CN111654040A - 考虑送受端支援的含hvdc互联电力系统频率支撑方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑双侧备用相互支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法。针对火电发电机组和HVDC故障对送端和受端交流电力子系统频率的冲击，综合利用HVDC过载特性和送受端交流电力子系统调频备用相互支援的策略，实现对送受端交流电力子系统频率的支撑。本发明能充分利用HVDC双端系统的调频备用和调频能力，提高HVDC互联电力系统的频率稳定性。

Description

考虑送受端支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统频率支撑处理方法，特别是涉及了一种考虑送受端支援的含高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)互联电力系统的频率支撑方法。
背景技术
电力作为一种重要能源，在国民生产中发挥着巨大作用。保持电力系统频率稳定是电力系统安全运行的基础。电力系统电功率供需平衡是保持电力系统频率稳定的关键：当电力系统供应的电功率大于消耗的电功率时，电力系统频率将上升；相反当电力系统供应的电功率小于消耗的电功率时，电力系统频率将下降。
近年来HVDC被认为是实现长距离输电、联接交流电力系统的最优选择之一，因为HVDC具有较高的经济性和较优的控制特性，目前全世界已经有较多的相关工程实践。然而HVDC的引入导致了电力系统结构和运行特性的变化，为电力系统保持频率稳定带来挑战。一方面，与传统交流电力系统相比，HVDC的引入可能导致电力系统的转动惯量和频率调节能力的降低，另一方面HVDC系统容易因为系统扰动等因素导致闭锁等故障，对电力系统具有巨大的冲击，对电力系统保持电功率供需平衡和频率稳定提出了巨大挑战。通常HVDC将两个交流电力系统相联，其中一个交流电力系统为送端，另一个为受端。HVDC的故障将会同时对送端和受端的频率稳定造成冲击。
因此有必要综合考虑HVDC、送端和受端的特性提出电力系统频率支撑方法，以提高电力系统在遭遇故障时保持频率稳定的能力的手段和方法。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种考虑送受端支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法，充分利用送端和受端系统的调频备用容量和HVDC功率输送短时过载特性实现电力系统频率支撑。
本发明采用的技术方案是：
所述的含HVDC互联电力系统主要由送端交流电力子系统和受端交流电力子系统的两种交流电力子系统构成，送端交流电力子系统和受端交流电力子系统之间通过高压直流输电模块互相联接；所述的送端交流电力子系统相比受端交流电力子系统具有更高的出力功率，送端交流电力子系统通过高压直流输电模块向受端交流电力子系统持续输送电功率，高压直流输电模块具体是由四个相同的输电线子模块进行电功率输送；
本发明考虑两种故障：
第一种故障是送端或受端交流电力子系统中的火电发电机组的故障，造成火电发电机组所在的交流电力子系统的实时电功率供小于求，火电发电机组所在的交流电力子系统的频率下降。
第二种故障是高压直流输电模块的故障，导致送端交流电力子系统向受端交流电力子系统输送的电功率受阻，造成送端交流电力子系统的实时电功率供大于求，送端交流电力子系统的频率上升；并且同时受端交流电力子系统的实时电功率供小于求，送端交流电力子系统的频率下降。
在考虑故障的交流电力子系统数目不同，高压直流输电模块的输送电功率可能为额定输送电功率的75％，50％，25％和0％，如图2所示，在这些故障情况下，送端和受端交流电力子系统将分别遭受高压直流输电模块的额定输送电功率的25％、50％、75％和0％的电功率不平衡量。
所述的频率支撑方法分为3个部分：
(1)当高压直流输电模块发生故障时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块利用高压直流输电模块常规功率备用上调自身的输送电功率上限，利用高压直流输电模块的短时过载特性按照以下方式进一步提高输送电功率上限；
(2)当受端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时：
受端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；同时，送端交流电力子系统与受端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfr作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfr为受端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；若送端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则将增加的出力全部通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统作为支援；
(3)当送端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时：
送端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；同时，受端交流电力子系统与送端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfs作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfs为送端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；若受端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则送端交流电力子系统实时减少和增加的出力相等的通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统的出力，将这部分减少的处理用于自身来减弱自身的电功率供需不平衡。
所述的送端交流电力子系统和受端交流电力子系统均由火电发电机组和电力负荷构成。
所述(1)具体为：
1)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的75％时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高10％；
2)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的50％及以下时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高15％。
所述的实时频率偏差是指电力系统的实时频率和电力系统的标准频率之差。
本发明的有益效果：
本发明能针对火电发电机组和HVDC故障对送端和受端交流电力子系统频率的冲击，综合利用HVDC过载特性和送受端交流电力子系统调频备用相互支援的策略，实现对送受端交流电力子系统频率的支撑。
本发明利用HVDC的过载特性和送受端交流电力子系统的互相支援，实现含HVDC互联电力系统的频率支撑，可以充分利用HVDC双端电力系统的调频备用和调频能力，提高HVDC互联电力系统的频率稳定性。
附图说明
图1是本发明的含HVDC互联电力系统的结构示意图。
图2是本发明中高压直流输电模块发生故障时的电力系统频率支撑方法示意图。
图3是本发明中受端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时的电力系统频率支撑方法示意图。
图4是本发明中送端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时的电力系统频率支撑方法示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图作进一步说明。
含HVDC互联电力系统主要由送端交流电力子系统和受端交流电力子系统的两种交流电力子系统构成，送端交流电力子系统和受端交流电力子系统之间通过高压直流输电模块(HVDC)互相联接，如图1所示；
送端交流电力子系统相比受端交流电力子系统具有更高的出力功率，送端交流电力子系统通过高压直流输电模块向受端交流电力子系统持续输送电功率，高压直流输电模块采用双极结构，具体是由四个相同的输电线子模块进行电功率输送；
频率支撑方法分为3个部分：
(1)如图2所示，当高压直流输电模块发生故障时，即一部分高压直流输电模块故障仍能正常工作的高压直流输电模块子模块利用高压直流输电模块常规功率备用上调自身的输送电功率上限，利用高压直流输电模块的短时过载特性按照以下方式进一步提高输送电功率上限；
(1)具体为：
1.1)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的75％时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高10％；
1.2)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的50％及以下时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高15％。
这样通过高压直流输电模块的过载特性，可以快速降低故障时送端和受端交流电力子系统的电功率不平衡，有利于送端和受端交流电力子系统通过它们的一次调频和二次调频使电力系统频率恢复正常水平。
(2)如图3所示，当受端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时
受端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；若电力系统实时频率偏差为正，即频率上升，降低火电发电机组的出力；若电力系统实时频率偏差为负，即频率下降，增加火电发电机组的出力。
同时，送端交流电力子系统与受端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfr作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfr为受端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；
若送端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则将增加的出力全部通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统作为支援；
由此送端交流电力子系统的火电发电机组将一次调频和二次调频所增加的出力电功率，通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统作为支援，并且支援的出力电功率受高压直流输电模块的输送电功率上限的限制。
这样受端交流电力子系统利用其自身的一次调频和二次调频备用来使电力系统频率恢复正常水平，同时通过高压直流输电模块联接实现了由送端交流电力子系统产生更多出力对受端交流电力子系统进行支援。
(3)如图4所示，当送端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时
送端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；若电力系统实时频率偏差为正，即频率上升，降低火电发电机组的出力；若电力系统实时频率偏差为负，即频率下降，增加火电发电机组的出力。
同时，受端交流电力子系统与送端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfs作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfs为送端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；
若受端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则送端交流电力子系统实时减少和增加的出力相等的通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统的出力，将这部分减少的处理用于自身来减弱自身的电功率供需不平衡；
这样送端交流电力子系统利用其自身的一次调频和二次调频备用来使电力系统频率恢复正常水平，同时通过高压直流输电模块联接实现了由受端交流电力子系统减少从送端交流电力子系统获取出力对送端交流电力子系统进行支援。
送端交流电力子系统和受端交流电力子系统均由火电发电机组和电力负荷构成。
按照本发明发明内容完整方法实施的实施例如下：
规定电力系统的标准频率为50Hz，且认为当电力系统频率波动时变化率的绝对值大于0.6Hz/s或者偏差的绝对值大于0.5Hz时，电力系统的频率状态是不安全的。通过模拟电力系统一年的运行状态，分别计算在采用本发明提出的频率支撑方法，和在不采用本发明提出的频率支撑方法仅依靠电力系统的一次调频和二次调频的情况下的电力系统频率状态不安全次数，计算结果分别为525次和359次。由此可见本发明的方法可以更充分地利用电力系统的调频备用，并提高电力系统的频率稳定性。

Claims (4)

1.一种考虑双侧备用相互支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法，其特征在于：所述的含HVDC互联电力系统主要由送端交流电力子系统和受端交流电力子系统的两种交流电力子系统构成，送端交流电力子系统和受端交流电力子系统之间通过高压直流输电模块互相联接；所述的送端交流电力子系统相比受端交流电力子系统具有更高的出力功率，送端交流电力子系统通过高压直流输电模块向受端交流电力子系统持续输送电功率，高压直流输电模块具体是由四个相同的输电线子模块进行电功率输送；
所述的频率支撑方法分为3个部分：
(1)当高压直流输电模块发生故障时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块利用高压直流输电模块常规功率备用上调自身的输送电功率上限，利用高压直流输电模块的短时过载特性按照以下方式进一步提高输送电功率上限；
(2)当受端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时：
受端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；同时，送端交流电力子系统与受端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfr作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfr为受端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；若送端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则将增加的出力全部通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统作为支援；
(3)当送端交流电力子系统的火电发电机组发生故障时：
送端交流电力子系统依次进行一次调频和二次调频，送端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以自身的实时频率偏差为输入，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力，减弱自身电力系统的电功率供需不平衡，从而实现稳定自身电力系统频率的作用；同时，受端交流电力子系统与送端交流电力子系统保持同步地依次进行一次调频和二次调频，受端交流电力子系统在一次调频/二次调频时以rΔfs作为其一次调频和二次调频的输入，其中Δfs为送端交流电力子系统的实时频率偏差，r为频率支援系数，在电力系统调频备用限制范围内调整自身的火电发电机组的出力；若受端交流电力子系统的火电发电机组的出力调整增加，则送端交流电力子系统实时减少和增加的出力相等的通过高压直流输电模块输送给到受端交流电力子系统的出力，将这部分减少的处理用于自身来减弱自身的电功率供需不平衡。
2.根据权利要求1所述的一种考虑双侧备用相互支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法，其特征在于：所述的送端交流电力子系统和受端交流电力子系统均由火电发电机组和电力负荷构成。
3.根据权利要求1所述的一种考虑双侧备用相互支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法，其特征在于：所述(1)具体为：
1)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的75％时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高10％；
2)当高压直流输电模块的输送电功率为高压直流输电模块的额定输送电功率的50％及以下时，仍能正常工作的高压直流输电模块子模块将输送电功率上限提高15％。
4.根据权利要求1所述的一种考虑双侧备用相互支援的含HVDC互联电力系统频率支撑方法，其特征在于：所述的实时频率偏差是指电力系统的实时频率和电力系统的标准频率之差。
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