CN108631336A - 一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，包括：确定导致柔直近区孤岛运行的预想故障；根据柔直输送功率和大电网运行约束，确定柔直系统可调节能力；根据预想故障通道初始输送功率、柔直初始输送功率，综合考虑柔直系统可调节能力确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案；确定预想故障下孤岛紧急控制措施。本发明充分计及柔直系统的可调能力，考虑与柔直相连的交流电网安全稳定运行约束，以提升柔直近区孤岛频率稳定特性，提高交直流电网安全稳定运行水平。

Description

一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法
技术领域
本发明涉及一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，属于电力自动化技术领域。
背景技术
柔性直流输电采用全控型电力电子器件，运行过程中无需交流电网提供换相电压和大量无功支撑，不存在换相失败风险，具有广阔的应用前景。目前柔性直流输电已在无源网络供电、新能源送出等方向应用于实际工程。随着电力电子技术的发展，柔性直流输电也正朝着大容量、高电压方向发展，柔性直流输电将会成为未来区域互联、改善常规直流运行特性等方面的重要技术手段。
国家电网公司连接两个区域的柔直工程即将投运，将会给电网运行特性带来新的变化。但当柔直近区交流通道故障后，可能造成柔直系统孤岛运行。孤岛内电源少、调节手段有限，故障冲击下可能带来较大的安全稳定运行风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，解决现有技术中柔直近区交流通道故障后造成柔直系统孤岛运行，有损交直流电网安全稳定运行水平的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，包括如下步骤：
确定导致柔直近区孤岛运行的预想故障；
根据柔直输送功率和大电网运行约束，确定柔直系统可调节能力；
根据预想故障通道初始输送功率、柔直初始输送功率，综合考虑柔直系统可调节能力确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案；
确定预想故障下孤岛紧急控制措施。
所述柔直系统可调节能力PDC_R计算方法如下：
1)根据柔直系统自身约束，确定柔直可调节功率区间为[PDC_R1，PDC_R2]；
2)根据与柔直系统另一端相连的大电网安全稳定约束，确定柔直可调节功率区间[PDC_R3，PDC_R4]；
3)根据公式(1)确定柔直系统可调节能力范围：
[PDC_Rmin，PDC_Rmax]＝[PDC_R1，PDC_R2]∩[PDC_R3，PDC_R4] (1)
式中，PDC_Rmin为考虑各约束后柔直系统最小可调节功率；PDC_Rmax为考虑各约束后柔直系统最大可调节功率；PDC_R1为受柔直自身约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R2为受柔直自身约束时柔直系统最大可调节功率；PDC_R3为受大电网安全稳定约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R4为受大电网安全稳定约束时柔直系统最大可调节功率，均以提升柔直功率为正。
根据预想故障通道初始输送功率、柔直初始输送功率是否向孤岛系统输入功率确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案。
确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案的方法如下：
假设以向孤岛系统输入功率为正，预想故障通道初始输送功率为PAC0、柔直初始输送功率为PDC0、孤岛内发电机总数目为M；以发电机可调节功率增加为正，第i台发电机向上、向下最大可调节功率分别为Pisr_upmax、Pisr_downmax；孤岛内电源和预想故障通道输送功率应满足如下条件：
1)若PAC0>0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
2)若PAC0>0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
3)若PAC0<0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
4)若PAC0<0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
式中，i＝1，2，…，M；PDC_Rmin为考虑各约束后柔直系统最小可调节功率；PDC_Rmax为考虑各约束后柔直系统最大可调节功率。
确定孤岛紧急控制措施的方法如下：
假设孤岛系统能够承受的最大功率不平衡量为ΔPAC；
若|PAC0|<ΔPAC，则无需采取紧急控制措施；
若ΔPAC<|PAC0|<PDC_Rlim+ΔPAC，则按公式(6)紧急控制柔直功率PDC_R；
若|PAC0|>PDC_Rlim+ΔPAC，则紧急提升柔直功率PDC_Rlim，并同时按照公式(7)紧急控制发电机总功率Psr_total，各发电机控制功率Pisr按公式(8)分配：
当提升柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmax；
当速降柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmin；
当提升发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_upmax；
当降低发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_downmax。
式中：PAC0为预想故障通道初始输送功率、PDC0为柔直初始输送功率、Pisr_max为发电机控制功率最大值、Pisr_upmax为发电机向上最大可调节功率、Pisr_downmax为发电机向下最大可调节功率。
根据离线仿真计算结果，确定孤岛系统能够承受的最大功率不平衡量ΔPAC。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
充分考虑动态过程中柔直响应特性和各类控制资源的离散性特点，确定孤岛内各类控制措施的预控方案；故障过程中充分发挥柔直自身灵活调节能力，综合孤岛内各类可控资源，确定孤岛形成过程中的紧急控制方法，以保障柔直近区孤岛稳定运行。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，充分考虑动态过程中柔直响应特性和各类控制资源的离散性特点，确定孤岛内各类控制措施的预控方案；故障过程中充分发挥柔直自身灵活调节能力，综合孤岛内各类可控资源，确定孤岛形成过程中的紧急控制方法，以保障柔直近区孤岛稳定运行。
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，一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，包括如下步骤：
图1中步骤1描述的是根据柔直近区网架结构，重点考察柔直近区交流系统N-1/N-2故障下是否存在孤岛运行风险，进而确定导致柔直近区孤岛运行的预想故障；
图1中步骤2描述的是根据式(1)确定柔直系统可调节能力：
[PDC_Rmin，PDC_Rmax]＝[PDC_R1，PDC_R2]∩[PDC_R3，PDC_R4] (1)
式中，PDC_Rmin为考虑各约束后柔直系统最小可调节功率；PDC_Rmax为考虑各约束后柔直系统最大可调节功率；PDC_R1为受柔直自身约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R2为受柔直自身约束时柔直系统最大可调节功率；PDC_R3为受大电网安全稳定约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R4为受大电网安全稳定约束时柔直系统最大可调节功率，均以提升柔直功率为正。
图1中步骤3描述的是根据式(2)～(5)确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案：
1)若PAC0>0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
2)若PAC0>0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
3)若PAC0<0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
4)若PAC0<0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
式中，PAC0为预想故障通道初始输送功率，PDC0为柔直初始输送功率(均以向所研究的孤岛系统输入功率为正)，M为孤岛内发电机总数目，Pisr_upmax、Pisr_downmax分别为发电机i的向上、向下最大可调节功率分别为(以功率增加为正)；i表示发电机编号，i＝1，2，…，M。
图1中步骤4描述的是根据式(6)～(8)确定预想故障下，孤岛紧急控制措施：
若ΔPAC<|PAC0|<PDC_Rlim+ΔPAC，则需按式(6)紧急控制柔直功率PDC_R；
若|PAC0|>PDC_Rlim+ΔPAC，则紧急提升柔直功率PDC_Rlim，并同时按照式(7)紧急控制发电机总功率Psr_total，各发电机控制功率Pisr按式(8)分配：
当提升柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmax；
当速降柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmin；
当提升发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_upmax；
当降低发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_downmax。
式中，PAC0为预想故障通道初始输送功率、PDC0为柔直初始输送功率、Pisr_max为发电机控制功率最大值、Pisr_upmax为发电机向上最大可调节功率、Pisr_downmax为发电机向下最大可调节功率；ΔPAC为孤岛系统能够承受的最大功率不平衡量。
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 (6)

1.一种提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定导致柔直近区孤岛运行的预想故障；
根据柔直输送功率和大电网运行约束，确定柔直系统可调节能力；
根据预想故障通道初始输送功率、柔直初始输送功率，综合考虑柔直系统可调节能力确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案；
确定预想故障下孤岛紧急控制措施。
2.根据权利要求1所述的提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，所述柔直系统可调节能力范围计算方法如下：
1)根据柔直系统自身约束，确定柔直可调节功率区间为[PDC_R1，PDC_R2]；
2)根据与柔直系统另一端相连的大电网安全稳定约束，确定柔直可调节功率区间[PDC_R3，PDC_R4]；
3)根据公式(1)确定柔直系统可调节能力范围：
[PDC_Rmin，PDC_Rmax]＝[PDC_R1，PDC_R2]∩[PDC_R3，PDC_R4] (1)
式中，PDC_Rmin为考虑各约束后柔直系统最小可调节功率；PDC_Rmax为考虑各约束后柔直系统最大可调节功率；PDC_R1为受柔直自身约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R2为受柔直自身约束时柔直系统最大可调节功率；PDC_R3为受大电网安全稳定约束时柔直系统最小可调节功率；PDC_R4为受大电网安全稳定约束时柔直系统最大可调节功率，均以提升柔直功率为正。
3.根据权利要求1所述的提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，根据预想故障通道初始输送功率、柔直初始输送功率是否向孤岛系统输入功率确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案。
4.根据权利要求3所述的提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，确定孤岛内电源和预想故障通道输送功率的预控方案的方法如下：
假设以向孤岛系统输入功率为正，预想故障通道初始输送功率为PAC0、柔直初始输送功率为PDC0、孤岛内发电机总数目为M；以发电机可调节功率增加为正，第i台发电机向上、向下最大可调节功率分别为Pisr_upmax、Pisr_downmax；孤岛内电源和预想故障通道输送功率应满足如下条件：
1)若PAC0>0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
2)若PAC0>0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
3)若PAC0<0且PDC0>0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
4)若PAC0<0且PDC0<0，则孤岛内电源和预想故障通道输送功率，应满足：
式中，i＝1，2，…，M；PDC_Rmin为考虑各约束后柔直系统最小可调节功率；PDC_Rmax为考虑各约束后柔直系统最大可调节功率。
5.根据权利要求4所述的提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，确定孤岛紧急控制措施的方法如下：
假设孤岛系统能够承受的最大功率不平衡量为ΔPAC；
若|PAC0|<ΔPAC，则无需采取紧急控制措施；
若ΔPAC<|PAC0|<PDC_Rlim+ΔPAC，则按公式(6)计算紧急控制柔直功率PDC_R；
若|PAC0|>PDC_Rlim+ΔPAC，则紧急提升柔直功率PDC_Rlim，并同时按照公式(7)紧急控制发电机总功率Psr_total，各发电机控制功率Pisr按公式(8)分配：
当提升柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmax；
当速降柔直功率时，PDC_Rlim＝PDC_Rmin；
当提升发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_upmax；
当降低发电机功率时，Pisr_max＝Pisr_downmax；
式中：PAC0为预想故障通道初始输送功率、PDC0为柔直初始输送功率、Pisr_max为发电机控制功率最大值、Pisr_upmax为发电机向上最大可调节功率、Pisr_downmax为发电机向下最大可调节功率。
6.根据权利要求5所述的提升柔直近区孤岛形成过程中频率稳定性的控制方法，其特征在于，根据离线仿真计算结果，确定孤岛系统能够承受的最大功率不平衡量ΔPAC。
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