CN108736500A - 区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置，方法包括：获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量；切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，计算安控系统所需补切的区域电网机组容量和省级电网需切除的机组总量；按照省级电网切机顺序切除省内机组。本发明提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置，可操作性强，可用于实际特高压/高压直流输电系统的安控措施的制定、并指导特高压/高压直流输电系统可靠运行及特高压/高压直流输电系统投运后交直流混联电网安全稳定运行具有重大的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，具体涉及一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置。
背景技术
随着大气污染防治行动计划的实施以及国家大力发展新能源与“西电东送”能源战略的逐步推进，以风电为主要代表的新能源发电技术不断发展，远距离、大容量跨区特高压直流工程陆续投运。当前，中国处于能源结构逐步调整时期，且限于生态环保压力，火电机组能源审批较为严格，其建设及投产相对滞后，导致中国已建设投运的多回风火打捆特高压直流输电工程缺乏配套电源，特高压/高压直流输电系统外送电力需要通过区域电网富裕电力汇集；另一方面，目前中国已经规划并建设大容量特高压/高压直流输电系统用于解决某些能源省份的存量电力过剩问题，特高压/高压直流输电系统外送电力完全通过区域电网富裕电力远距离汇集而来。这些区域电网富裕电力直流外送系统对于促进中国能源资源全国范围内的优化配置、缓解大气污染防治压力、解决能源基地窝电问题、提高新能源消纳能力具有重要意义。
由于特高压/高压直流输电系统外送功率大，其容量相对区域电网规模来说占比高，在特高压/高压直流输电系统发生单、双极闭锁故障后，区域电网的频率将快速大幅升高，易引发区域电网内常规机组和新能源机组无序跳闸。为保证闭锁故障后区域电网的频率稳定，需要采取一定的频率稳定控制措施，最有效的措施即为安控切机措施。由于这些特高压/高压直流输电系统配套电源较少，甚至没有配套电源，大容量直流闭锁后需要从区域电网内切除大量机组。安控切机后由于潮流大范围回退，直流换流站近区变电站母线电压升高，有可能会超过设备正常运行电压上限，损坏电气设备；另外，若区域电网内切机位置不当，会引起区域电网内薄弱断面过载，甚至造成局部地区电压失稳等风险。因此，直流闭锁故障后如何选择切机位置，使在保证区域电网频率稳定的同时，能够减轻因切机带来的大范围功率窜动后的断面过载、局部地区电压失稳、直流换流站近区的稳态过电压等一系列次生问题，对于安控切机措施的制定、指导特高压/高压直流输电系统及投运后互联电网的稳定运行具有重大的现实意义，但是目前并没有针对此问题的相关研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置，可操作性强，可用于实际特高压/高压直流输电系统的安控措施的制定、并指导特高压/高压直流输电系统可靠运行及特高压/高压直流输电系统投运后交直流混联电网安全稳定运行具有重大的实际意义。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，所述方法包括：
获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，并计算省级电网需切除的机组总量；
按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于省级电网需切除的机组总量。
所述获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率；
获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量；
根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量。
所述直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
所述获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量包括：
实时监测直流输电系统的运行状态，分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，且ΔP＝P1-P2。
所述计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
其中，P0为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
所述统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压暂态变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率包括：
实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压暂态变化量；
由安控系统切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压暂态变化量大于等于耐高压能力的风电机组；
统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压暂态变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
所述根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量包括：
安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
所述计算省级电网需切除的机组总量包括：
计算省级电网需切除的机组总量P∑si用下式表示：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数。
所述省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
所述不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组；
所述同类型机组的切机顺序包括：
按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序，或按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
按照水电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组；
按照火电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组。
所述按照省级电网切机顺序切除省内机组之后包括：
计算省级电网实际切除的机组总量Psi，有：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中，Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，分别表示为：
其中，j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
本发明还提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，所述装置包括：
统计模块，用于获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
计算模块，用于切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，并计算省级电网需切除的机组总量；
切机模块，用于按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于省级电网需切除的机组总量。
所述统计模块具体用于：
建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率；
获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量；
根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量。
所述直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
所述统计模块用于获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量包括：
实时监测直流输电系统的运行状态，分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，且ΔP＝P1-P2。
所述统计模块用于计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
其中，P0为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
所述统计模块具体用于：
实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量；
由安控系统切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组；
统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
所述计算模块用于根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量包括：
安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
所述计算模块用于计算省级电网需切除的机组总量包括：
计算省级电网需切除的机组总量P∑si用下式表示：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数。
所述省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
所述不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组；
所述同类型机组的切机顺序包括：
按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序，或按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
按照水电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组；
按照火电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组。
所述切机模块具体用于：
计算省级电网实际切除的机组总量Psi，有：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中，Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，分别表示为：
其中，j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法中，提出的统计机端母线电压暂态变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率，能够在一定程度上大幅度提高区域电网富裕电力直流外送系统的输送有功功率；
本发明提出的直流闭锁故障后利用安控系统切除机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，一方面减少了直流闭锁故障后区域电网被切除的机组总量，另一方面也避免了因为安控系统切机和直流换流站近区风机机组脱网造成的区域电网低频问题；
本发明提出的根据直流外送分配比例系数计算省级电网需切除的机组总量，能够较大程度上缓解因区域电网切机带来的大范围功率窜动引发的断面过载等一系列问题；
本发明提出的省级电网切机顺序一方面能够有效保证无配套电源或配套电源不足的大容量直流输电系统闭锁故障后区域电网的频率稳定，使即使在部分安控通道信号中断或拒动情况下依然能够保证安控系统切除足量机组，另一方面能有效抑制机组被切除后直流换流站近区的稳态过电压问题；
本发明提供的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法和装置可操作性强，可用于实际特高压/高压直流输电系统的安控措施的制定、并指导特高压/高压直流输电系统可靠运行及特高压/高压直流输电系统投运后交直流混联电网安全稳定运行具有重大的实际意义。
附图说明
图1是本发明实施例中区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，该方法具体过程如下：
S101：获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
S102：先切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，然后根据S101中获取的直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将计算的安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，最后计算省级电网需切除的机组总量；
S103：按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于S102中计算的省级电网需切除的机组总量。
上述S101中，获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量具体过程如下：
(1)建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据建立的区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率，该直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量P0；
上述的区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型是指包含实际电网同步发电机、风电、特高压直流、负荷等在内的实测模型参数，使之能够准确拟合实际系统事故后的电压和频率特性。
上述的区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定是指直流单极或双极闭锁故障后区域电网富裕电力直流外送系统的暂态最高频率不超过《电力系统稳定计算技术规范要求》中规定的事故后频率最大值，比如51Hz。
(2)获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量，具体包括：
1)先按照区域电网各省富裕电力直流外送份额分配方案安排直流输电系统的外送功率，其中的区域电网各省富裕电力直流外送份额分配方案指直流外送容量在各省间的分配比，比如区域电网内共有3个省级电网，A省富裕电力400万千瓦，B省富裕电力400万千瓦，C省富裕电力200万千瓦，则安排送出直流功率1000万千瓦，三省分配比为4:4:2；然后实时监测直流输电系统的运行状态，包括单极运行或双极运行、正常运行或闭锁故障等，之后分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
2)根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，有ΔP＝P1-P2。
(3)根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，具体包括：
上述的直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
上述S101中，统计机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力(耐高压能力是指实际区域电网中风电机组保持并网运行所允许机端母线出现的最高电压，比如1.1p.u.)的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率具体包括：
(1)实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量；
(2)由安控系统切除(1)中记录的直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，且无论闭锁故障是否导致直流近区风电机组机端母线暂态电压大于等于耐高压能力的风电机组脱网，为防止直接切除风电机组后导致的二次压升问题，故障后都由安控系统切除该风电机组的并网汇集线路；
(3)统计(1)中记录的直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量包括：
安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
上述S102中，计算省级电网需切除的机组总量具体包括：
省级电网需切除的机组总量用P∑si表示，有：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数，比如区域电网内共有3个省级电网，A省富裕电力400万千瓦，B省富裕电力400万千瓦，C省富裕电力200万千瓦，则安排送出直流功率1000万千瓦，三省分配比为4:4:2，各省富裕电力直流外送分配比例系数分别为0.4,0.4和0.2。
上述S103中，按照省级电网切机顺序切除省内机组，其中省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
由于大容量直流闭锁后需要切除大量机组，为保证安控切机后系统短路容量及无功电压支撑能力不被大幅削弱，可按照机组电压和频率调节特性排序，优先切除调节能力较差的风电机组，其次为常规发电机组；考虑到机组的启停速度及地域季节性特点，某些省份冬季存在供热需求，需要保证足量的燃煤火电机组，因此常规机组按照优先切除水电机组、其次为火电机组的顺序。于是，不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组，即在风电机组、水电机组、火电机组均存在的情况下，先切除风电机组，然后切除水电机组，最后切除火电机组；若不存在风电机组，则需先切除水电机组，然后切除火电机组；若风电机组和水电机组均不存在，则切除火电机组。
同类型机组的切机顺序如下：
在切除风电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序依次切除风电机组，也可以按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
在切除水电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照水电机组的实际出力由大到小的顺序依次切除水电机组，也可以按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组，需保证每个电厂至少保留1台水电机组不被切除；；
在切除火电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照火电机组的实际出力由大到小的顺序依次切除火电机组，也可以按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组，需保证每个电厂至少保留1台火电机组不被切除。
上述S103的按照省级电网切机顺序切除省内机组之后，还需要计算省级电网实际切除的机组总量Psi，Psi表示为：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中，Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，Pswi、Pshi、Psgi分别表示为：
其中，j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，由于这些设备解决问题的原理与区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法相似，因此这些设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
该区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置包括统计模块、计算模块和切机模块，下面分别介绍三个模块的功能：
上述的统计模块，主要用于获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
上述的计算模块，主要用于切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，还用于根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，并计算省级电网需切除的机组总量；
上述的切机模块，主要用于按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于省级电网需切除的机组总量。
上述的统计模块计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量具体过程如下：
1)建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率，直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
2)获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量，具体过程如下：
2-1)实时监测直流输电系统的运行状态，分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
2-2)根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，且ΔP＝P1-P2。
3)根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，具体过程如下：
直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
其中，P0为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
上述的统计模块统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率具体过程如下：
实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量；
由安控系统切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组；
统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
上述的计算模块根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量具体过程如下：
其中，安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
上述的计算模块计算省级电网需切除的机组总量具体过程如下：
根据安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s计算省级电网需切除的机组总量P∑si，P∑si用下式表示：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数。
上述的切机模块按照省级电网切机顺序切除省内机组的过程中，其中的省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
其中不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组，即在风电机组、水电机组、火电机组均存在的情况下，先切除风电机组，然后切除水电机组，最后切除火电机组；若不存在风电机组，则需先切除水电机组，然后切除火电机组；若风电机组和水电机组均不存在，则切除火电机组。
同类型机组的切机顺序如下：
在切除风电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序依次切除风电机组，也可以按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
在切除水电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照水电机组的实际出力由大到小的顺序依次切除水电机组，也可以按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组，需保证每个电厂至少保留1台水电机组不被切除；
在切除火电机组的过程中，切机顺序为：
可以按照火电机组的实际出力由大到小的顺序依次切除火电机组，也可以按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组，需保证每个电厂至少保留1台火电机组不被切除。
上述的切机模块计算省级电网实际切除的机组总量过程如下：
省级电网实际切除的机组总量用Psi表示，有：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中的Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，分别表示为：
其中的j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
选择中国某个区域电网富裕电力直流外送系统，其用于富裕电力外送的特高压直流输电系统额定容量1000万千瓦，由于该直流输电系统定位于送出网内富裕电力，直流换流站近区没有规划建设配套电源，直流输电系统外送电力完全通过各省级电网富裕电力远距离汇集而来，基于实测数据搭建对应的机电暂态仿真计算模型。
通过仿真计算得出，若该特高压直流输电系统双极闭锁后区域电网暂态最高频率不超过51Hz，直流输电系统最大输电功率为300万千瓦，即区域电网所能承受的最大功率不平衡量为300万千瓦。
该区域电网共3省1区(分别A省、B省、C省、D地区)，3省1区富裕电力均为250万千瓦，因此安排特高压直流输电系统输送功率1000万千瓦，3省1区分配比为1：1：1：1，分配比例系数均为0.25。
直流闭锁故障前双极正常运行时输送有功功率1000万千瓦，直流双极闭锁故障后输送有功功率降低至0，利用PΣ＝ΔP-P0可计算直流双极闭锁故障后为保证区域电网频率不超过51Hz，需切除的机组总量为700万千瓦。
由于特高压直流输电系统双极闭锁故障后，极控系统切除直流换流站内滤波器需要一定的延时，在此期间会引起换流站及近区风电机端母线电压升高。该区域电网内风电机组耐高压能力按照1.1p.u.整定，因此直流闭锁故障后直流换流站近区机端母线暂态电压超过1.1p.u.的风电机组均存在脱网风险。为避免因风电机组无序脱网引发后续一系列连锁反应，无论直流闭锁故障后该风电机组是否已经自动脱网，由换流站安控系统切除机端暂态电压变化量大于等于1.1p.u.的风电机组汇集线路(避免只切风电机组后引发的二次压升问题)，并由直流换流站安控系统统计机端母线暂态电压变化量大于等于1.1p.u.的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率，约200万千瓦。
为保证区域电网频率稳定，仍需要由安控系统补切机组700-200＝500万千瓦。按照3省1区的直流外送分配比分配至各省(地区)级电网，分别为：A省需要切除共125万千瓦机组，B省需要切除共125万千瓦机组，C省需要切除共125万千瓦机组，D地区需要切除共125万千瓦机组。
A省不同类型可切机组及切机顺序为：6个风电汇集站、2座水电厂、4座火电厂，可切容量分别为65万、60万、240万。
B省不同类型可切机组及切机顺序为：13个风电汇集站、4座水电厂、8座火电厂，可切容量分别为180万、130万、470万。
C省不同类型可切机组及切机顺序为：9个风电汇集站、6座水电厂、4座火电厂，可切容量分别为150万、220万、180万。
D地区不同类型可切机组及切机顺序为：17个风电汇集站、9座火电厂，可切容量分别为300万、0、770万。
各省(地区)级电网内同类型机组切机顺序为：风电机组集站按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；水电机组及火电机组按照该机组被切除后直流换流站稳态压升从小到大的顺序依次切除水电机组及火电机组。
依据公式Psi＝Pswi+Pshi+Psgi分别计算得到3省1区的实际安控切除机组总量分别为：
A省切除全部风电汇集站和全部水电厂共125万机组；
B省切除7个风电汇集站共125.5万机组；
C省切除6个风电汇集站共126.5万机组；
D地区切除8个风电汇集站共125.5万机组。
区域电网优化切机后，安控系统共切除机组701.5万千瓦，区域电网富裕电力直流外送系统的最高频率50.95Hz，频率稳定，且区域电网优化切机后近区线路及省间联络线均没有过载现象，区域电网富裕电力直流外送系统保持稳定运行。
为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (20)
1.区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述方法包括：
获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，并计算省级电网需切除的机组总量；
按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于省级电网需切除的机组总量。
2.根据权利要求1所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率；
获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量；
根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量。
3.根据权利要求2所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
4.根据权利要求3所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量包括：
实时监测直流输电系统的运行状态，分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，且ΔP＝P1-P2。
5.根据权利要求4所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
其中，P0为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
6.根据权利要求4所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率包括：
实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量；
由安控系统切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组；
统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
7.根据权利要求5所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量包括：
安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
8.根据权利要求7所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述计算省级电网需切除的机组总量包括：
计算省级电网需切除的机组总量P∑si用下式表示：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数。
9.根据权利要求8所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
所述不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组；
所述同类型机组的切机顺序包括：
按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序，或按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
按照水电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组；
按照火电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组。
10.根据权利要求8所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机方法，其特征在于，所述按照省级电网切机顺序切除省内机组之后包括：
计算省级电网实际切除的机组总量Psi，有：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中，Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，分别表示为：
其中，j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
11.区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述装置包括：
统计模块，用于获取直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量，并统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率；
计算模块，用于切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组，根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量，并将安控系统所需补切的区域电网机组容量按照直流外送分配比分配至省级电网，并计算省级电网需切除的机组总量；
切机模块，用于按照省级电网切机顺序切除省内机组，直至省级电网实际切除的机组总量等于或大于省级电网需切除的机组总量。
12.根据权利要求11所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述统计模块具体用于：
建立区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型，并根据区域电网富裕电力直流外送系统仿真模型计算直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率；
获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量；
根据直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量。
13.根据权利要求12所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述直流闭锁故障后不采取切机措施时区域电网富裕电力直流外送系统频率临界稳定所允许的最大直流功率为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
14.根据权利要求13所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述统计模块用于获取直流闭锁故障前后直流输电系统输送有功功率的变化量包括：
实时监测直流输电系统的运行状态，分别记录直流闭锁故障前、后直流输电系统输送的有功功率P1、P2；
根据P1和P2获取直流闭锁故障前后区域电网富裕电力直流外送系统输送有功功率的变化量ΔP，且ΔP＝P1-P2。
15.根据权利要求14所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述统计模块用于计算直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量包括：
直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量PΣ用下式表示：
PΣ＝ΔP-P0
其中，P0为区域电网能够承受的最大功率不平衡量。
16.根据权利要求14所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述统计模块具体用于：
实时监测区域电网富裕电力直流外送系统中直流近区风电机组的机端母线电压，并记录直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量；
由安控系统切除直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组；
统计直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
17.根据权利要求15所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述计算模块用于根据直流闭锁故障后区域电网需切除的机组总量计算安控系统所需补切的区域电网机组容量包括：
安控系统所需补切的区域电网机组容量P∑s用下式表示：
P∑s＝PΣ-Pwind-off
其中，Pwind-off为直流闭锁故障前后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量大于等于耐高压能力的风电机组在直流闭锁故障前的并网功率。
18.根据权利要求17所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述计算模块用于计算省级电网需切除的机组总量包括：
计算省级电网需切除的机组总量P∑si用下式表示：
P∑si＝kiP∑s
其中，i为区域电网内省级电网索引，ki为第i个省级电网的直流外送分配比例系数。
19.根据权利要求18所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述省级电网切机顺序包括不同类型机组的切机顺序和同类型机组的切机顺序；
所述不同类型机组的切机顺序为依次切除风电机组、水电机组、火电机组；
所述同类型机组的切机顺序包括：
按照风电机组距离直流换流站由近至远的顺序，或按照直流闭锁故障后直流近区风电机组机端母线暂态电压变化量由大到小的顺序依次切除风电机组；
按照水电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照水电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除水电机组；
按照火电机组的实际出力由大到小的顺序，或按照火电机组被切除后直流换流站稳态电压由小到大的顺序依次切除火电机组。
20.根据权利要求18所述的区域电网富裕电力直流外送系统的优化切机装置，其特征在于，所述切机模块具体用于：
计算省级电网实际切除的机组总量Psi，有：
Psi＝Pswi+Pshi+Psgi
其中，Pswi为第i个省级电网实际切除的风电机组总功率，Pshi为第i个省级电网实际切除的水电机组总功率，Psgi为第i个省级电网实际切除的火电机组总功率，分别表示为：
其中，j为第i个省级电网内可切除的风电机组索引，k为第i个省级电网内可切除的水电机组索引，l为第i个省级电网内可切除的火电机组索引，且j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,m，l＝1,2,...,t，n为第i个省级电网内可切除的风电机组数量，m为第i个省级电网内可切除的水电机组数量，t为第i个省级电网内可切除的火电机组数量；为第i个省级电网内内第j台可切除的风电机组汇集线路上的有功功率，为第i个省级电网内第k台可切除的水电机组的有功功率，为第i个省级电网内第l台可切除的火电机组的有功功率。
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