CN108493978A - 一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法及系统 - Google Patents

一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法及系统 Download PDF

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易俊
贾俊川
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Abstract

本发明公开了一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法及系统，所述方法包括：采集电力系统信息；根据所述电力系统信息，对潮流合理性进行分析；当所述潮流合理性的分析结果为合理时，设置所述控制方法的决策变量，以及根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数；确定运行功率的约束条件；根据所述优化目标函数和约束条件，确定所述控制方法的决策变量值。本发明运用约束优化的方法进行功率协调控制，在保证电网安全稳定运行的前提下实现了经济效益最大化的目标。

Description

一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方 法及系统
技术领域
本发明涉及输电工程技术领域，更具体地，涉及一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法及系统。
背景技术
基于电压源型换流器的高压直流输电技术(Voltage Source Converter basedHigh Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC)概念的柔性直流输电技术最早于1990年由加拿大McGill大学Boon-Teck等学者提出。该直流输电技术通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断，来改变输出电压的相角和幅值，实现对交流侧有功功率和无功功率的控制，达到功率输送和稳定电网等目的。
柔性直流输电工程能够实现有功和无功功率的快速控制，阻断跨区互联电网的区域内部故障向对侧传导，提高大区互联电网的供电可靠性，节约输电通道资源，提高输电技术水平，提高水电、新能源电力的消纳能力，实现电网的可持续发展。因此国家电网公司正在建设渝鄂柔性直流背靠背输电工程、张北柔直联网工程等多个柔性直流输电跨省、区联网工程。
柔性直流输电联网工程投运后，电网结构发生重大变化，不可避免地会出现与交流系统近区电厂共用电力外送通道的情况。在部分运行方式下，受限于外送通道功率限额及近区线路发生三相短路接地故障造成稳定破坏的暂态稳定约束，柔直工程与交流系统近区电厂往往不具备同时满送的条件，需要对柔性直流输电工程功率与近区电厂功率进行协调控制。
约束优化(Constrained Optimization)是在一系列约束条件下，寻找一组参数值，使某个或某一组函数的目标值达到最优的数学方法。约束优化是优化问题中研究较早、发展较快、应用广泛、方法较成熟的一个重要分支，广泛应用于军事作战、经济分析、经营管理和工程技术等方面。可以采用约束优化的方法来实现柔直工程功率与近区电厂功率的协调控制。
因此，需要一种技术，以实现一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法。
发明内容
本发明提供了一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法及系统，以解决如何实现对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法，所述方法包括：
采集电力系统信息；
根据所述电力系统信息，对潮流合理性进行分析；
当所述潮流合理性的分析结果为合理时，设置所述控制方法的决策变量，以及根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数；
确定运行功率的约束条件；
根据所述优化目标函数和约束条件，确定所述控制方法的决策变量值。
优选地，所述采集电力系统信息，包括：
负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。
优选地，所述对潮流合理性进行分析，包括：
判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。
优选地，所述设置所述控制方法的决策变量，包括：
柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。
优选地，所述根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数，包括：
优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
优选地，确定运行功率的约束条件，包括：
确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；
根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；
根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
基于本发明的另一方面，提供一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的系统，所述系统包括：
采集单元，用于采集电力系统信息；
分析单元，用于根据所述电力系统信息，对潮流合理性进行分析；
建模单元，用于当所述潮流合理性的分析结果为合理时，设置所述控制方法的决策变量，以及根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数；
确定单元，用于确定运行功率的约束条件；
计算单元，用于根据所述优化目标函数和约束条件，计算所述控制方法的决策变量值。
优选地，所述采集电力系统信息，包括：
负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。
优选地，所述分析单元还用于：
判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。
优选地，所述建模单元用于设置所述控制方法的决策变量，包括：
柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、柔性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。
优选地，所述建模单元用于根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数，包括：
优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
优选地，所述确定单元用于确定运行功率的约束条件，包括：
确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；
根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；
根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
本发明技术方案提供一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法和系统，其中方法包括：采集电力系统信息，根据电力系统信息，对潮流合理性进行分析；当潮流合理性的分析结果为合理时，设置控制方法的决策变量，以及根据决策变量确定控制方法的优化目标函数；确定运行功率的约束条件；根据优化目标函数和约束条件，确定控制方法的决策变量值。本发明技术方案涉及一种柔性直流输电工程与交流系统近区电厂功率协调控制方法，该方法在柔性直流输电工程与交流系统近区电厂共用潮流疏散通道时，能够给出柔性直流工程送电功率与近区电厂开机功率的最优化分配方案，属于电力系统安全稳定分析领域。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的施州直流湖北侧电网结构示意图；以及
图3为根据本发明优选实施方式的对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法流程图。本发明实施方式应用于柔性直流输电工程交流系统近区存在大功率发电厂，且柔性直流工程与近区发电厂不具备同时满功率运行条件的情况，运用约束优化的数学方法，在保证电网安全稳定运行的前提下，对柔性直流工程运行功率及发电厂出力进行协调控制，以达到效益最大化的目标。本申请提供一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法和系统，其中方法包括：采集电力系统信息，根据电力系统信息，对潮流合理性进行分析；当潮流合理性的分析结果为合理时，设置控制方法的决策变量，以及根据决策变量确定控制方法的优化目标函数；确定运行功率的约束条件；根据优化目标函数和约束条件，确定控制方法的决策变量值。如图1所示，一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法包括：
优选地，在步骤101：采集电力系统信息。优选地，采集电力系统信息，包括：负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。本申请实施方式首先采集电力系统信息，包括负荷节点有功、无功功率值及负荷类型，近区电厂如，发电厂参数及开机情况，变电站变压器容量、台数，柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构等。
优选地，在步骤102：根据电力系统信息，对潮流合理性进行分析。优选地，对潮流合理性进行分析，包括：判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。本申请基于采集的电力系统信息计算潮流，通过检查节点电压、线路功率及变压器上下网功率，确保潮流收敛性及合理性。若潮流合理，继续进行下一步骤，若潮流不收敛或不合理，则重新调整电力系统参数。
优选地，在步骤103：当潮流合理性的分析结果为合理时，设置控制方法的决策变量，以及根据决策变量确定控制方法的优化目标函数。优选地，设置控制方法的决策变量，包括：柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。
优选地，根据决策变量确定控制方法的优化目标函数，包括：优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
本申请设置决策变量包括，柔性直流输电工程输电功率P1、柔直交流系统近区水电出力P2，给定柔性直流工程输电效益系数k1、柔直近区电厂发电效益系数k2，并列出优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2。
优选地，在步骤104：确定运行功率的约束条件。优选地，确定运行功率的约束条件，包括：确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
本申请根据柔直设备能力、交流系统电厂装机情况及调度稳定运行规定，确定柔性直流运行功率约束P1min≤P1≤P1max、电厂出力约束P2min≤P2≤P2max。其中P1min为柔性直流运行功率最小值，P1max为柔性直流运行功率最大值。其中P2min为近区发电厂出力功率最小值，P2max为近区发电厂出力功率最大值。
本申请根据送出线路热稳限额Pmax，确定柔直与近区电厂外送总功率约束P1+P2≤Pmax；
本申请根据近区严重故障后的大扰动稳定性，确定柔直与近区电厂功率约束f(P1，P2)≤0。具体地，首先给定电厂出力P2＝P2max，计算柔性直流输电工程输电能力，柔直输电能力计算方法为：在柔直运行功率约束范围内调整其功率，调节幅度ΔP1为柔性直流额定输送功率的4％，使得存在一个功率P1，当柔直运行功率为P1时，近区严重故障后系统能够稳定运行，但当柔直运行功率为P1+ΔP1时，近区严重故障会导致系统失稳。然后按照一定的步长降低电厂出力，并重新计算柔直工程输电能力，得出的多组(P1，P2)形成的折线与坐标轴围成的区域即为大扰动稳定性约束f(P1，P2)≤0；
本申请中列出目标函数及约束条件，可以列出约束优化公式如下：
求解该约束优化问题，可以得出柔直运行功率P1及电厂出力功率P2的最优化协调控方案。
优选地，在步骤105：根据优化目标函数和约束条件，确定控制方法的决策变量值。
本申请提供的柔性直流输电工程与交流系统近区电厂功率协调控制方法可以对柔性直流输电工程及近区电厂出力功率进行协调控制，在保证电网安全稳定运行的前提下，达到效益最大化的目标。本发明采用约束优化的数学方法，分析、计算简单，适应性广泛。本申请运用约束优化的方法进行功率协调控制，在保证电网安全稳定运行的前提下实现了经济效益最大化的目标。
图2为根据本发明优选实施方式的施州直流湖北侧电网结构示意图。为实现西南电网与华中电网的异步互联，国家电网公司规划在重庆-湖北交流联网通道上建设渝鄂柔直背靠背工程。渝鄂柔直背靠背工程北通道(宜昌柔直)换流站π入九盘-龙泉500kV交流线路，南通道(施州柔直)换流站π入张家坝-恩施500kV交流线路。2座柔直背靠背换流站额定电压为±420kV，额定功率为2500MW。
南通道换流站湖北侧通过两回500kV线路接入恩施500kV变电站，与恩施小水电机群(通过恩施500kV主变上网)共用恩施-渔峡3回500kV线路电力外送通道，如图所示。在夏季丰水期，施州柔直与水电机群不具备同时满功率运行条件，可采用本发明的方法进行功率协调控制。
电网数据选用2019年夏季某日典型方式，在PSASP仿真程序中搭建电网数据，进行初步潮流计算，并对潮流收敛性及合理性进行检查。
设施州柔直运行功率为P1，恩施主变上网功率为P2，考虑施州柔直将四川水电送往湖北，经济效益相对较高，设定k1＝1.3，k2＝1。可以列出目标函数为：z＝k1*P1+k2*P2。
施州柔直额定运行功率为2500MW，恩施水电机群满发时，上网功率为1000MW。根据国调夏季方式运行要求，施州柔直须向湖北送电，恩施主变须上送。可以列出约束条件：0≤P1≤2500、0≤P2≤1000。(单位：MW，下同)
恩施-渔峡3回线路中有两回为同杆并架线路，受送出线路恩施-渔峡N-2故障剩余一回线路热稳约束(1900MW)，可以列出约束条件：0≤P1+P2≤1900。
受限于柔直近区交流电网500kV线路发生三相金属性短路接地故障后的暂稳约束，施州柔直输电能力与恩施主变上网功率如下表：
根据上述目标函数和约束条件求解约束优化问题，得到当P1＝1500MW，P2＝400MW时，zmax＝2350。即应当安排施州柔直送电1500MW，恩施主变上网400MW。
图3为根据本发明优选实施方式的对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的系统结构图。如图3所示，一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的系统，包括：
采集单元301，用于采集电力系统信息。优选地，采集电力系统信息，包括：负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。
分析单元302，用于根据电力系统信息，对潮流合理性进行分析。优选地，分析单元还用于：判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。
建模单元303，用于当潮流合理性的分析结果为合理时，设置控制方法的决策变量，以及根据决策变量确定控制方法的优化目标函数。优选地，建模单元303用于设置控制方法的决策变量，包括：柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、柔性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。优选地，建模单元303用于根据决策变量确定控制方法的优化目标函数，包括：优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
确定单元304，用于确定运行功率的约束条件。优选地，确定单元304用于确定运行功率的约束条件，包括：确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
计算单元305，用于根据优化目标函数和约束条件，计算控制方法的决策变量值。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (12)

1.一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的方法，所述方法包括：
采集电力系统信息；
根据所述电力系统信息，对潮流合理性进行分析；
当所述潮流合理性的分析结果为合理时，设置所述控制方法的决策变量，以及根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数；
确定运行功率的约束条件；
根据所述优化目标函数和约束条件，确定所述控制方法的决策变量值。
2.根据权利要求1所述的方法，所述采集电力系统信息，包括：
负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的方法，所述对潮流合理性进行分析，包括：
判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，所述设置所述控制方法的决策变量，包括：
柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、柔性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。
5.根据权利要求4所述的方法，所述根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数，包括：
优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
6.根据权利要求1所述的方法，确定运行功率的约束条件，包括：
确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；
根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；
根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
7.一种对柔性直流输电工程与近区电厂功率进行协调控制的系统，所述系统包括：
采集单元，用于采集电力系统信息；
分析单元，用于根据所述电力系统信息，对潮流合理性进行分析；
建模单元，用于当所述潮流合理性的分析结果为合理时，设置所述控制方法的决策变量，以及根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数；
确定单元，用于确定运行功率的约束条件；
计算单元，用于根据所述优化目标函数和约束条件，计算所述控制方法的决策变量值。
8.根据权利要求7所述的系统，所述采集电力系统信息，包括：
负荷节点有功、无功功率值、负荷类型、近区发电厂参数、开机情况，变电站变压器容量、台数、柔性直流输电工程系统参数、控制方式和电力系统拓扑结构。
9.根据权利要求7所述的系统，所述分析单元还用于：
判断潮流收敛性，若潮流收敛，对潮流合理性进行分析，包括线路输送功率是否越限、节点电压是否在合理范围内。
10.根据权利要求7所述的系统，所述建模单元用于设置所述控制方法的决策变量，包括：
柔性直流输电工程输电功率P1、近区发电厂出力功率P2、柔性直流工程输电工程效益系数k1、近区电厂发电效益系数k2。
11.根据权利要求10所述的系统，所述建模单元用于根据所述决策变量确定所述控制方法的优化目标函数，包括：
优化目标函数：z＝k1*P1+k2*P2，z为优化目标功率。
12.根据权利要求7所述的系统，所述确定单元用于确定运行功率的约束条件，包括：
确定柔性直流输电工程输送功率范围和近区发电厂出力功率的范围；
根据送出线路热稳确定柔性直流输电工程与近区发电厂运行的合计功率约束条件；
根据近区严重故障后的大扰动稳定性确定柔性直流输电工程输送功率与近区发电厂运行功率的约束条件。
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