CN111463771B - 一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法及系统。该方法包括：获取多台发电机的电磁功率曲线；计算故障过程中各发电机积累的不平衡能量；根据计算数值确定故障后送受端主导发电机群；获取紧急动作前的多直流换流母线以及发电机母线的电压相角数据；确定不同直流相对送受端主导发电机的支援参数；结合送受端支援参数，依次确定不同直流对全系统暂态稳定的支援因子；归一化支援因子，确定此时直流的支援顺序表；监测发电机组的角速度曲线，动态更新主导发电机群，同时获得更新的直流支援顺序表。本发明可以跟踪暂态稳定的主导发电机，从而动态更新直流支援顺序表，可以充分发挥直流调制对故障后系统暂态稳定恢复的作用。

Description

一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调 方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法及系统。

背景技术

随着超高压交直流混合电网的快速发展，电网优化资源配置的能力得到了显著提高。特高压直流输电线路大容量远距离输电的特点更加明显。但随着电网惯性的减弱，大扰动引起的稳定性问题将更加突出，大扰动后在发送端和接收端瞬时积累大量不平衡能量。发送端发电机加速，接收端减速，导致发送端与接收端转子角运行失步，严重威胁电网安全稳定运行。如何采取有效的安全稳定控制措施，从而加速不平衡能量的消解，保持电力系统的暂态稳定性一直是研究的热点。

目前电力系统第二道防线中包含多种安稳举措。很多学者考虑有效切机，合理切负荷等措施维持电力系统的暂态稳定性。其中，切机是直接的控制措施，但故障后的发电机组重启历时较长，切负荷会引起功率供应的稳定性问题，并且两种控制措施的都具有调节空间有限且控制代价相对较高的不足之处。因此考虑利用直流调制(DC modulation)，该调节手段具有控制速度快、功率调制容量大、无功功率、有功功率调节能力突出等优点，是一种很有前景的暂态稳定调节方式。

针对目前形成的多直流并联的电力系统，研究如何协调多条直流进行直流调制，从而使直流调制效果最佳。目前的研究中综合利用短路比指标和多馈入相互作用因子指标，从直流与直流、直流与交流相互作用2个方面对直流调制效果进行排序，以稳态指标评价动态效果，评价方法严谨性不足，并且制定的直流支援顺序表是静止的，不能适应安稳措施动作后的已经网络结构已经发生改变的电力系统。因此考虑系统受扰后，从影响系统引起的不平衡能量分布因素这一动态过程出发，重新建立直流支援效果评估指标，同时，建立能够跟随系统送受端主导发电机的动态更新的直流支援顺序表，在此指导下形成的协调多直流支援方法是更有效的。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法及系统，指导建立动态的直流支援顺序表，以使直流支援效果得到最佳，提高故障后电力系统的暂态稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，包括：

获取故障过程中的多台发电机的电磁功率曲线；

根据所有发电机的电磁功率曲线功率数据，计算故障过程中各发电机积累的不平衡能量；

根据不平衡能量数值确定送受端故障后电力系统暂态稳定的主导发电机群；

获取故障切除时刻或直流调制动作前的多直流换流母线以及发电机母线的电压相角数据；

根据实测的电压相角数据分别确定不同直流相对送受端主导发电机的支援参数；

结合送受端支援参数，依次确定不同直流对全系统暂态稳定的支援因子；

根据归一化后的支援因子大小确定此时刻不同直流的支援顺序表；

监视所有发电机的角速度，获取动态更新的送受端主导发电机组合，从而动态更新直流输电系统支援顺序表。

可选的，故障引起的各发电机中不平衡能量的积累计算方法为

其中δ_0i、δ_ti分别为第i台发电机故障前和故障切除时刻的发电机功角，/>为实测的故障过程中的电磁功率曲线。

可选的，分别确定交直流混联系统故障后送、受端主导发电机群，具体包括：

获取故障过程中的多台发电机的电磁功率曲线；

分别计算送端，受端故障过程中积累的总的不平衡能量；

在交直流混联系统送端、受端，分别获得该端每台发电机与该端总不平衡能量的相对值；

根据系统的规模，确定筛选主导发电机的参考值；

选择自身不平衡能量与该端不平衡能量总值相对值大于参考值的发电机组或发电机群作为此刻两端的主导发电机。

可选的，所述结合所形成的主导发电机对，确定不同直流相对送受端主导发电机的支援参数，具体包括，

获取故障切除时刻或直流调制动作前的多直流换流母线以及发电机母线的电压相角数据；

所述根据所述直流参与支援时，不同直流输电系统参与调制时对送端、受端主导发电机的支援参数的模型进行计算，对于送端主导发电机组i，根据分别计算第m(m＝1,2,3…k)条直流线路相对其的支援参数，其中，

式中，k为交直流混联系统中可进行直流调制的直流线路数目，n为系统中送端发电机的总数目，M_i为第i台发电机的惯性时间常数，E_i为主导发电机母线端电压，V_m为参与直流调制的直流线路整流侧换流站母线电压，B_im为两母线之间的电纳δ_im为两母线之间相角差；

形成此刻每条直流相对交直流混联系统送端、受端主导发电机的支援参数表格。

可选的，所述根据所述的直流输电系统参与调制对于全系统暂态稳定的支援因子的确定，具体包括：

根据所述每条直流对于交直流混联系统送端、受端主导发电机的支援数，分别进行求和，获得综合考虑对交直流混联系统送受端暂态稳定影响的直流支援因子；

对所述的直流支援因子进行归一化操作，获得归一化后的直流支援因子；

根据所述的所有直流输电系统的直流支援因子建立直流线路支援顺序表。

可选的，根据所述直流支援顺序进行直流调制后，动态监视更新单元在之后启动，具体包括：

根据直流输电系统的工作特性，短期支援和长期支援对应的调制时长限制，确定故障后直流输电系统长期支援结束时刻；

根据上面结束时刻，确定发电机角速度曲线监视单元启动时刻；

将交直流混联系统送端发电机、受端发电机的角速度曲线进行处理，得到两端惯性坐标中心角速度曲线；

若主导发电机未发生切换，工作直流进入长期支援状态并保持；

若主导发电机发生切换，但送端惯性中心角速度小于受端惯性中心角速度曲线，工作直流保持上一工作状态不变；

若主导发电机发生切换，且送端惯性中心角速度大于受端惯性中心角速度曲线获取此刻的系统运行的相关参数，转至支援参数以及支援因子的计算环节，获得更新的直流输电系统支援顺序表，并在此表格指导下优先对支援因子最大的直流发送调制命令；

判断直流调制工作是否结束，若此刻时间小于计算支援时间，保持前一状态支援策略，否则直流调制工作结束，前一状态中工作的直流输电系统，其输送功率恢复稳态时直流线路中功率值。

本发明还提供了一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，包括：

功率数据获取模块，用于获取所有发电机的功率数据；

发电机不平衡能量获取模块，用于根据所有发电机的功率数据求取故障过程中各发电机中不平衡能量的积累；所述故障过程中各发电机不平衡能量的积累为故障引起的发电机动能的变化量；

交直流混联系统送受端主导发电机的确定模块，用于根据各发电机中积累的不平衡能量与所述交直流混联系统送受端不平衡能量总值相对值，主导发电机确定相对值大小分别确定送受端主导发电机组或主导发电机群；

输入变量的高斯混联模型确定模块，用于根据所述参数确定所述输入变量的高斯混联模型；

电压、相角数据获取模块，用于获取直流输电系统送受端换流站母线以及发电机母线的电压、相角数据；

直流系统相对于送受端主导发电机的支援参数确定模块，用于根据所述交直流混联系统送受端确定的主导发电机，分别确定所有直流输电系统相对于送端、受端主导发电机的支援参数；

直流输电系统参与功率支援对全系统暂态稳定恢复效果支援因子计算模块，用于根据所述的直流输电系统对于送受端主导发电机的支援参数，综合考虑对于全系统暂态稳定恢复作用效果，获得所有直流输电系统的支援因子；

直流支援顺序表获取模块，用于根据所述的直流输电系统的支援因子，进行归一化处理之后，按照最新的直流输电系统支援因子的大小建立直流支援顺序表。

可选的，故障后交直流混联系统送受端主导发电机的确定，具体包括：

不平衡能量相对值求取单元，用于分别确定送端每台发电机相对于送端不平衡能量总值的相对值，受端所有发电机与受端总不平衡能量的相对值；

主导发电机确定单元，用于根据系统规模确定主导发电机选择所采用的相对值参考值，获取相对值大于所述相对值参考值的发电机组成送受端的主导发电机组。

可选的，所述直流输电系统参与调制对于交直流混联系统送端、受端主导发电机的支援参数获取模块，具体包括：

电压、相角数据获取单元，用于获取直流输电系统送受端换流站换流母线和所有发电机的电压、相角数据；

直流输电系统支援参数获取单元，用于确定直流输电系统相对于交直流混联系统送端主导发电机，受端主导发电机的支援参数。

可选的，直流输电系统对故障后系统的支援因子计算模块，具体包括：

支援因子计算单元，用于综合所述的直流输电系统相对交直流混联系统送受端主导发电机的支援参数，得到评价不同直流参与直流调制提高全系统暂态稳定性的支援因子；

归一化单元，用于对所述支援因子进行归一化处理，根据其获得所述直流输电系统参与调制的顺序表。

可选的，直流输电系统支援顺序更新模块，具体包括：

发电机角速度监视单元，用于在首次直流输电系统参与直流调制后，以直流支援转入直流长期支援的阶段时间启动监视单元；

将交直流混联系统送端发电机、受端发电机的角速度曲线进行处理，得到两端惯性坐标中心角速度曲线；

直流输电系统调制顺序表更新单元，用于对发电机角速度监视单元获得的结果进行分析，当发生最大角速度机组切换时，同时送端惯性中心角速度大于受端惯性中心角速度，更新此刻的由送受端发电机组组成的主导发电机对，同时根据上述直流输电系统支援顺序表建立的方法更新此刻的支援顺序表。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明采用的不同直流支援效果评价指标，即所述直流参与因子，其从系统动态运行过程的角度出发，可以更准确的评价直流输电线路上功率变化对于各处暂态过程的影响，同时综合考虑直流输电系统上功率改变对于送端、受端暂态稳定的影响，提出直流参与调制使得故障后系统稳定性最佳的参数指标，更适应于我国跨省互联直流的调度指令的形成。发明中提出选择性的监视直流调制后的电力系统中的发电机角速度曲线，使得本申请中的方法可以及时跟踪故障后主导发电机的变化，适应性地更新直流支援顺序表。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1的系统结构图；

图3为本发明实施例1的角速度观测区间确定图；

图4为本发明实施例1后不同支援方法下的效果比较图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法的流程示意图。如图1所示，包括以下步骤：

步骤100：获取所有发电机的功率数据。利用PMU在发电机端口处以十分钟作为采样间隔量测实际输出功率，以获得多个风力发电机的出力，即功率数据。

步骤200：根据所有发电机t时刻的功率数据求解故障引起的各发电机中不平衡能量的积累量：

其中，当取故障切除时刻的实测数据，计算所得故障过程中不平衡能量的积累量，δ_0i、δ_ti分别为第i台发电机故障前和故障切除时刻的发电机功角，为实测的故障过程中的电磁功率曲线。

步骤300：根据不平衡能量数值确定送受端暂态稳定主导发电机。具体过程如下：

(1)不平衡能量相对值求解。

将计算的多台发电机的不平衡能量分送受端分别累加，作为各自一端系统不平衡能量基准，取各发电机相对该侧不平衡能量基准的数值形成相对值集合X＝{x₁,…,x_m}，Y＝{y₁,…,y_n}。

其中，B代表系统中发电机的样本容量，对应于送受端分别是m和n，即送受端发电机数目。

(2)主导发电机的确定。

根据系统规模确定主导发电机选择所采用的相对值参考值，获取相对值大于该数值的发电机组成送受端的主导发电机组。

步骤400：根据相关电压相角数据计算各直流相对送受端主导发电机的支援参数。

对于送端主导发电机组i，根据分别计算第m(m＝1,2,3…k)条直流线路相对其的支援参数，其中，

其中，k为交直流混联系统中可进行直流调制的直流线路数目，n为系统中送端发电机的总数目，M_i为第i台发电机的惯性时间常数，E_i为主导发电机母线端电压，V_m为参与直流调制的直流线路整流侧换流站母线电压，B_im为两母线之间的电纳δ_im为两母线之间相角差。

对于受端主导发电机j，根据直流线路相对送端主导发电机支援因子的建立方法，分别计算每条直流相对受端主导发电机的支援参数

步骤500：结合给定直流对送受端主导发电机支援参数，确定每条直流对于系统暂态稳定恢复的支援因子。具体过程如下：

综合考虑对交直流混联系统送受端暂态稳定影响的直流支援因子为η_m＝λ_im+λ_jm(m＝1,2,3…k)，其中λ_im和λ_im分别为第k条直流相对送受端主导发电机的支援参数，k为直流输电线路数目。

步骤600：根据综合考虑对交直流混联系统送受端暂态稳定影响的直流支援因子，归一化处理后获得最新的直流输电系统支援因子集合，根据支援因子的大小顺序建立直流支援顺序表。

本发明采用实施例1，验证本方法的效果：

图2为本发明实施例1的系统结构图，是包括三条直流在内的交直流混合系统。图3展示的是交流联络线故障后监视的发电机角速度曲线，图3(a)中阴影区域是工作直流进入长期支援的阶段，其中在ΔT时间区间内，满足ω_{COI_1}＞ω_{COI_2}，在该区间内观测主导发电机是否发生切换，图3(b)中在Δt₁和Δt₂区间内，送端主导发电机由G1切换为G3，进一步观察在上述两个时间区间内受端主导发电机是否发生切换，图3(c)中在Δt₃时间区间内受端主导发电机是G5，在Δt₄时间区间内主导发电机为G7，由此总结出在Δt₃时间区间内，主导发电机对是G3-G5，在Δt₄时间区间内主导发电机对是G3-G7，分别计算两种情况下的直流支援顺序表，并根据其进行直流调制工作。

图4展示本方法与现有方法支援后的效果比较，图4(a)为不同方法下电压曲线，图4(b)展示的是不同方法下交流联络线上功率曲线，图4(c)展示的是不同方法下相对功角曲线。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，其特征在于，包括：

获取故障过程中的多台发电机的电磁功率曲线；

根据所有发电机的电磁功率曲线功率数据，计算故障过程中各发电机积累的不平衡能量；

根据不平衡能量数值确定送受端故障后电力系统暂态稳定的主导发电机群；

获取故障切除时刻或直流调制动作前的多直流换流母线以及发电机母线的电压相角数据；

根据实测的电压相角数据分别确定不同直流相对送受端主导发电机的支援参数；

结合送受端支援参数，依次确定不同直流对全系统暂态稳定的支援因子；

根据归一化后的支援因子大小确定此时刻不同直流的支援顺序表；

监视所有发电机的角速度，获取动态更新的送受端主导发电机组合，从而动态更新直流输电系统支援顺序表。

2.根据权利要求1所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，其特征在于，故障引起的各发电机中不平衡能量的积累计算方法为

其中δ_0i、δ_ti分别为第i台发电机故障前和故障切除时刻的发电机功角，/>为实测的故障过程中的电磁功率曲线。

3.根据权利要求1所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，其特征在于，根据故障引起的不平衡能量积累的数值大小分别确定送受端的主导发电机。

4.根据权利要求1所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，其特征在于，基于获取的故障切除时刻或直流调制动作前的多直流换流母线以及发电机母线的电压相角数据，分别确定每条直流相对于送受端主导发电机的直流支援参数，具体包括：

对于送端主导发电机组i，根据分别计算第m(m＝1,2,3…k)条直流线路相对其的支援参数，其中，

式中，k为交直流混联系统中可进行直流调制的直流线路数目，n为系统中送端发电机的总数目，M_i为第i台发电机的惯性时间常数，E_i为主导发电机母线端电压，V_m为参与直流调制的直流线路整流侧换流站母线电压，B_im为两母线之间的电纳δ_im为两母线之间相角差；

对于受端主导发电机j，根据直流线路相对送端主导发电机支援因子的建立方法，分别计算每条直流相对受端主导发电机的支援参数

5.根据权利要求4所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调方法，其特征在于，根据所述每条直流相对于送受端主导发电机的支援参数的计算方法，获得所述直流输电系统对于故障后电力系统的暂态稳定恢复效果评价指标，具体包括：

根据所述的所有直流输电系统相对受扰交直流混联系统的支援参数，获得综合考虑对交直流混联系统送受端暂态稳定影响的直流支援因子为η_m＝λ_im+λ_jm(m＝1,2,3…k)；

对所述的直流支援因子进行归一化操作，获得归一化后的直流支援因子；

根据所述的所有直流输电系统的直流支援因子建立直流线路支援顺序表。

6.一种提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，包括：

功率数据获取模块，用于获取所有发电机的功率数据；

发电机不平衡能量获取模块，用于根据所有发电机的功率数据求取故障过程中各发电机中不平衡能量的积累；所述故障过程中各发电机不平衡能量的积累为故障引起的发电机动能的变化量；

交直流混联系统送受端主导发电机的确定模块，用于根据各发电机中积累的不平衡能量与所述交直流混联系统送受端不平衡能量总值相对值，主导发电机确定相对值大小分别确定送受端主导发电机组或主导发电机群；

输入变量的高斯混联模型确定模块，用于根据参数确定所述输入变量的高斯混联模型；

电压、相角数据获取模块，用于获取直流输电系统送受端换流站母线以及发电机母线的电压、相角数据；

直流系统相对于送受端主导发电机的支援参数确定模块，用于根据所述交直流混联系统送受端确定的主导发电机，分别确定所有直流输电系统相对于送端、受端主导发电机的支援参数；

直流输电系统参与功率支援对全系统暂态稳定恢复效果支援因子计算模块，用于根据所述的直流输电系统对于送受端主导发电机的支援参数，综合考虑对于全系统暂态稳定恢复作用效果，获得所有直流输电系统的支援因子；

直流支援顺序表获取模块，用于根据所述的直流输电系统的支援因子，进行归一化处理之后，按照最新的直流输电系统支援因子的大小建立直流支援顺序表。

7.根据权利要求6所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，所述故障过程中不平衡能量积累的计算方法为

其中，δ_0i、δ_ti分别为第i台发电机故障前和故障切除时刻的发电机功角，/>为实测的故障过程中的电磁功率曲线。

8.根据权利要求6所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，故障后交直流混联系统送受端主导发电机的确定，具体包括：

不平衡能量相对值求取单元，用于分别确定送端每台发电机相对于送端不平衡能量总值的相对值，受端所有发电机与受端总不平衡能量的相对值；

主导发电机确定单元，用于根据系统规模确定主导发电机选择所采用的相对值参考值，获取相对值大于所述相对值参考值的发电机组成送受端的主导发电机组。

9.根据权利要求6所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，所述直流输电系统参与调制对于交直流混联系统送端、受端主导发电机的支援参数获取模块，具体包括：

电压、相角数据获取单元，用于获取直流输电系统送受端换流站换流母线和所有发电机的电压、相角数据；

直流输电系统支援参数获取单元，用于确定直流输电系统相对于交直流混联系统送端主导发电机，受端主导发电机的支援参数。

10.根据权利要求6所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，直流输电系统对故障后系统的支援因子计算模块，具体包括：

支援因子计算单元，用于综合所述的直流输电系统相对交直流混联系统送受端主导发电机的支援参数，得到评价不同直流参与直流调制提高全系统暂态稳定性的支援因子；

归一化单元，用于对所述支援因子进行归一化处理，根据其获得所述直流输电系统参与调制的顺序表。

11.根据权利要求6所述的提高交直流混联系统暂态稳定性的多直流紧急调制协调系统，其特征在于，直流输电系统支援顺序更新模块，具体包括：

发电机角速度监视单元，用于在首次直流输电系统参与直流调制后，以直流支援转入直流长期支援的阶段时间启动监视单元；

将交直流混联系统送端发电机、受端发电机的角速度曲线进行处理，得到两端惯性坐标中心角速度曲线；

直流输电系统调制顺序表更新单元，用于对发电机角速度监视单元获得的结果进行分析，当发生最大角速度机组切换时，同时送端惯性中心角速度大于受端惯性中心角速度，更新此刻的由送受端发电机组组成的主导发电机对，同时根据上述直流输电系统支援顺序表建立的方法更新此刻的支援顺序表。