CN108321818A - 多直流功率紧急支援协调控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多直流功率紧急支援协调控制策略，针对多直流馈入电网在发生网内大功率区外来电失去或大功率机组跳闸故障时，若功率缺额大于该区域电网的最大可承受不平衡功率，利用网内其他非故障直流的紧急功率支援能力，快速有效调节注入交流系统的直流功率，将多直流馈入的受端电网的功率缺额有序地分摊到通过直流异步互联的送端电网。该策略能够基于交直流系统的当前运行状态以及交直流电网的固有特性，在线实时确定网内多回直流的紧急支援功率量，一方面确保直流短时最大的紧急支援能力得到充分发挥，另一方面避免紧急控制指令不合理导致的连锁事故的发生，提高电网的暂态稳定性。

Description

多直流功率紧急支援协调控制策略

技术领域

本发明涉及一种多直流功率紧急支援协调控制策略，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

目前，我国多个地区已经形成了多直流馈入的网架格局，直流容量在整个电力输送容量中的比例显著提高，直流特性对电网安全稳定性的影响成为一个备受关注的问题。直流输电系统的控制调节能执行快速和多种方式调节，不仅能保证直流输电的各种输送方式，完善直流输电系统本身的运行特性，而且还可改善两端交流系统的运行性能。因此，直流输电的控制调节对整个交直流系统的安全和经济运行起着重要作用。

直流紧急功率支援(emergency DC power support，EDCPS)作为提高电力系统频率稳定性的一种紧急措施，其本质是利用直流系统功率快速可控的特点，根据输入信号调节直流的传输功率，快速吸收或补偿所连交流的功率过剩或缺额，从而改善交流系统的频率稳定性。相比于常规控制措施，直流功率紧急控制不仅调节速度快，而且调节容量大。

一般情况下，当单回直流中某一极发生异常情况而闭锁时，换流站主控系统能够将该极的直流功率紧急转移到尚有输送裕度的另一极。对于多回直流输电线的互联系统，当某一回线路出现闭锁时，同样可以将功率紧急转至其他回直流。然而直流控制系统在紧急调整输送有功功率的同时，不仅改变换流站消耗的无功功率，也影响了换流站所在的交流系统的安全稳定裕度。当直流换流站与弱交流系统相连接时，在功率命令不平衡或利用该端进行直流功率调制的容量过大时，不仅容易造成直流换相失败，而且有可能影响该端直流所在交流系统的安全稳定性，从而影响整个系统的运行性能。

另外，直流功率支援与常规的紧急控制措施相比最大差异在于，交流紧急控制是由故障发生电网独自承担故障扰动，控制本身不会对异步相连的电网造成影响，而直流功率支援则会对直流送受端电网同时产生影响。当受端电网出现大功率缺额扰动时，需要大容量、多直流功率支援才能维持电网稳定，会引起各直流送端电网均出现不平衡功率，影响电网潮流分布，造成频率波动，协调好多直流功率支援的控制尤为重要。

因此，在大功率扰动故障后，为确保系统可用资源最大限度的利用，同时避免恶化系统稳定性，需针对当前的运行方式确定最佳的直流功率紧急支援策略。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多直流功率紧急支援协调控制策略。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

多直流功率紧急支援协调控制策略，包括，

各区域电网的直流控制子站实时计算直流当前最大可提升功率，即直流当前最大支援量，并实时上传给直流控制主站；

各区域电网的直流控制主站接收所辖直流控制子站上传的直流当前最大支援量，并上送至区域电网控制主站；

各区域电网的控制主站确定本区域电网当前可支援量，并上送给跨区控制总站；

跨区控制总站接受各区域电网的当前可支援量；

当一区域电网发生功率缺额故障扰动后，控制主站向跨区控制总站提出跨区直流功率紧急支援，并发送功率缺额总量；

跨区控制总站根据功率缺额总量，向其他区域电网的控制主站下发各区域电网的支援量；

区域电网控制主站向直流控制主站下发支援量；

直流控制主站向各直流控制子站下发直流功率提升量；

直流控制子站执行功率提升。

直流当前最大可提升功率的计算公式为，

ΔP_max＝min(P_max.dc-P₀,P_max.on-P₀,P_max.ac-P₀)

其中，ΔP_max为直流当前最大可提升功率，P₀为直流当前的运行功率，P_max.dc为直流的最大过负荷能力，P_max.on为直流在当前运行状态下能够提升至的最大功率，P_max.ac为直流近区的潮流疏散断面能够承受的直流最大运行功率。

确定区域电网当前可支援量maxz的计算过程为，

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，m为区域电网内直流总条数；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，

其中；L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_jmax为是第j个重要断面的稳定运行极限；

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_imax为第i条直流当前最大可提升功率。

功率缺额总量的分配方法，

1)确定受端区域电网直流所在送端区域电网的直流功率紧急支援优先级；

2)根据优先级排序各送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′,...,z_g；其中，g为送端区域电网的总数，z_g′为第g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力；

定义功率缺额总量为ΔP_总，令g′＝1，P_total＝0；

3)P′_total＝P_total+z_g′，若P′_total＜ΔP_总，则令g″＝g′+1，将g″赋值给g′，P′_total赋值给P_total，并转回步骤3；否则ΔP_总-P_total赋值给z_g′，则确定前g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′。

跨区控制总站根据功率缺额故障扰动信息，确定是否为直流故障，且存在故障直流同送出同馈入的其他非故障直流，若成立，则将故障直流所在送端区域电网的优先级置前。

确定各直流控制子站直流功率提升量的方法为，

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量为本区域电网当前可支援量，那么各直流控制子站的直流功率提升量即为直流当前最大支援量；

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量小于本区域电网当前可支援量，则需要优化各直流功率提升量，

定义优化目标函数为

其中，L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，m为区域电网内直流总条数，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_jmax为是第j个重要断面的稳定运行极限；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_imax为第i条直流当前最大可提升功率；

所有直流功率提升总量，

其中，ΔP为区域电网所有直流功率提升总量。

当受端区域电网控制主站检测到功率缺额总量大于该区域的安全最大可承受功率时，立即向跨区控制总站申请启动跨区直流功率紧急支援，并将功率缺额总量上传给跨区控制总站；

接收跨区控制总站下发的直流功率紧急支援，若计及直流功率紧急支援量后的功率缺额仍然大于该区域最大可承受不平衡功率，则向其他控制资源主站申请采取本区域内的其他紧急控制措施。

本发明所达到的有益效果：本发明针对多直流馈入电网在发生网内大功率区外来电失去或大功率机组跳闸故障时，若功率缺额大于该区域电网的最大可承受不平衡功率，利用网内其他非故障直流的紧急功率支援能力，快速有效调节注入交流系统的直流功率，将多直流馈入的受端电网的功率缺额有序地分摊到通过直流异步互联的送端电网；本发明能够基于交直流系统的当前运行状态以及交直流电网的固有特性，在线实时确定网内多回直流的紧急支援功率量，一方面确保直流短时最大的紧急支援能力得到充分发挥，另一方面避免紧急控制指令不合理导致的连锁事故的发生，提高电网的暂态稳定性。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，系统分为四层结构，从上往下依次为跨区控制总站、各区域电网的控制主站、各区域电网的直流控制主站以及各区域电网的直流控制子站，针对多直流馈入电网的功率缺额事故，由各直流控制子站、各区域电网的直流控制主站、各区域电网的控制主站、跨区控制主站之间的协调配合，使各区域电网能合理地提供功率支援，在有序地支援故障电网频率恢复的同时，避免非故障区域电网稳定性的破坏。

如图2所示，多直流功率紧急支援协调控制策略，具体如下：

A)各区域电网的直流控制子站实时计算直流当前最大可提升功率，即直流当前最大支援量，并实时上传给直流控制主站。

直流当前最大可提升功率的计算公式为：

ΔP_max＝min(P_max.dc-P₀,P_max.on-P₀,P_max.ac-P₀)

其中，ΔP_max为直流当前最大可提升功率，P₀为直流当前的运行功率，P_max.dc为直流的最大过负荷能力，P_max.on为直流在当前运行状态下能够提升至的最大功率，P_max.ac为直流近区的潮流疏散断面能够承受的直流最大运行功率。

B)各区域电网的直流控制主站接收所辖直流控制子站上传的直流当前最大支援量，并上送至区域电网控制主站。

C)各区域电网的控制主站确定本区域电网当前可支援量，并上送给跨区控制总站。

区域电网控制主站接收直流控制主站实时上传的各直流的当前最大支援量，同时实时监测区域电网内重要断面的功率交换量，并根据系统当前开机和负荷水平确定系统实时可承受的最大不平衡功率，依据重要断面的安全稳定约束条件，确定区域电网当前可支援量。

具体公式为：

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，m为区域电网内直流总条数；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，重要断面包括区域电网内的联络线断面和运行方式安排时重点关注的其他的输电线路，

其中；L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_jmax为是第j个重要断面的稳定运行极限；

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_imax为第i条直流当前最大可提升功率。

D)跨区控制总站接受各区域电网的当前可支援量。

E)当一区域电网发生功率缺额故障扰动后，控制主站向跨区控制总站提出跨区直流功率紧急支援，并发送功率缺额总量。

当受端区域电网(即发生功率缺额故障扰动的区域电网)控制主站检测到功率缺额总量大于该区域的安全最大可承受功率时，立即向跨区控制总站申请启动跨区直流功率紧急支援，并将功率缺额总量上传给跨区控制总站。

接收跨区控制总站下发的直流功率紧急支援，若计及直流功率紧急支援量后的功率缺额仍然大于该区域最大可承受不平衡功率，则向其他控制资源主站申请采取本区域内的其他紧急控制措施。

F)跨区控制总站根据功率缺额总量，向其他区域电网的控制主站下发各区域电网的支援量。

功率缺额总量的分配方法：

1)确定受端区域电网直流所在送端区域电网的直流功率紧急支援优先级；

跨区控制总站根据功率缺额故障扰动信息，确定是否为直流故障，且存在故障直流同送出同馈入的其他非故障直流，若成立，则将故障直流所在送端区域电网的优先级置前；

2)根据优先级排序各送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′,...,z_g；其中，g为送端区域电网的总数，z_g′为第g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力；

定义功率缺额总量为ΔP_总，令g′＝1，P_total＝0；

3)P′_total＝P_total+z_g′，若P′_total＜ΔP_总，则令g″＝g′+1，将g″赋值给g′，P′_total赋值给P_total，并转回步骤3；否则ΔP_总-P_total赋值给z_g′，则确定前g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′。

G)区域电网控制主站向直流控制主站下发支援量。

H)直流控制主站向各直流控制子站下发直流功率提升量。

确定各直流控制子站直流功率提升量的方法为：

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量为本区域电网当前可支援量，那么各直流控制子站的直流功率提升量即为直流当前最大支援量；

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量小于本区域电网当前可支援量，则需要优化各直流功率提升量，

定义优化目标函数为

其中，L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，m为区域电网内直流总条数，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_jmax为是第j个重要断面的稳定运行极限；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_imax为第i条直流当前最大可提升功率；

所有直流功率提升总量，

其中，ΔP为区域电网所有直流功率提升总量。

I)直流控制子站执行功率提升。

上述策略针对多直流馈入电网在发生网内大功率区外来电失去或大功率机组跳闸故障时，若功率缺额大于该区域电网的最大可承受不平衡功率，利用网内其他非故障直流的紧急功率支援能力，快速有效调节注入交流系统的直流功率，将多直流馈入的受端电网的功率缺额有序地分摊到通过直流异步互联的送端电网。

上述策略能够基于交直流系统的当前运行状态以及交直流电网的固有特性，在线实时确定网内多回直流的紧急支援功率量，一方面确保直流短时最大的紧急支援能力得到充分发挥，另一方面避免紧急控制指令不合理导致的连锁事故的发生，提高电网的暂态稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：包括，

各区域电网的直流控制子站实时计算直流当前最大可提升功率，即直流当前最大支援量，并实时上传给直流控制主站；

各区域电网的直流控制主站接收所辖直流控制子站上传的直流当前最大支援量，并上送至区域电网控制主站；

各区域电网的控制主站确定本区域电网当前可支援量，并上送给跨区控制总站；

跨区控制总站接受各区域电网的当前可支援量；

当一区域电网发生功率缺额故障扰动后，控制主站向跨区控制总站提出跨区直流功率紧急支援，并发送功率缺额总量；

跨区控制总站根据功率缺额总量，向其他区域电网的控制主站下发各区域电网的支援量；

区域电网控制主站向直流控制主站下发支援量；

直流控制主站向各直流控制子站下发直流功率提升量；

直流控制子站执行功率提升。

2.根据权利要求1所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：直流当前最大可提升功率的计算公式为，

ΔP_max＝min(P_max.dc-P₀,P_max.on-P₀,P_max.ac-P₀)

其中，ΔP_max为直流当前最大可提升功率，P₀为直流当前的运行功率，P_max.dc为直流的最大过负荷能力，P_max.on为直流在当前运行状态下能够提升至的最大功率，P_max.ac为直流近区的潮流疏散断面能够承受的直流最大运行功率。

3.根据权利要求1所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：确定区域电网当前可支援量max z的计算过程为，

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，m为区域电网内直流总条数；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，

其中；L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_{j max}为是第j个重要断面的稳定运行极限；

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_{i max}为第i条直流当前最大可提升功率。

4.根据权利要求1所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：功率缺额总量的分配方法，

1)确定受端区域电网直流所在送端区域电网的直流功率紧急支援优先级；

2)根据优先级排序各送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′,...,z_g；其中，g为送端区域电网的总数，z_g′为第g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力；

定义功率缺额总量为ΔP_总，令g′＝1，P_total＝0；

3)P_to′_tal＝P_total+z_g′，若P_to′_tal＜ΔP_总，则令g″＝g′+1，将g″赋值给g′，P_to′_tal赋值给P_total，并转回步骤3；否则ΔP_总-P_total赋值给z_g′，则确定前g′个送端区域电网的直流功率紧急支援能力为z₁,z₂,...,z_g′。

5.根据权利要求4所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：跨区控制总站根据功率缺额故障扰动信息，确定是否为直流故障，且存在故障直流同送出同馈入的其他非故障直流，若成立，则将故障直流所在送端区域电网的优先级置前。

6.根据权利要求1所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：确定各直流控制子站直流功率提升量的方法为，

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量为本区域电网当前可支援量，那么各直流控制子站的直流功率提升量即为直流当前最大支援量；

若区域电网控制主站向直流控制主站下发的支援量总量小于本区域电网当前可支援量，则需要优化各直流功率提升量，

定义优化目标函数为

其中，L_j为直流功率提升后第j个重要断面的输送功率，j为整数，j∈[1,n]，m为区域电网内直流总条数，n为重要断面的数量，k_ij为第i条直流对第j个重要断面的功率转移比，L_j0为第j个重要断面的初始运行功率值，L_{j max}为是第j个重要断面的稳定运行极限；

约束条件为：

区域电网可承受的最大不平衡功率，

其中，ΔP_i为区域电网内第i条直流当前可提升功率，L_max为区域电网可承受的最大不平衡功率；

重要断面的潮流输送极限，

各条直流当前最大可提升功率，

其中，ΔP_{i max}为第i条直流当前最大可提升功率；

所有直流功率提升总量，

其中，ΔP为区域电网所有直流功率提升总量。

7.根据权利要求1所述的多直流功率紧急支援协调控制策略，其特征在于：当受端区域电网控制主站检测到功率缺额总量大于该区域的安全最大可承受功率时，立即向跨区控制总站申请启动跨区直流功率紧急支援，并将功率缺额总量上传给跨区控制总站；

接收跨区控制总站下发的直流功率紧急支援，若计及直流功率紧急支援量后的功率缺额仍然大于该区域最大可承受不平衡功率，则向其他控制资源主站申请采取本区域内的其他紧急控制措施。