直流送端交流电网孤岛来源于导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
所述导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集是通过仿真得到的。
6.如权利要求1的一种交直流协调控制方法用的系统，其特征在于，包括：
调整模块，用于当发生柔性直流送端交流电网孤岛时，调整柔性直流换流站的有功控制模式；
计算模块，用于计算电网孤岛运行后的功率盈余；
控制模块，用于根据所述功率盈余进行交直流协调控制；
所述控制模块包括：
大于零子模块，用于当功率盈余大于零时，若功率盈余大于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则采取切机措施消除送端交流电网孤岛的过剩功率；若功率盈余小于孤岛系统中主力电厂单台机组运行功率，则不动作；
小于零子模块，用于当功率盈余小于零时，若功率盈余绝对值小于柔性直流输送功率，则速降柔性直流运行功率；若盈余功率绝对值大于柔性直流输送功率，则反转柔性直流输送功率。
7.如权利要求6所述的一种交直流协调控制方法用的系统，其特征在于，所述调整模块，用于，
将送端由定直流电压控制切换为定有功功率控制，将受端由定有功功率控制切换为定直流电压控制。
8.如权利要求7所述的一种交直流协调控制方法用的系统，其特征在于，所述控制模块还包括：
切换子模块，用于将与交流电网孤岛相联的柔性直流有功功率控制模式切换为定频率控制模式。
9.如权利要求6所述的一种交直流协调控制方法用的系统，其特征在于，还包括：仿真模块，用于所述柔性直流送端交流电网孤岛来源于导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集；
所述导致柔性直流送端交流电网孤岛运行的故障集是通过仿真得到的。
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