CN108599174B - 一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，包括以下步骤：步骤1，预想故障下电网暂态电压失稳场景搜索：步骤2，计算保证电网暂态电压稳定的紧急控制措施量E_i，得出保证电网稳定的紧急控制代价C_ei；步骤3，在高比例新能源电网内，确定配置调相机的关键母线B_l；步骤4，以控制代价最小为优化目标，优化调相机配置容量和事故后的紧急控制量。本发明通过协调事故前调相机容量配置和事故后紧急控制，以控制代价最小为目标，保证高比例新能源电网在面对直流换相失败等大冲击扰动下的暂态电压稳定，提高了电网精益化控制能力，有利于提升电网的电压稳定水平，为高比例新能源电网的建设提供技术支撑。

Description

一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

一般来讲，电压稳定问题普遍在负荷比较大的地区电网存在，但随着送端电网中光伏、风电等新能源大规模并网，从而挤压替代了大量的常规电源，导致电网动态无功支撑能力大大下降，如我国西北地区海西电网，存在百万千瓦级光伏基地，而网内仅有少量的同步机电源，使得本地区的电压稳定问题比较突出，在发生特高压直流连续换相失败等大扰动冲击下暂态过程中负荷节点电压难以恢复，给系统安全稳定运行带来不利影响。

调相机作为一种大容量、快速动态无功补偿设备，已在我国多馈入特高压直流受端电网得到应用，为抑制直流换相失败、提高受端电网电压稳定水平起到了良好的效果。目前，关于提高暂态电压稳定水平的动态无功优化配置研究大多集中在基于故障后极限切除时间、暂态电压跌落及可接受性指标、轨迹灵敏度的安装地点优化，对配置容量的优化选取研究仅以满足电网暂态稳定标准为衡量指标，从电网经济性投入方面考虑较少，从电网三道防线角度看，缺乏预防控制和紧急控制的协调，可能导致资源浪费。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，保证高比例新能源电网在面对直流换相失败等大冲击扰动下的暂态电压稳定，提高了电网精益化控制能力，有利于提升电网的电压稳定水平。

针对现有技术的不足，本方法对于缺乏动态无功补偿能力的大比例新能源弱送端电网事故后的暂态电压稳定问题，结合预防与紧急控制，通过协调优化事故前调相机配置地点、容量和事故后的紧急控制，以系统安全性为约束，以控制代价最小为目标的调相机优化配置方法，用较小控制代价解决电网暂态电压稳定问题，提升电网精益化运行水平。

本发明的一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，搜索故障下电网暂态电压失稳场景i，转至步骤2：

步骤2，计算保证电网暂态电压稳定的紧急控制措施量E_i ^j，得出保证电网稳定的紧急控制代价C_ei，转至步骤3；

步骤3，在高比例新能源电网内，确定配置调相机的关键母线B_l，转至步骤4；

步骤4，以控制代价最小为优化目标，优化调相机配置容量和事故后的紧急控制量，结束。

事故后暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内保持并恢复到0.8p.u.以上，30s内保持并恢复到0.9p.u.以上则判断该事故暂态电压稳定，否则，判为暂态电压失稳。

步骤2中，计算保证电网暂态电压稳定的紧急控制措施量E_i ^j，具体为，

1-1)根据电网运行及控制经验，筛选针对事故场景i的紧急候选控制措施，即切机、直流紧急提升或回降、切负荷；

1-2)采用时域仿真工具，通过分析故障前后系统的动态响应轨迹曲线，分析相同控制量下分别实施候选紧急控制措施对事故i前后的暂态电压改善效果，找出控制有效的措施，并按改善效果从大到小排序，形成有效控制措施集{e₁,e₂…e_N},其中，控制效果e₁>e₂>…>e_N；

1-3)最后，分析计及各有效控制措施的最大可控量，按措施e₁,e₂…e_N顺序进行控制，直至保证事故场景i后电网暂态电压稳定；则，所涉及的控制措施为事故场景i对应的紧急控制措施量E_i ^j，j＝1,2…n，j代表控制措施类型。

步骤2中，C_ei的计算公式为：

其中，

P_j分别为控制措施j的控制量和单位控制代价。

所述关键母线B_l具体的确定方法为：

2-1)在敏感母线B_M配置容量为Q的调相机，其中，M＝1,2…k；按步骤2方法计算事故后紧急控制代价

2-2)计算紧急控制代价改善效果ΔC，其中，

2-3)以改善效果为指标，从大到小将各母线排序，其中，最大的为关键母线B_l。

上述调相机配置容量和事故后的紧急控制量的优化模型为，

其中，C_i为故障场景i下的控制代价，M_i、R_i分别为调相机配置容量和调相机单位配置容量代价。

紧急控制量具体优化过程：通过仿真分析，基于调相机配置容量步长的迭代方法求解不同配置容量方案下的保证电网暂态稳定的总代价。

本发明所达到的有益效果：本发明通过协调事故前调相机容量配置和事故后紧急控制，以控制代价最小为目标，保证高比例新能源电网在面对直流换相失败等大冲击扰动下的暂态电压稳定，提高了电网精益化控制能力，有利于提升电网的电压稳定水平，为高比例新能源电网的建设提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

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，一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，仿真分析系统内直流单回换相失败、同送同受直流换相失败故障、交流短路等预想故障后暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内保持并恢复到0.8p.u.以上，30s内保持并恢复到0.9p.u.以上则判断该事故暂态电压稳定，否则，判为暂态电压失稳。

步骤2，计算为保证事故后暂态电压稳定的紧急控制代价，其中，紧急控制措施包括切机等，不同控制措施的控制代价可按归一化处理，其中，关于紧急控制量的计算方法如下：

1)根据电网运行及控制经验，筛选针对事故场景i的紧急候选控制措施(如切机、直流紧急提升或回降、切负荷等)。

2)采用时域仿真工具，通过分析故障前后系统的动态响应轨迹曲线，分析相同控制量下分别实施候选紧急控制措施对事故i前后的暂态电压改善效果，找出控制有效的措施，并按改善效果从大到小排序，形成有效控制措施集{e₁,e₂…e_N},其中，控制效果e₁>e₂>…>e_N。

3)最后，分析计及各有效控制措施的最大可控量，按措施e₁,e₂…e_N顺序进行控制，直至保证事故场景i后电网暂态电压稳定。则，所涉及的控制措施为事故场景i对应的紧急控制措施量

j＝1,2…n，j代表控制措施类型。

关于事故场景i的紧急控制代价C_ei的计算公式如下

其中，

P_j分别为控制措施j的控制量和单位控制代价。

步骤3，在高比例新能源电网内，确定配置调相机的关键母线B_l。选择暂态电压失稳较严重的敏感母线B_M(M＝1,2…k)作为配置调相机的候选母线，所述关键母线B_l具体的确定方法为：

1)在敏感母线B_M(M＝1,2…k)配置容量为Q的调相机，按步骤2方法计算事故后紧急控制代价

2)计算紧急控制代价改善效果ΔC，其中，

3)以改善效果为指标，从大到小将各母线排序，其中，最大的为关键母线B_l。

步骤4，以控制代价最小为优化目标，优化调相机配置容量和事故后的紧急控制量，其中优化模型为，

其中，C_i为故障场景i下的控制代价，M_i、R_i分别为调相机配置容量和调相机单位配置容量代价。

优化过程主要通过仿真分析，基于调相机配置容量步长的迭代方法求解不同配置容量方案下的保证电网暂态稳定的总代价，然后选取控制总代价最小的方案，确定调相机配置容量。

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 (5)

1.一种高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，搜索故障下电网暂态电压失稳场景i，转至步骤2：

步骤2，计算保证电网暂态电压稳定的紧急控制措施量

得出保证电网稳定的紧急控制代价C_ei，转至步骤3；

步骤2中，计算保证电网暂态电压稳定的紧急控制措施量

具体为，

1-1)根据电网运行及控制经验，筛选针对事故场景i的紧急候选控制措施，即切机、直流紧急提升或回降、切负荷；

1-2)采用时域仿真工具，通过分析故障前后系统的动态响应轨迹曲线，分析相同控制量下分别实施候选紧急控制措施对事故i前后的暂态电压改善效果，找出控制有效的措施，并按改善效果从大到小排序，形成有效控制措施集{e₁,e₂…e_N},其中，控制效果e₁＞e₂＞…＞e_N；

1-3)最后，分析计及各有效控制措施的最大可控量，按措施e₁,e2…e_N顺序进行控制，直至保证事故场景i后电网暂态电压稳定；则，所涉及的控制措施为事故场景i对应的紧急控制措施量

j代表控制措施类型；

步骤3，在高比例新能源电网内，确定配置调相机的关键母线B_l，转至步骤4；

步骤4，以控制代价最小为优化目标，优化调相机配置容量和事故后的紧急控制量，结束。

2.根据权利要求1所述的高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，其特征在于：事故后暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内保持并恢复到0.8p.u.以上，30s内保持并恢复到0.9p.u.以上则判断该事故暂态电压稳定，否则，判为暂态电压失稳。

3.根据权利要求1所述的高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，其特征在于：步骤2中，C_ei的计算公式为：

其中，

P_j分别为控制措施j的控制量和单位控制代价。

4.根据权利要求3所述的高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，其特征在于：所述关键母线B_l具体的确定方法为：

2-1)在敏感母线B_M配置容量为Q的调相机，其中，M＝1,2…k；按步骤2方法计算事故后紧急控制代价

2-2)计算紧急控制代价改善效果ΔC，其中，

2-3)以改善效果为指标，从大到小将各母线排序，其中，最大的为关键母线B_l。

5.根据权利要求4所述的高比例新能源电网暂态电压稳定优化控制方法，其特征在于：所述调相机配置容量和事故后的紧急控制量的优化模型为，

其中，C_i为故障场景i下的控制代价，M_i、R_i分别为调相机配置容量和调相机单位配置容量代价。

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