CN108599223A - 特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，其特征在于，针对导致特高压直流受端电网大功率缺额的直流闭锁故障，协调控制措施包括：紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制，所述在线决策的方法在故障发生前，根据直流运行状态考虑相关交流断面的稳定约束，实时计算直流功率可紧急提升量监测各抽水蓄能机组运行工况，记录可切泵抽蓄机组总容量收集可中断负荷数据，计算可中断负荷总量所述在线决策的方法在故障发生后从频率紧急控制决策与断面越限校正控制决策两个方面，对紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制进行协调。

Description

特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，特别是涉及特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法。

背景技术

随着特高压交直流跨区输送容量的增长，交直流送、受端电网间的耦合日益紧密，一旦发生直流闭锁故障，将导致电网频率快速下降，系统可能进入紧急状态，复杂故障下可能导致电网大范围停电或稳定事故。此外，由于特高压交直流混联电网的强直弱交特性，单一直流、多直流闭锁故障以及直流闭锁故障后引发的500kV交流网架过载、电压水平偏低等单一故障向连锁故障转变和局部扰动向全局扰动扩展的问题也随之凸显。

在紧急状态恢复控制研究方面，目前针对特高压直流大功率失去情况下的应对措施主要从稳控装置和离线策略方面考虑，以解决电网的频率和暂态稳定问题，而对于大功率失去情况下稳控装置动作后引起的重要输电断面过载等紧急状态恢复问题，尚未形成系统性的解决方案，需要从故障感知、优化控制策略在线生成以及调度主站与负控终端信息交互等层面构建的精准负荷控制系统，以保障大区互联电网的安全运行。

针对频率稳定问题，可采用直流功率紧急支援、抽蓄切泵控制、精准切负荷等多种技术手段。频率紧急控制以运行工况和故障为索引，预先制作决策表，从故障确认、决策表匹配下发至执行站，时间滞后小，故控制迅速，性价比高。紧急控制在线预决策可以消除工况不匹配引入的误差，但无法消除模型等不确定因素引起的过控或欠控，进而引发输电断面越稳定限额、联络线功率超用、母线电压等安全稳定问题。当系统频率下降时，在系统调频特性的作用下，发电机出力增加可能导致输电断面潮流越稳定限额。系统配置了多回直流协调控制，功率缺额由正常运行的直流系统承担，系统潮流的大范围转移同样可能导致输电断面潮流越稳定限额。因此必须在线快速准确地制定校正控制策略，与紧急控制决策相协调。

因此希望有一种特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，解决频率下降、输电断面越限的安全稳定问题并消除了现有策略无法满足在线方式的隐患，提升了应对特高压直流闭锁的精细化控制水平。

针对导致特高压直流受端电网大功率缺额的直流闭锁故障，协调控制措施包括：紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制，所述在线决策的方法在故障发生前，根据直流运行状态考虑相关交流断面的稳定约束，实时计算直流功率可紧急提升量监测各抽水蓄能机组运行工况，记录可切泵抽蓄机组总容量收集可中断负荷数据，计算可中断负荷总量所述在线决策的方法在故障发生后，从频率紧急控制决策与断面越限校正控制决策两个方面，对紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制进行协调。

优选地，所述频率紧急控制决策包括以下步骤：

步骤一：故障发生后，识别故障信息，计算损失功率，判断受端电网频率偏移量Δf是否满足安全稳定控制目标Δf_d＜Δf＜Δf_u，其中Δf_u、Δf_d为安全稳态频率偏移的上、下限，若电网频率偏移满足目标，则执行所述断面越限校正控制决策，若电网频率偏移不满足目标，则执行步骤二；

步骤二：根据电网实时运行数据与所述故障前直流运行状态，计算直流损失功率，结合断面和抽蓄机组运行工况以及可控负荷容量，按控制措施优先级实施策略，当受端电网频率满足安全稳定控制目标时，考虑输电断面越限问题，执行所述断面越限校正控制决策。

优选地，所述控制措施优先级实施策略包括：首先紧急提升直流，若正常运行直流线路紧急提升总量小于故障引起的受端电网损失有功功率ΔP_lost，则再控制抽蓄水泵，对处于抽水状态的抽水蓄能机组进行同时或分多轮切泵实现释放负荷，若仍未满足有功平衡，则最后采取所述精准切负荷措施，根据负荷功率频率特性分摊有功不平衡容量，实现可控资源的协调控制。

优选地，所述断面越限校正控制决策包括以下步骤：

步骤一：根据故障发生后受端电网断面潮流数据判断受端电网输电断面是否发生越限，当断面x的功率越限裕度η_x小于故障安全裕度阈值η_min时，则判定此断面发生越限，其中x∈X，P_x为断面x的有功功率，P_xmax为断面x的有功功率稳定限额，X为所有输电断面集合，对筛选出的越限断面集合按照越限裕度进行排序，越限裕度η_x越小，断面越限校正控制决策越紧急并优先进行校正控制；

步骤二：根据直流潮流模型和实时交流潮流数据计算所述断面越限校正控制决策的可控措施对输电断面有功功率的灵敏度：S_x-(i-j)表示直流线路i-j有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-k表示抽蓄机组节点k有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-l表示负荷节点l有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；

步骤三：计算越限断面x的越限控制量ΔP_x＝P_x-μ_x(1-η_min)P_xmax，设置越限校正系数μx，初始值为1，在实施所述断面越限校正控制决策后，基于交流潮流校核结果中的实际越限控制量，根据上式调整越限校正系数，以减小直流潮流计算结果中的误差；

步骤四：综合考虑所述紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制资源的调节能力以及调节成本，在满足断面输送能力、系统备用水平的约束下，以调整量和调整代价最小，速度最快为优化目标建立目标函数：

其中c_dc、R_dc分别为所述紧急提升直流控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，c_pump、R_pump分别为所述抽蓄切泵控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，|ΔP_l ^load|、c_load、R_load分别为所述精准切负荷控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率；

步骤五：按照步骤一越限断面集合顺序，越限断面控制量由所述紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷控制措施分摊，由此确定目标函数的约束条件：

其中

步骤六：求解步骤四的目标函数得到校正控制决策中所述紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷措施的调整量：ΔP_l ^load；

步骤七：考虑频率安全稳定约束，对所述断面越限校正控制决策实施后的电网进行在线交流潮流校核，当频率偏移不满足安全稳定要求时，按控制措施优先级消除不平衡控制量；

步骤八：根据交流潮流校核数据判断控制措施调整后输电断面是否发生越限，若满足断面稳定限额，则结束所述断面越限校正控制决策；若仍有断面发生越限则返回步骤二。

本发明考虑频率与输电断面安全稳定问题，提出协调紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷三种控制措施的紧急控制与校正控制决策方法。当受端电网频率偏移越限进入紧急状态时，首先进行频率紧急控制决策，优先提升直流，其次抽蓄切泵，最后精准切负荷。当系统满足频率稳定时，考虑受端电网输电断面越限问题进行校正控制决策。基于直流潮流计算、交流潮流校核的思路，根据直流、抽蓄和负荷的当值可控措施空间以调整量与调整代价最小、调整速度最快为优化目标调整控制量，并通过越限校正系数的反馈修正断面越限控制量的计算，提高决策控制的效率和精度。本发明实现了故障后紧急控制与校正控制的协调决策，使电网频率恢复稳定的同时也消除了可能出现输电断面越限的隐患，提出的实时策略优化方法综合了直流潮流快速性和交流潮流准确性，对特高压直流受端电网稳定运行有重要指导意义。

附图说明

图1是特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。

如图1所示，针对直流闭锁等导致特高压直流受端电网大功率缺额的故障，协调控制措施包括三类：紧急提升直流、安控抽蓄切泵、精准负荷控制。图1描述的是控制决策前即故障前的实时数据准备工作，根据各直流运行状态，考虑相关交流断面的稳定约束，实时计算直流功率可紧急提升量监测各抽水蓄能机组运行工况，记录可切泵抽蓄机组总容量收集可中断负荷数据，计算可中断负荷总量

图1描述的紧急控制决策部分，包括以下步骤：

(1)故障发生后，识别故障信息，计算损失功率，判断受端电网频率偏移量Δf是否满足安全稳定控制目标Δf_d＜Δf＜Δf_u，其中Δf_u、Δf_d为安全稳态频率偏移的上下限。若频率偏移满足目标，考虑断面越限等其他安全稳定问题，进入第2部分校正控制决策。

(2)若故障后电网频率偏移不满足目标，根据电网实时运行数据与故障前直流运行状态，计算直流损失功率，结合断面和抽蓄机组运行工况以及可控负荷容量等信息，按控制措施优先级实施策略：首先紧急提升直流，若其他正常运行直流线路可紧急提升总量小于故障引起的受端电网损失有功功率ΔP_lost，则再控制抽蓄水泵，对处于抽水状态的抽水蓄能机组进行同时或分多轮切泵实现释放负荷，若仍未满足有功平衡，则最后采取精准切负荷措施，根据负荷功率频率特性分摊有功不平衡容量，实现可控资源的协调控制。当受端电网频率满足安全稳定控制目标时，考虑其他安全稳定问题尤其是输电断面越限问题，进入第2部分校正控制决策。

图1描述的校正控制决策，包括以下步骤：

(1)根据故障后受端电网断面潮流数据判断受端电网输电断面是否发生越限，当断面x的功率越限裕度η_x小于故障安全裕度阈值η_min时，则判定此断面发生越限。其中x∈X，P_x为断面x的有功功率，P_xmax为断面x的有功功率稳定限额，X为所有输电断面集合。

对筛选出的越限断面集合按照越限裕度进行排序，越限裕度η_x越小，断面安全稳定校正控制决策越紧急，在后续步骤中优先进行校正控制。

(2)根据直流潮流模型和实时交流潮流数据计算校正控制决策各可控措施对输电断面有功功率的灵敏度：S_x-(i-j)表示直流线路i-j有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-k表示抽蓄机组节点k有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-l表示负荷节点l有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度。

(3)计算越限断面x的越限控制量ΔP_x＝P_x-μ_x(1-η_min)P_xmax，设置越限校正系数μ_x，初始值为1，在实施校正控制决策后，基于交流潮流校核结果中的实际越限控制量，根据上式调整越限校正系数，以减小直流潮流计算结果中的误差。

(4)综合考虑直流、抽蓄和负荷多种可控资源的调节能力以及调节成本，在满足断面输送能力、系统备用水平等约束下，以调整量和调整代价最小，速度最快为优化目标建立目标函数：

其中c_dc、R_dc分别为紧急提升直流控制措施的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，c_pump、R_pump分别为抽蓄切泵控制措施的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，|ΔP_l ^load|、c_load、R_load分别为精准切负荷控制措施的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率。

(5)按照步骤(1)越限断面集合顺序，越限断面控制量由紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷三类控制措施分摊，由此确定目标函数的约束条件：

其中

(6)求解步骤(4)目标函数得到校正控制决策中紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷三类措施的调整量：ΔP_l ^load。

(7)考虑频率安全稳定约束，对校正控制决策实施后的电网进行在线交流潮流校核，当频率偏移不满足安全稳定要求时，按控制措施优先级消除不平衡控制量。

(8)根据交流潮流校核数据判断控制措施调整后输电断面是否发生越限，若满足断面稳定限额，则结束控制决策；若仍有断面发生越限，返回步骤(2)继续校正控制。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，其特征在于：针对导致特高压直流受端电网大功率缺额的直流闭锁故障，协调控制措施包括：紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制，所述在线决策的方法在故障发生前，根据直流运行状态考虑相关交流断面的稳定约束，实时计算直流功率可紧急提升量监测各抽水蓄能机组运行工况，记录可切泵抽蓄机组总容量收集可中断负荷数据，计算可中断负荷总量所述在线决策的方法在故障发生后，从频率紧急控制决策与断面越限校正控制决策两个方面，对紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制进行协调。

2.根据权利要求1所述的特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，其特征在于：所述频率紧急控制决策包括以下步骤：

步骤一：故障发生后，识别故障信息，计算损失功率，判断受端电网频率偏移量Δf是否满足安全稳定控制目标Δf_d＜Δf＜Δf_u，其中Δf_u、Δf_d为安全稳态频率偏移的上、下限，若电网频率偏移满足目标，则执行所述断面越限校正控制决策，若电网频率偏移不满足目标，则执行步骤二；

步骤二：根据电网实时运行数据与所述故障前直流运行状态，计算直流损失功率，结合断面和抽蓄机组运行工况以及可控负荷容量，按控制措施优先级实施策略，当受端电网频率满足安全稳定控制目标时，考虑输电断面越限问题，执行所述断面越限校正控制决策。

3.根据权利要求2所述的特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，其特征在于：所述控制措施优先级实施策略包括：首先紧急提升直流，若正常运行直流线路紧急提升总量小于故障引起的受端电网损失有功功率ΔP_lost，则再控制抽蓄水泵，对处于抽水状态的抽水蓄能机组进行同时或分多轮切泵实现释放负荷，若仍未满足有功平衡，则最后采取所述精准切负荷措施，根据负荷功率频率特性分摊有功不平衡容量，实现可控资源的协调控制。

4.根据权利要求1所述的特高压直流受端电网紧急控制与校正控制在线决策的方法，其特征在于：所述断面越限校正控制决策包括以下步骤：

步骤一：根据故障发生后受端电网断面潮流数据判断受端电网输电断面是否发生越限，当断面x的功率越限裕度η_x小于故障安全裕度阈值η_min时，则判定此断面发生越限，其中x∈X，P_x为断面x的有功功率，P_xmax为断面x的有功功率稳定限额，X为所有输电断面集合，对筛选出的越限断面集合按照越限裕度进行排序，越限裕度η_x越小，断面越限校正控制决策越紧急并优先进行校正控制；

步骤二：根据直流潮流模型和实时交流潮流数据计算所述断面越限校正控制决策的可控措施对输电断面有功功率的灵敏度：S_x-(i-j)表示直流线路i-j有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-k表示抽蓄机组节点k有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；S_x-l表示负荷节点l有功功率调整对输电断面x有功功率的灵敏度；

步骤三：计算越限断面x的越限控制量ΔP_x＝P_x-μ_x(1-η_min)P_xmax，设置越限校正系数μ_x，初始值为1，在实施所述断面越限校正控制决策后，基于交流潮流校核结果中的实际越限控制量，根据上式调整越限校正系数，以减小直流潮流计算结果中的误差；

步骤四：综合考虑所述紧急提升直流、抽蓄切泵和精准负荷控制资源的调节能力以及调节成本，在满足断面输送能力、系统备用水平的约束下，以调整量和调整代价最小，速度最快为优化目标建立目标函数：

其中c_dc、R_dc分别为所述紧急提升直流控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，c_pump、R_pump分别为所述抽蓄切泵控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率，c_load、R_load分别为所述精准切负荷控制的调整量绝对值、单位调整代价和调整速率；

步骤五：按照步骤一越限断面集合顺序，越限断面控制量由所述紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷控制措施分摊，由此确定目标函数的约束条件：

其中

步骤六：求解步骤四的目标函数得到校正控制决策中所述紧急提升直流、抽蓄切泵、精准切负荷措施的调整量：

步骤七：考虑频率安全稳定约束，对所述断面越限校正控制决策实施后的电网进行在线交流潮流校核，当频率偏移不满足安全稳定要求时，按控制措施优先级消除不平衡控制量；

步骤八：根据交流潮流校核数据判断控制措施调整后输电断面是否发生越限，若满足断面稳定限额，则结束所述断面越限校正控制决策；若仍有断面发生越限则返回步骤二。