CN108400604A - 一种基于异步电网频率特性的控制方法和装置 - Google Patents
一种基于异步电网频率特性的控制方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于异步电网频率特性的控制方法，包括：根据直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数计算异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率和所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并得到高频切机量；判断所述高频切机量是否为零，若是，则判定所述异步电网的频率稳定，若否，则判定所述异步电网的频率不稳定；当判定所述异步电网的频率不稳定时，调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。本发明还公开了一种基于异步电网频率特性的控制装置。采用本发明实施例，能够使异步电网的频率保持稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电网安全稳定控制技术领域，尤其涉及一种基于异步电网频率特性的控制方法和装置。
背景技术
交直流输电并联运行(交直流并联大电网)是指两个交流电力系统之间既有交流输电线联网又有直流输电线相联而形成的交流输电与直流输电彼此并联的联网运行方式。交流输电和直流输电的起点，可以是在送端电网的同一点，也可以是不同地点，其终点往往是在受端电网的不同地点，也可以是同一点。在交直流并联大电网中通常发生大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动导致的功角失稳问题，采用异步联网的方式将送端电网与主网隔离，仅通过直流线路相互连接。异步联网后，送端电网的频率稳定问题及其突出，大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动等严重故障均可能导致送端电网的频率大幅上升，从而导致高频切机装置频繁动作，动作不当将进一步导致电网频率失稳。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种异步电网频率特性的控制方法和装置，以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，使异步电网的频率保持稳定。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于异步电网频率特性的控制方法，包括：
设定直流控制装置的直流频率限制控制功能参数和机组调速装置的水电机组调速参数；
根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；其中，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量；
判断所述高频切机量是否为零，若是，则判定所述异步电网的频率稳定，若否，则判定所述异步电网的频率不稳定；
当判定所述异步电网的频率不稳定时，调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于异步电网频率特性的控制方法通过高频切机装置获取所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率，同时还获取所述异步电网发生受端交流故障后所述异步电网的第二送端频率，然后再通过判断所述高频切机量是否为零，当所述高频切机量为零时，判定所述异步电网的频率稳定；所述高频切机量不为零时，判定所述异步电网的频率不稳定，此时，通过调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数以使所述异步电网的频率稳定。解决了现有技术中异步联网后，送端电网的频率稳定问题及其突出，大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动等严重故障均可能导致送端电网的频率大幅上升，从而导致高频切机装置频繁动作，动作不当将进一步导致电网频率失稳的问题，能够以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，使异步电网的频率保持稳定。
作为上述方案的改进，所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值。
作为上述方案的改进，所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数。
作为上述方案的改进，所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型、机组一次系统实时数字模型、交流电力网络实时数字模型和负荷实时数字模型。
作为上述方案的改进，所述受端交流故障包括交流线路单永故障和交流线路单相短路中开关拒动的故障形式。
本发明实施例还提供了一种基于异步电网频率特性的控制装置，包括：
仿真装置，用于获取异步电网，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
直流控制装置，用于设定直流频率限制控制功能参数；
机组调速装置，用于设定水电机组调速参数；
频率监测装置，用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；还用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
高频切机装置，用于获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于异步电网频率特性的控制装置通过频率监测装置计算所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率和所述异步电网发生受端交流故障后所述异步电网的第二送端频率，然后再通过高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，最后判断所述高频切机量是否为零，当所述高频切机量为零时，判定所述异步电网的频率稳定；所述高频切机量不为零时，判定所述异步电网的频率不稳定，此时，通过调整所述直流控制装置中的直流频率限制控制功能参数和机组调速装置中的水电机组调速参数以使所述异步电网的频率稳定。解决了现有技术中异步联网后，送端电网的频率稳定问题及其突出，大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动等严重故障均可能导致送端电网的频率大幅上升，从而导致高频切机装置频繁动作，动作不当将进一步导致电网频率失稳的问题，能够以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，使异步电网的频率保持稳定。
作为上述方案的改进，所述直流控制装置包括健全直流控制装置和故障直流控制装置，其中，
所述健全直流控制装置用于检测所述异步电网的直流频率，当所述直流频率超过直流频率限制的死区时，控制所述异步电网的直流功率；
所述故障直流控制装置用于发送闭锁命令，以使所述异步电网模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁。
作为上述方案的改进，所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型、机组一次系统实时数字模型、交流电力网络实时数字模型和负荷实时数字模型；
所述基于异步电网频率特性的控制装置还包括稳定控制装置，所述稳定控制装置用于根据所述闭锁命令切除所述机组一次系统实时数字模型和/或所述负荷实时数字模型。
作为上述方案的改进，所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值；所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数。
作为上述方案的改进，所述受端交流故障包括交流线路单永故障和交流线路单相短路中开关拒动的故障形式。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于异步电网频率特性的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于异步电网频率特性的控制方法的另一流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于异步电网频率特性的控制装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种基于异步电网频率特性的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于异步电网频率特性的控制方法的流程图；包括：
S1、计算直流控制装置的直流频率限制控制功能参数和机组调速装置的水电机组调速参数；
S2、根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；其中，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
S3、根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
S4、高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量；
S5、判断所述高频切机量是否为零，若是，则判定所述异步电网的频率稳定，若否，则判定所述异步电网的频率不稳定；
S6、当判定所述异步电网的频率不稳定时，调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。
具体的，参见图2，在步骤S1中，所述直流控制装置用于设定直流频率限制控制功能参数；其中，所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值。所述机组调速装置用于设定水电机组调速参数；其中，所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数。
具体的，在步骤S2中，本方案通过在仿真电网中实施，目的是通过以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，求得能够使异步电网的频率保持稳定的最佳参数，然后再在真实的电网中应用，从而能够避免直接应用在真实的电网中而造成电网故障的问题。因此，通过RTDS仿真器预先搭建用于模拟真实的异步电网的仿真电网。其中，所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型、机组一次系统实时数字模型、交流电力网络实时数字模型和负荷实时数字模型；所述直流一次系统实时数字模型用于模拟直流工程的一次系统，所述机组一次系统实时数字模型用于模拟发电机组，所述交流电力网络实时数字模型用于模拟实际电网的交流网络，所述负荷实时数字模型用于模拟实际电力负荷。
优选的，根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率，其中，在直流一次系统实时数字模型中模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁的过程，比如可以通过发送闭锁指令，使得所述直流一次系统实时数字模型模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁。在此过程中，可以通过采集所述异步电网的送端的水电机组的机端三相电压，再经过锁相环计算得到所述第一送端频率。
具体的，在步骤S3中，根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；其中，在交流电力网络实时数字模型中模拟受端交流故障，并主要考虑交流线路单永故障、交流线路单相短路中开关拒动等不同故障形式。在此过程中，可以通过采集所述异步电网的送端的水电机组的机端三相电压，再经过锁相环计算得到所述第二送端频率。
具体的，在步骤S4中，高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率按照预设的高频切机策略计算高频切机量。其中，所述高频切机策略包括8轮，第一轮的动作定值为f0Hz，之后每轮的动作定值依次提高0.2Hz，时间定值固定为0.2s。
具体的，在步骤S5中，判断所述高频切机量是否为零，若所述高频切机量为零，则所述高频切机装置不会频繁动作，此时，判定所述异步电网的频率是可控的，即频率稳定。若所述高频切机量不为零，则所述高频切机装置频繁动作，此时，判定所述异步电网的频率是不可控的，即频率不稳定。
具体的，在步骤S6中，当判定所述异步电网的频率不稳定时，通过所述直流控制装置调整所述直流频率限制控制功能参数和通过所述机组调速装置调整所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。从而可使所述高频切机装置不会频繁动作，进而可使得所述异步电网保持稳定。
具体实施时，通过高频切机装置获取所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率，同时还获取所述异步电网发生受端交流故障后所述异步电网的第二送端频率，然后再通过判断所述高频切机量是否为零，当所述高频切机量为零时，判定所述异步电网的频率稳定；所述高频切机量不为零时，判定所述异步电网的频率不稳定，此时，通过调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数以使所述异步电网的频率稳定。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于异步电网频率特性的控制方法解决了现有技术中异步联网后，送端电网的频率稳定问题及其突出，大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动等严重故障均可能导致送端电网的频率大幅上升，从而导致高频切机装置频繁动作，动作不当将进一步导致电网频率失稳的问题，能够以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，使异步电网的频率保持稳定。
实施例二
参见图,3，图3是本发明实施例提供的一种基于异步电网频率特性的控制装置的结构示意图；包括：
仿真装置1，用于获取异步电网，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
直流控制装置2，用于设定直流频率限制控制功能参数；所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值；
机组调速装置3，用于设定水电机组调速参数，所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数；
频率监测装置4，用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；还用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
高频切机装置5，用于获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量。
本方案通过在仿真电网中实施，目的是通过以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，求得能够使异步电网的频率保持稳定的最佳参数，然后再在真实的电网中应用，从而能够避免直接应用在真实的电网中而造成电网故障的问题。因此，通过仿真装置1预先搭建用于模拟真实的异步电网的仿真电网，优选的，所述仿真装置1为RTDS仿真器。
其中，参见图4，图4是本发明实施例提供的另一种基于异步电网频率特性的控制装置的结构示意图。所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型11、机组一次系统实时数字模型12、交流电力网络实时数字模型13和负荷实时数字模型14。所述直流一次系统实时数字模型11用于模拟直流工程的一次系统，所述机组一次系统实时数字模型12用于模拟发电机组，所述交流电力网络实时数字模型13用于模拟实际电网的交流网络，所述负荷实时数字模型14用于模拟实际电力负荷。
优选的，所述直流控制装置2包括健全直流控制装置21和故障直流控制装置22，具体的，所述直流控制装置1用于设定直流频率限制控制功能参数；其中，所述直流频率限制控制功能参数可以通过所述健全直流控制装置21设定，所述健全直流控制装置21用于检测所述直流一次系统实时数字模型11的直流频率，当所述直流频率超过直流频率限制的死区时，控制所述直流一次系统实时数字模型11的直流功率，其中，所述直流功率不超过所述直流频率限制控制功能参数中的直流功率的上下限幅值。
具体的，所述直流频率限制控制功能参数也可以通过所述故障直流控制装置22设定。所述故障直流控制装置22用于发送闭锁命令给所述直流一次系统实时数字模型11，以使所述异步电网中的所述直流一次系统实时数字模型11模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁。
优选的，所述基于异步电网频率特性的控制装置还包括稳定控制装置6，所述稳定控制装置6用于接收所述故障直流控制装置22发送的所述闭锁命令，并根据所述闭锁命令切除所述机组一次系统实时数字模型12和/或所述负荷实时数字模型14，以使所述异步电网保持稳定，并将切除所述机组一次系统实时数字模型12和/或所述负荷实时数字模型14的结果反馈给所述故障直流控制装置22。
优选的，所述频率监测装置4根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述直流一次系统实时数字模型11发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率，其中，在所述直流一次系统实时数字模型11中模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁的过程，在此过程中，可以通过采集所述机组一次系统实时数字模型12的送端的水电机组的机端三相电压，再经过锁相环计算得到所述第一送端频率。
优选的，所述直流一次系统实时数字模型11模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁时考虑所述稳定控制装置6动作以及稳定控制装置6拒动等不同故障形式。优选的，当所述稳定控制装置6动作时，能够切除所述机组一次系统实时数字模型12和/或所述负荷实时数字模型14，当所述稳定控制装置6拒动时，所述稳定控制装置6不切除所述机组一次系统实时数字模型12和/或所述负荷实时数字模型14。
具体的，所述频率监测装置4根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述交流电力网络实时数字模型13发生受端交流故障后的第二送端频率；其中，在所述交流电力网络实时数字模型13中模拟受端交流故障，并主要考虑交流线路单永故障、交流线路单相短路中开关拒动等不同故障形式。在此过程中，可以通过采集所述机组一次系统实时数字模型12的送端的水电机组的机端三相电压，再经过锁相环计算得到所述第二送端频率。
具体的，所述高频切机装置5获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率按照预设的高频切机策略计算高频切机量。其中，所述高频切机策略可以根据所述机组一次系统实时数字模型12进行设定，优选的，所述高频切机策略包括8轮，第一轮的动作定值为f0Hz，之后每轮的动作定值依次提高0.2Hz，时间定值固定为0.2s。
具体的，可以通过上位机判断所述高频切机量是否为零，若所述高频切机量为零，则所述高频切机装置5不会频繁动作，此时，判定所述异步电网的频率是可控的，即频率稳定。若所述高频切机量不为零，则所述高频切机装置5频繁动作，此时，判定所述异步电网的频率是不可控的，即频率不稳定。
具体的，当判定所述异步电网的频率不稳定时，通过所述直流控制装置2调整所述直流频率限制控制功能参数和通过所述机组调速装置3调整所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。从而可使所述高频切机装置5不会频繁动作，进而可使得所述异步电网保持稳定。
具体实施时，通过频率监测装置4计算所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率和所述异步电网发生受端交流故障后所述异步电网的第二送端频率，然后再通过高频切机装置5获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，最后判断所述高频切机量是否为零，当所述高频切机量为零时，判定所述异步电网的频率稳定；所述高频切机量不为零时，判定所述异步电网的频率不稳定，此时，通过调整所述直流控制装置2中的直流频率限制控制功能参数和机组调速装置3中的水电机组调速参数以使所述异步电网的频率稳定。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于异步电网频率特性的控制装置解决了现有技术中异步联网后，送端电网的频率稳定问题及其突出，大容量直流闭锁以及单相短路中开关拒动等严重故障均可能导致送端电网的频率大幅上升，从而导致高频切机装置频繁动作，动作不当将进一步导致电网频率失稳的问题，能够以高频切机量为控制目标计算并整定对异步电网频率特性影响最大的直流频率限制控制功能参数和水电机组调速参数，使异步电网的频率保持稳定。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于异步电网频率特性的控制方法，其特征在于，包括：
设定直流控制装置的直流频率限制控制功能参数和机组调速装置的水电机组调速参数；
根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；其中，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
高频切机装置获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量；
判断所述高频切机量是否为零，若是，则判定所述异步电网的频率稳定，若否，则判定所述异步电网的频率不稳定；
当判定所述异步电网的频率不稳定时，调整所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数直至所述高频切机量为零。
2.如权利要求1所述的基于异步电网频率特性的控制方法，其特征在于，所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值。
3.如权利要求1所述的基于异步电网频率特性的控制方法，其特征在于，所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数。
4.如权利要求1所述的基于异步电网频率特性的控制方法，其特征在于，所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型、机组一次系统实时数字模型、交流电力网络实时数字模型和负荷实时数字模型。
5.如权利要求1所述的基于异步电网频率特性的控制方法，其特征在于，所述受端交流故障包括交流线路单永故障和交流线路单相短路中开关拒动的故障形式。
6.一种基于异步电网频率特性的控制装置，其特征在于，包括：
仿真装置，用于获取异步电网，所述异步电网为预先搭建的用于模拟真实的异步电网的仿真电网；
直流控制装置，用于设定直流频率限制控制功能参数；
机组调速装置，用于设定水电机组调速参数；
频率监测装置，用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生直流单极闭锁和直流双极闭锁后的第一送端频率；还用于根据所述直流频率限制控制功能参数和所述水电机组调速参数计算所述异步电网发生受端交流故障后的第二送端频率；
高频切机装置，用于获取所述第一送端频率和所述第二送端频率，并根据所述第一送端频率和所述第二送端频率得到高频切机量。
7.如权利要求6所述的基于异步电网频率特性的控制装置，其特征在于，所述直流控制装置包括健全直流控制装置和故障直流控制装置，其中，
所述健全直流控制装置用于检测所述异步电网的直流频率，当所述直流频率超过直流频率限制的死区时，控制所述异步电网的直流功率；
所述故障直流控制装置用于发送闭锁命令，以使所述异步电网模拟直流单极闭锁和直流双极闭锁。
8.如权利要求7所述的基于异步电网频率特性的控制装置，其特征在于，所述异步电网包括直流一次系统实时数字模型、机组一次系统实时数字模型、交流电力网络实时数字模型和负荷实时数字模型；
所述基于异步电网频率特性的控制装置还包括稳定控制装置，所述稳定控制装置用于根据所述闭锁命令切除所述机组一次系统实时数字模型和/或所述负荷实时数字模型。
9.如权利要求6所述的基于异步电网频率特性的控制装置，其特征在于，所述直流频率限制控制功能参数包括第一PID参数、直流频率限制的死区、直流功率的上下限幅值和投退定值；所述水电机组调速参数包括第二PID参数、调差系数、调频死区和水锤效应时间常数。
10.如权利要求6所述的基于异步电网频率特性的控制装置，其特征在于，所述受端交流故障包括交流线路单永故障和交流线路单相短路中开关拒动的故障形式。
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